刘学锋，何沙娥，欧阳林男，张磊，张维耀，陈少雄

初植密度对尾巨桉生长、树体形质及主要木材化学组分的影响

刘学锋1，何沙娥1，欧阳林男1，张磊2，张维耀1，陈少雄1＊

(1.国家林业和草原局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022；2.广西国有东门林场 广西 扶绥 532108)

对广西国有东门林场4种不同初植密度的26 a生尾巨桉人工纯林，对林分生长、树体形质及木材化学组分等性状指标进行调查分析，结果表明：初植密度对胸径的影响达极显著水平，胸径、冠长随林分初植密度的增加而减小；冠长率和高径比随初植密度增大而增大；纤维素含量随初植密度的增大，呈现先增加后减少的趋势。初植密度对木质素含量的影响显著；随着桉树初植密度的增大，木质素含量基本呈现先减少后增加的趋势；随着初植密度的增大，不同部位的热水抽提物含量呈上升趋势；在培育优质的桉树大径材时要选择纤维素含量高、木质素含量低、抽提物含量较少的初植密度进行栽培，综合比较得出1 250株·hm-2最佳。本研究探讨初植密度对桉树林分生长、树体形质及化学组分的影响，将为培育优质桉树大径材提供理论指导。

尾巨桉；初植密度；生长性状；形质性状；化学组分

桉树()生长迅速、轮伐期短、适应性强、用途广泛、经济价值高，与松树()和杨树()并称为世界三大速生树种[1]。我国木材资源短缺，人工林定向培育是解决木材短缺问题的重要措施之一，而营林措施对木材产量与材质有重要影响[2]。初植密度是林分群体结构的数量基础，影响林分群体结构的形成，决定着林分内个体发育过程和林分群体生长特性，对林分生长量影响很大[3]。初植密度对林木生长和木材性质的影响是发生在林分充分郁闭之后。林分郁闭前，树冠根系之间不存在竞争，理论上对树木的生长没有影响。初植密度对木材材性和木材质量的影响因树种而异，目前多数人认为种植过密，幼树个体间枝叶交错重叠，各自占有的空间较小，导致幼树光照不足和营养不良，致使林木生长细弱。木材中纤维素、半纤维素和木质素以及抽提物等不仅对木材本身的性质有重要影响，还可用于化工或能源原料，具有巨大的潜在应用价值[4]。徐有明等[5]研究发现湿地松()4种初植密度对木材管胞解剖特征、化学成份的含量、干缩性状和木材的力学性能有一定的影响，但差异不显著。涂育合[6]对湿地松的研究表明经营密度影响林分平均胸径、单株材积，在合理初植密度范围内，单株胸径、材积随密度增大而减小，而蓄积量随密度增加而增大。张耀丽等[6]通过分析5种种植密度10 a生湿地松的主要木材化学组分，探讨种植密度对纤维素和抽提物等的影响，结果表明种植密度对综纤维素含量和抽提物影响均不显著，而对苯醇抽提物含量影响显著。本研究从尾巨桉(×)初植密度出发，对其生长、形质性状及木材化学组分的影响效应进行系统地分析研究，以期为我国南方地区桉树大径材合理密植提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

样本采自广西国有东门林场华侨分场21 林班密度试验林，年平均气温21.2 ~ 22.3℃、年降雨量为1 000 ~ 1 300 mm，土壤为砖红壤。试验地向南坡，坡度5 ~ 10°。苗木均为尾巨桉无性系(DH32-13)[8]，造林时间为1993年4月，取样时林龄为26 a。

试验采用完全随机区组设计，设置4种林分造林密度(667、883、1 250、1 667株·hm-2)，3次重复，小区面积 0.04 hm2(20 m × 20 m)，小区之间间隔 4 m。

1.2 数据调查

2017年7月对样地尾巨桉进行林木形质性状指标调查，包括树高、胸径和枝下高，并计算冠长(=树高-枝下高)、冠长率(=冠长/枝下高)和高径比(=树高/胸径)[9]。

每种密度处理选择3株解析木，合计12株，分析的主要木材成分包括纤维素、半纤维素、木质素、冷水浸提物、热水浸提物、1%NaOH抽出物，这些指标能充分反映木材的潜力。每个样株选取两个不同位置(按照标准截取首尾各一段)的圆盘，分别标注为上段、下段，样材由髓心向外隔轮取样，沿着年轮方向削成木片，剪碎，于50℃下烘干，用植物粉碎机粉碎过筛，木粉过40目筛。水抽提物含量采用国家标准(GB/T2677.4-1993)[10]、1% NaoH抽提物含量采用国家标准(GB/T2677.5-1993)[11]、纤维素含量、半纤维素含量采用国家标准(GB/T744-2004)[12]、木质素含量采用国家标准(GB/T747-2003)[13]进行。

1.3 数据处理和分析方法

采用EXCEL和DPS等软件进行数据统计，参数间差异比较采用Duncan's新复极差法，并用GraphPad prism8.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 初植密度对尾巨桉林分生长及树体形质的影响

由表1可知，不同初植密度对尾巨桉胸径的影响极显著，且胸径随初植密度增加而减小，当初植密度为667株·hm-2时，胸径最大，达27.05 cm，且与其他3种初植密度差异显著；树高以883株·hm-2的为最高，达32.77 m，各处理无显著差异；对枝下高(UBH)影响差异极显著，以667株·hm-2最高，达24.98 m，其次分别是883、1 667和1 250株·hm-2。对冠长的影响显著，最大值出现在1 250株·hm-2，与667株·hm-2和883株·hm-2之间的差异显著。对冠长率的影响仍以1 250株·hm-2最高，达2.73，分别是667株·hm-2、883株·hm-2的8.27倍和3.59倍，且与之差异显著。高径比是与林分木材的质量与经济价值密切相关的重要形质指标之一[20]，从表中可知不同初植密度对高径比(HDR)的影响随密度增大而增大。

表1 初植密度对尾巨桉林分生长及形质的多重比较

注: 表中数据为平均值±标准差，用Duncan's新复极差法进行多重比较，同行数据后不同小写字母表示<0. 05。

2.2 初植密度对尾巨桉主要细胞壁物质的影响

由图1(A)可知，纤维素含量随着初植密度的增大，呈现出先增加后减少的趋势。上、下段样材之间的纤维素含量有所差异，但随着林分初植密度变化的趋势基本一致，上段样材纤维素含量均比下段的要高。其中上段样材各处理间均无显著差异，而下段样材含量最高为1 250株·hm-2，其与883株·hm-2、1250株·hm-2无差异，与667 株·hm-2差异显著(<0.05)。由图1(B)可知，不同初植密度间半纤维素含量无显著差异，上段样材的半纤维素含量高于下段。图1(C)表明，随着桉树初植密度的增大，木质素含量基本呈现出先减少后增加的趋势，并且随初植密度大小变化的规律为：1 667株·hm-2>667株·hm-2>883株·hm-2>1 250株·hm-2，同时各处理呈现显著差异(<0.05)。

图1 初植密度对尾巨桉主要细胞壁物质的影响

注：柱形图中不同小写字母表示<0. 05，下同。

2.3 初植密度对尾巨桉木材抽提物的影响

由图2(A)可知，当密度为1 250 株·hm-2，尾巨桉不同部位的冷水抽提物含量均为最低，与其余各处理无显著差异。图2(B)显示，初植密度与热水浸提物含量呈正相关，即随着初植密度的增大，不同部位的热水浸提物含量呈上升趋势，上段样材中热水浸提物含量依次为：1 667株·hm-2>1 250株·hm-2>883株·hm-2>667株·hm-2，下段样材中667株·hm-2和883株·hm-2显著低于1 250和1 667株·hm-2。根据图2(C)可知，尾巨桉上、下段样材的1%NaOH抽提物含量变化规律趋于一致，上段1%NaOH抽提物含量差异不显著，下段1%NaOH抽提物含量最高为1 667株·hm-2，最低为1 250株·hm-2，其次为667株·hm-2和883株·hm-2。

图2 初植密度对尾巨桉木材抽提物的影响

3 结论与讨论

不同营林措施对于木材生长和形质等具有不同的影响，其中初植密度和间伐对林木生长和木材形质的影响最大。本文研究表明：4种初植密度对胸径的影响达极显著水平，且胸径随林分初植密度的加大而呈递减趋势，与徐有明等[5]研究造林密度对湿地松人工林生长的观点一致。对树高的影响则无显著差异。林木枝下高直接影响树木生长和树干形状[14]，不同密度对枝下高影响显著，与张阳锋等[15]研究结果一致。林分密度反映林木占据空间资源和获取光照条件的能力，是影响树冠特征的主要因素之一[16-17]，树冠特征对树木生长和木材质量产生重要影响，其发展与种植密度密切相关[18]，冠长(CL)反映了林木利用现有资源的潜力，如生长空间的增加[19-20]。对冠长的影响达显著水平，随种植密度的增加而减小，与张平冬[21]对毛白杨()的研究一致，而AKERS等[22]和王艳等[23]认为密度较低的火炬松()和侧柏()林分冠长显著大于密度较高的林分，其原因可能是针叶树的冠层结构与桉树差异较大。冠长率(CR)是反映树冠大小的指标，也是影响林木生长的重要因素，且受林分密度和林分内树木的种群位置影响[24-25]。初植密度对冠长率的影响显著，且随初植密度的增大而增大，其中1 250株·hm-2达到峰值，与欧建德[26]对峦大杉()的研究存在差异，可能是因为峦大杉种植密度过密(2 700 ~ 3 600株·hm-2)，导致其冠长率随密度的增大逐渐降低。高径比随密度增大而增大，与谌红辉等[27]和温佐吾等[28]对马尾松()林分的研究一致。

木材的物理性质主要取决于木材细胞壁的组成物质。纤维素既是组成木材细胞壁的主要成分，也是木材细胞壁的骨架物质[29-31]，而半纤维素是木质纤维素类生物质中第二大组分[32]。初植密度对各处理上段试样的纤维素和半纤维素影响一致，均无显著差异，与徐有明等[5]研究发现林分初植密度对湿地松人工林木材化学成份含量没有显著影响的观点一致，但下段处理有显著差异，说明不同高度样材其木材纤维素含量亦不同。

木质素是木材细胞壁重要的化学组分，对林木新陈代谢和生长发育具有重要作用[33]，有助于增强植物体的机械强度[34]。初植密度对木质素含量的影响显著差异，培育大径材时应选择适中的密度为宜。

抽提物作为木材的重要组成成分，对木材的颜色、气味和物理化学性质等方面影响很大[35]。初植密度对冷水抽提物含量无显著影响，与热水抽提物含量呈正相关，即随着初植密度的增大，桉树不同部位的热水抽提物含量呈上升趋势，该结论与李晓东[2]的观点一致。初植密度对上段试样1% NaOH抽出物含量影响均不显著，与张耀丽等[7]对湿地松纸浆材的研究一致。下段试样普遍比上段试样含量高，且1 250 株·hm-2和1 667 株·hm-2之间差异显著。

纤维素与半纤维素能有效减少木材的膨胀收缩、同时提高人造板材的力学强度；相反，木质素含量越高，木材的材质越差。木材抽提物含量是影响后续制板工艺的重要因素之一，主要影响木材的渗透性、板材胶合、木材密度及强度[35-37]，含量过高可导致桉树木材在改性、胶合、涂饰等加工过程中产生严重缺陷[38]。因此，在培育优质的桉树大径材时要选择纤维素含量高、木质素含量低和抽提物含量较少的初植密度，以1 250株·hm-2最佳。

[1] 祁述雄.中国桉树:第2版[M].北京:中国林业出版社,2002.

[2] 李晓东.初植密度对湿地松纸浆林生长与材性影响效应的研究[D].武汉:华中农业大学,2010.

[3] 肖扬.林木培育[M].北京:中国农业科技出版社,1998.

[4] 张晓涛,王哲,王喜明.木材科学研究中的化学问题[J]. 世界林业研究,2014,27(4):48-53.

[5] 徐有明,魏柏松,杨祖达,等.造林密度对湿地松人工林木材性质的影响效应[J].东北林业大学学报,2002, 30(1):6-9.

[6] 涂育合.湿地松工业原料林培育模式的研究Ⅰ.纸浆林适宜经营密度的确定[J].森林与环境学报,1999,19(3):242-245.

[7] 张耀丽,徐永吉,龙应忠,等.湿地松种植密度对纸浆材主要化学成分的影响[J].南京林业大学学报(自然科学版),2002,26(6):60-62.

[8] CHEN S , ARNOLD R , LI Zet al.Tree and stand growth for clonal, across a range of initial planting density in southern China[J].New Forests,2011, 41(1):95-112.

[9] OPIO C, JACOB N,COOPERSMITH D.Height to diameter ratio as a competition index for young conifer plantations in northern British Columbia, Canada[J].Forest Ecology and Management, 2000, 137(1/3):245-252.

[10] 中国轻工业联合会.造纸原料水抽出物含量的测定: GB/T 2677.4-1993[S].北京:中国标准出版社,1993.

[11] 中国轻工业联合会.造纸原料1%氢氧化钠抽出物含量的测定:GB/T 2677.5-1993[S].北京:中国标准出版社,1993.

[12] 中国轻工业联合会.纸浆抗碱性的测定:GB/T 744-2004[S].北京:中国标准出版社,2004.

[13] 中国轻工业联合会.造纸原料酸不溶木素含量的测定: GB/T 2677.8-1994[S].北京:中国标准出版社,1995.

[14] 苏乙奇.人工落叶松枝下高动态研究[J].林业调查规划, 2008, 33(1):21-24.

[15] 张阳锋,尹光天,杨锦昌,等.造林密度对米老排人工林初期生长的影响[J].林业科学研究,2018,31(4):83-89.

[16] 章志都,徐程扬,蔡宝军,等.林分密度对山桃树冠结构的影响研究[J].北京林业大学学报,2009,31(6):187-192.

[17] 石小龙,杜彦昌,王鹏,等.小陇山油松人工林林冠指标相关性研究[J].西北林学院学报,2018,33(3):73-79.

[18] WANG C S , ZENG J , HEIN Set alCrown and branch attributes of mid-agedplantations in response to planting density[J]. Scandinavian Journal of Forest Research, 2016,32(8):1-39.

[19] SOARES P, Tomé M. A tree crown ratio prediction equation for eucalypt plantations[J].Annals of Forest Science, 2001, 58(2):193-202.

[20] GROTE R. Estimation of crown radii and crown projection area from stem size and tree position[J]. Annals of Forest Science, 2003, 60(5): 393-402.

[21] 张平冬.三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材无性系选配及经营技术研究[D].北京:北京林业大学, 2009.

[22] AKERS M K, KANE M, ZHAO D, et alEffects of planting density and cultural intensity on stand and crown attributes of mid-rotation loblolly pine plantations[J]. Forest Ecology & Management, 2013, 310(1):468-475.

[23] 王艳,王迪海,张剑南,等.黄土区不同密度侧柏人工林树冠二维特征的差异[J].西北林学院学报,2014,29(3):125-128.

[24] 刘丽华,陈东来,郑辉,等.冠长率对树木直径和材积的影响[J].河北农业大学学报, 2002,25(sup):149-150.

[25] 卢军,李凤日,张会儒,等.帽儿山天然次生林主要树种冠长率模型[J].林业科学,2011,47(6):70-76.

[26] 欧建德.造林密度对峦大杉生长形质及林分分化的影响[J].东北林业大学学报,2018,46(1):7-11.

[27] 谌红辉,丁贵杰,温恒辉,等.造林密度对马尾松林分生长与效益的影响研究[J].林业科学研究,2011,24(4):470-475.

[28] 温佐吾,谢双喜,周运超,等.造林密度对马尾松林分生长、木材造纸特性及经济效益的影响[J].林业科学,2000, 36(Sp.1):36-43.

[29] 杨庆贤.木材比热的理论研究[J].林业科学,1988, 24(4):503-507.

[30] 范慧青,王喜明,王雅梅.利用傅里叶变换红外光谱法快速测定木材纤维素含量[J].木材加工机械,2014, 25(4):33-37.

[31] 金强,张红漫,严立石,等.生物质半纤维素稀酸水解反应[J].化学进展, 2010, 22(4):654-662.

[32] 刘苍伟,苏明垒,王玉荣,等.木质素基因调控对木材细胞壁化学组分与微观结构影响的研究进展[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2018,46(2):39-46.

[33] 魏建华,宋艳茹.木质素生物合成途径及调控的研究进展[J].植物学报,2001,43(8):771-779.

[34] 翟阳洋.木材抽提物分布规律的研究[D].南京:南京林业大学,2017.

[35] 彭万喜,朱同林,郑真真,等.木材抽提物的研究现状与趋势[J].林业工程学报, 2004, 18(5):6-9.

[36] 范国荣,张文元,肖复明,等.陈山红心杉主要化学组成的株内纵向变异研究[J].江西农业大学学报, 2015,37(2):212-217.

[37] 李贤军,刘元,吴义强,等.火炬松纸浆材化学成分及其在树干高度上的变异规律[J].中南林业科技大学学报, 2007,27(4):104-107.

[38] 戚红晨.人工林赤桉木材抽提物特性与胶合微扰机理研究[D].长沙:中南林业科技大学, 2011.

Effect of Initial Planting Density on Growth, Stem-Form and Main Wood Chemical Compositions of

LIU Xuefeng1,HE Sha’e1, OUYANG Linnan1, ZHANG Lei2, ZHANG Weiyao1,CHEN Shaoxiong1

(1.; 2.)

Twenty-six-year-old×trees from four different initial planting densities were evaluated for growth, stem-form and wood chemical composition. The results showed that initial planting density had significant effects on diameter at breast height (DBH), with both DBH and crown length decreasing as initial density increased, while both crown ratio and height to diameter ratio showed contrarian results. Cellulose content followed the density trend with an initial increase, followed by a decline. With the increase of initial planting density, the lignin content basically showed a trend of decreasing at first but then increasing, and there were significant differences among planting densities. The content of hot water extracts in stem wood increased with an increase in density. When cultivatingplantations for production of large-diameter logs, the initial planting density should be chosen that provides for higher cellulose content, lower lignin content and less hot water extracts. Comprehensive comparison revealed that 1 250 trees·hm-2is the optimum planting density. This paper discusses the effects of initial planting density on growth, stem-form and stem wood chemical composition and the information presented will provide theoretical guidance for the cultivation offor production of logs suited to various solid-wood end-products.

×; initial planting density; growth; stem-form; chemical composition

S753.3

A

10.13987/j.cnki.askj.2020.02.03

广东省林业科技创新项目(2019KJCX005)；国家重点研发计划课题(2016YFD0600501)

刘学锋(1985－ )，男，硕士，工程师，主要从事森林培育研究，E-mail: afayewong@foxmail.com

陈少雄(1965－ )，男，博士，研究员，主要从事桉树定向培育研究，E-mail:sxchen01@163.com