黃湘南，張麗云

（1.國家林業(yè)局 中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,湖南 長沙410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004）

永順縣馬尾松干材密度變化特征

黃湘南1，張麗云2

（1.國家林業(yè)局 中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,湖南 長沙410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004）

采用標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與方差分析、統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)相結(jié)合的方法，從整樹和相對高度兩個(gè)角度對湖南省永順縣馬尾松干材密度進(jìn)行分析。結(jié)果表明：同一馬尾松人工林中被壓木干材密度最大，平均木次之，優(yōu)勢木最?。桓鞲叨雀刹拿芏茸兓秶鸀?64.73～516.39 kg·m-3，樣木內(nèi)干材密度的變動(dòng)系數(shù)在1.96%～13.36%之間，平均變動(dòng)系數(shù)為7.24%，0.2～0.8 H（H為樹高）處雙樣本分析的t檢驗(yàn)大于臨界值2.042，0.1H處t檢驗(yàn)值絕對值最小，為-0.740，在外業(yè)調(diào)查中可以用樹干基部密度代替整株樹干密度。樣木DBH處密度t檢驗(yàn)值為-2.717，因此不能把胸徑處的密度等同于整株干材密度，建立胸徑密度與整株干材密度的回歸模型。采用3種一元回歸模型研究干材密度與林分年齡之間的相互關(guān)系，增加DBH作為自變量，建立二元回歸模型，提高模型模擬的精度。

馬尾松；干材密度；樹干解析；湖南永順

馬尾松Pinus massoniana是我國特有的速生、豐產(chǎn)鄉(xiāng)土樹種，也是我國西南亞熱帶濕潤地區(qū)分布最廣、資源最豐富的用材樹種之一[1-2]。馬尾松是用作綠化造林和荒山廢地植被恢復(fù)的主要先鋒樹種，同時(shí)又是許多林產(chǎn)工業(yè)的重要原料[3-4]?！捌呶濉币詠恚摌浞N一直得到國家的高度重視，馬尾松木材質(zhì)量被國家列為重點(diǎn)科技攻關(guān)研究內(nèi)容[5]，而干材密度直接影響到木材質(zhì)量的好壞，是馬尾松發(fā)揮林產(chǎn)作用的關(guān)鍵因子[6-7]。

干材密度指的是單位體積鮮干材的絕干重，是一種反映木材物理性質(zhì)的重要指標(biāo)[8]，是把握材性測試數(shù)據(jù)可靠性的基礎(chǔ)、現(xiàn)代木材測定體系的理論支撐[9]。針對馬尾松干材密度變異規(guī)律進(jìn)行研究，將對了解樹木及生理特性、改進(jìn)樹木經(jīng)營利用等方面具有廣泛的應(yīng)用意義，同時(shí)，干材密度的測定也為喬木樹種的生物量測定和碳貯量的估算提供了一種新的方法和途徑[10]。國內(nèi)外近幾年對于雜交落葉松，西班牙赤松等[5,11]進(jìn)行過研究，主要分析其生長速度與干材密度的相關(guān)關(guān)系；我國也有學(xué)者對泡桐、云杉、板栗等作過相關(guān)的研究[12-13]，但專門針對馬尾松干材密度的研究報(bào)道較少。本研究以馬尾松為研究對象，針對湖南省永順縣一定立地條件下的馬尾松干材密度結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究，為科學(xué)經(jīng)營和管理馬尾松人工林提供理論依據(jù)。

1 研究地概況

研究地點(diǎn)位于湖南省湘西州永順縣長官鎮(zhèn)，地處中西部結(jié)合地帶的武陵山脈中段，境內(nèi)地貌以山地、丘崗為主。東經(jīng) 109°35′～ 110°23′，北緯 28°42′～ 29°27′；海拔 200 ～ 1 400 m；屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，熱量充足，雨量充沛，年平均氣溫16.4℃，平均降水量1 357 mm，平均日照1 306 h，無霜期286 d。

2 材料與方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置

在湖南省永順縣境內(nèi)的馬尾松人工林中，對不同地形、不同林分年齡設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地，進(jìn)行每木檢尺、對角線測高，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)地每木調(diào)查結(jié)果選取樣木，共選取樣木16株，樣木胸徑范圍為4.20～18.51 cm、樹高為5.40～18.30 m、年齡為10～22 a，整理得到表1。

表1 各處理樣木年齡、樹高、胸徑數(shù)據(jù)Table 1 Age, height and DBH of each sample tree

2.2 樹干解析及生物量測定

按照樹干解析的方法，在垂直段位處用l m（樹高小于10 m）和2 m（樹高大于10 m）區(qū)分段逐級劃分，直至樹梢處截取圓盤，按常規(guī)方法對樣木進(jìn)行樹干解析及生物量測定。

2.3 干材密度的計(jì)算

按照解析木要求截取圓盤[14]，樹皮分離后用保鮮膜包裹以防止水浸入，利用排水法測定各圓盤的體積，再將樣品放入烘箱內(nèi)，在105 ℃恒溫下烘至恒重（樣品前后兩次稱重的重量差小于0.1 g）。

利用d＝m/v（其中d代表各區(qū)分段中央高度處的圓盤密度，m為圓盤絕干重量，v為圓盤體積[5]）計(jì)算各高度處的圓盤密度。

2.4 干材密度的計(jì)算

根據(jù)測定的各高度圓盤密度，用等比內(nèi)插法計(jì)算出各相對高度干材密度，各相對高度指樹高n等分的高度，即n·H/10 其中H為樹高，n為1、2、3、4、5、6、7、8。

整株樣木的平均干材密度采用圓盤密度的加權(quán)平均法和全樹干生物量比樹干去皮材積兩種方法計(jì)算。

2.5 數(shù)據(jù)分析與處理

用VFP建立數(shù)據(jù)庫，并利用Excel、VFP和SPSS相結(jié)合的辦法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 結(jié)果分析

3.1 樹干各高度圓盤密度與整株干材密度的差異

3.1.1 整株干材密度

分別用樹干生物量比樹干材積的實(shí)測密度法（A）、根據(jù)圓盤密度利用生物量加權(quán)平均法（B）和體積加權(quán)平均法（C）統(tǒng)計(jì)整株干材密度，結(jié)果如圖1。由圖1可知：同一林分中被壓木的干材密度最大，其次是平均木，而優(yōu)勢木的干材密度最小。用樹干生物量比樹干材積實(shí)測的干材密度大于生物量和材積加權(quán)平均法統(tǒng)計(jì)的密度，造成這種差異的主要原因有：實(shí)測生物量時(shí)，在打枝過程中，樹干上會(huì)留有少量的節(jié)不能打盡，使得去皮樹干的生物量偏大，而造成測定的干材密度偏大；另外，做樹干解析時(shí)，常常有意避開大密度的樹節(jié)處，使得利用圓盤密度進(jìn)行加權(quán)平均時(shí)的結(jié)果會(huì)略有偏小。

圖1 不同方法統(tǒng)計(jì)的干材密度比較Fig. 1 Comparisons of stem wood density through three different methods

將三種方法計(jì)算的平均干材密度進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果如表2所示，由表2可知，B和C兩種加權(quán)算法的干材密度顯著相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)極高，說明這兩種方法計(jì)算的結(jié)果對所得的干材密度沒有影響；生物量比材積的實(shí)測法與兩種加權(quán)法的相關(guān)程度也都很高，因此，三種方法統(tǒng)計(jì)的結(jié)果都能代表馬尾松的平均干材密度。

表2 不同方法干材密度相關(guān)性檢驗(yàn)?Table 2 Correlation coefficients of basic density of different methods

3.1.2 樹干各高度干材密度的變動(dòng)情況

將樹干各相對高度的平均干材密度繪制成圖2，從圖2可以看出：各高度干材密度變化范圍為364.73 kg·m-3～ 516.39 kg·m-3。平均木的干材密度從樹干基部向上逐漸減?。槐粔耗镜拿芏茸畲?，在0.1～0.2 H處突然減小，然后緩慢變化，這可能是由被壓木生長條件限制了材積生長所致；優(yōu)勢木各高度的密度最小，這是由于優(yōu)勢木的材積生長量快速上升大于生物量增長所致。日本學(xué)者渡邊治人經(jīng)研究認(rèn)為沿樹干方向平均密度的變化可分3類：(1)從樹干基部向上密度逐漸變大；(2)從樹干基部向上密度逐漸變小；(3)從樹干基部向上密度逐漸變小，中間大致不變，而上部又逐漸變大[15-16]。由此可看出，馬尾松屬于第2類。這主要是由于馬尾松樹干頂端分生組織使細(xì)胞不斷地生長和分化，形成新的頂端，越靠近頂端，樹干生長年齡越短，物質(zhì)積累不充分，密度越??；越靠近基部，樹干生長年齡越長，物質(zhì)積累充分，密度越大[17]。

圖2 各相對高度處干材密度Fig.2 Disc wood density at different relative heights

為進(jìn)一步分析樹干不同部位木材密度的變異程度，用各相對高度處密度的變動(dòng)系數(shù)來表示樣木內(nèi)干材密度的變異情況[18]，結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明：不同樣木的干材密度變動(dòng)系數(shù)各不相同，同一樣木的干材密度變化不大，變動(dòng)系數(shù)在1.96%～13.36%，平均變動(dòng)系數(shù)為7.24%，初步說明同一樹干不同部位的密度差異不大。

表3 樣木樹干各高度圓盤密度差異系數(shù)Table 3 Coefficient of variation of basic density at different heights for each sample tree

3.1.3 樹干內(nèi)各相對高度與整株樹干密度的關(guān)系

將株內(nèi)各相對高度處的樹干密度與整株干材密度兩組數(shù)據(jù)設(shè)為兩個(gè)總體，用成對雙樣本分析方法進(jìn)一步分析兩組數(shù)據(jù)是否有顯著差異[19]，設(shè)各高度密度為Xi，整株樹干平均密度為Yi，i表示第i號樣木，樣木數(shù)n=16，則：

xi=Xi-Yi，

x0=(x1+x2+…+xn)/n，

計(jì)算t值并比較檢驗(yàn)得到表4，從表中可以看出，0.2～0.8 H處的t檢驗(yàn)值的絕對值均大于臨界值2.042，說明0.2～0.8 H的密度與全樹平均干材密度差異顯著；0.1 H高度處的t檢驗(yàn)值絕對值均小于臨界值，0.1 H處t檢驗(yàn)值絕對值最小，為-0.740，說明只有用樹干基部密度來估算整株干材密度誤差較小，其余高度均不適合估算整株干材密度。因此，在外業(yè)調(diào)查中估算干材密度的時(shí)候，可以用樹干基部的局部密度代替整株樹干密度。

但是相對高度的計(jì)算對于外業(yè)測量來說比較繁瑣，因此，在對相對高度分析之后，補(bǔ)充分析了林業(yè)外業(yè)調(diào)查中方便測算的“胸徑”處的密度，從表4可以看出，各樣木1.3 m高度處密度與整株平均密度的t檢驗(yàn)值為-2.717，絕對值大于2.042，說明胸徑處的密度與整株干材密度不完全相等，因此在外業(yè)調(diào)查中不能簡單的把胸徑處的密度等同于整株干材密度。

表4 雙樣本分析結(jié)果?Table 4 Results of paired two-sample t-test analysis

3.1.4 用胸徑密度估算干材密度的參數(shù)校正

為便于外業(yè)干材密度的測算，在此進(jìn)一步分析馬尾松胸徑處干材密度與整株干材密度的內(nèi)在關(guān)系，找出整株干材密度隨胸徑處密度變化的關(guān)系式，以提高利用胸徑處的密度代替馬尾松整株樹干密度的精度。利用統(tǒng)計(jì)分析的方法，建立線性回歸模型進(jìn)行分析[15]，利用SPSS進(jìn)行擬合。

回歸模型可以表示為Y＝63.140＋0.867x，相關(guān)系數(shù)為0.815，式中：Y為整株干材密度，x為胸徑處的木材密度。胸徑密度t值為4.864，P值顯著水平為0.000，說明胸徑處樹干密度對整株樹干密度的影響達(dá)到顯著（p＜0.05）。

3.2 不同年齡干材密度的差異

由于馬尾松在幼齡期新陳代謝旺盛，物質(zhì)積累迅速，成熟后新陳代謝能力衰退，生長緩慢，導(dǎo)致密度增大，隨著年齡的增大，整株干材密度逐漸增加。因此，年齡因子是影響干材密度的主要因子之一[12]。

根據(jù)樣木年齡與干材密度的關(guān)系，采用以下3種模型研究干材密度與林分年齡之間的相互關(guān)系，并建立干材密度的一元回歸模型。

式(1)、式(2)、式(3)中：Y為干材密度，X為林分年齡，a、b、K為參數(shù)。

根據(jù)呂勇[8]（1996）的研究，假設(shè)林分成熟時(shí)，干材密度為550 kg·m-3，邏輯斯蒂方程[14]的系數(shù)K取550，三種數(shù)學(xué)模型回歸結(jié)果如表5：

表5 模型參數(shù)及相關(guān)系數(shù)Table 5 Parameters and correlation coefficients of three models

從表5可知，模型1最能代表馬尾松干材密度與年齡之間的關(guān)系，符合倒“J”型關(guān)系。這和1996年呂勇研究的結(jié)果是一致的。

由于同一林分中，被壓木的干材密度明顯大于優(yōu)勢木，為提高模型模擬的精度，再增加DBH做為自變量，建立二元回歸模型，根據(jù)前面的分析，同一年齡階段的馬尾松，DBH大的干材密度反而小，根據(jù)這一特點(diǎn)，建立的二元回歸模型（圖3）。

圖3 二元干材密度回歸模型Fig.3 Binary regression models of stem wood density

如圖所示，模型的相關(guān)系數(shù)R為0.772 27，自變量t檢驗(yàn)值為3.891，P值顯著水平為0.002，說明年齡和DBH對林分干材密度的影響顯著（p＜0.05）。

4 結(jié)論與討論

(1) 用三種方法統(tǒng)計(jì)整株干材密度，發(fā)現(xiàn)同一馬尾松人工林中以被壓木的干材密度最大，其次是平均木，而優(yōu)勢木的干材密度最小。

(2) 各高度干材密度變化范圍為364.73～516.39 kg·m-3，干材密度從樹干基部向上逐漸減??；同一樹干不同部位的密度差異不大，樣木內(nèi)各高度干材密度的變動(dòng)系數(shù)在1.96%～13.36%之間，平均變動(dòng)系數(shù)為7.24%。

(3) 0.2～0.8 H處雙樣本分析的t檢驗(yàn)值的絕對值均大于臨界值2.042，0.1 H處t檢驗(yàn)值絕對值最小，為-0.740，因此，在外業(yè)調(diào)查中估算干材密度的時(shí)候，可以用樹干基部的局部密度代替整株樹干密度。各樣木DBH處密度與整株平均密度的t檢驗(yàn)值為-2.717，說明不能簡單的把胸徑處的密度等同于整株干材密度。

(4) 建立胸徑密度與整株干材密度的回歸模型,模型的相關(guān)系數(shù)為0.815，胸徑密度t值為4.864，說明胸徑處樹干密度對整株樹干密度的影響顯著。

(5) 年齡因子是影響干材密度的主要因子之一，采用3種一元回歸模型研究干材密度與林分年齡之間的相互關(guān)系，模型1最能代表馬尾松干材密度與年齡之間的關(guān)系，增加DBH做為自變量，建立二元回歸模型，提高了模型模擬的精度。

由于本研究只是針對湖南省永順縣，林分胸徑4.20～16.00 cm、樹高5.40～16.40 m、年齡10～22 a生長期內(nèi)馬尾松干材密度變化的初步探討，其他地區(qū)和生長期內(nèi)的馬尾松干材密度的變化規(guī)律有待進(jìn)一步研究。

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Characteristics of wood density variation of Pinus massomiana in Yongshun County, Hunan province

HUANG Xiang-nan1, ZHANG Li-yun2
(1. Central South Forestry Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration, Changsha 410004, Hunan, China; 2. School of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology; Changsha 410004, Hunan, China)

By combining standard investigation method, variance analysis and statistical hypothesis test, the wood density of Pinus massoniana plantation in Yongshun county, Hunan province was investigated from two aspects, i.e., whole-tree and relative height. The suppressed trees had the largest wood density, following with the mean trees, while that of the dominant trees was the smallest. The stem wood densities with different height varied from 364.73 kg·m-3to 516.39 kg·m-3, the variation coeffcients of sample trees with different height changed from 1.96% to 13.36%, the average coeffcient was 7.24%, and the relative height had not signifcant effects on the wood density. The absolute values of t-test on the height of 0.2 H to 0.8 H were bigger than the critical value, and that on the height of 0.1 H was -0.740, which was the smallest. When there is a need to estimate wood density in outdoor investigation, the trunk base wood density could be used to replace the wood density of the whole tree. The paired two sample t-test indicated that the density of DBH was not equal to whole tree wood density. Thus, a regression model was established to help us fgure out the relationship between the density of DBH and wood density. Three different linear regression models were applied to fnd out the relationship between tree age and wood density.By adding DBH as the independent variable, the binary regression model used highly increases the accuracy of model simulation.

Pinus massoniana; wood density; stem analysis: Yongshun county in Hunan province

S791.248

A

1673-923X(2013)08-0019-05

2013-01-17

2009年國家林業(yè)局中央部門預(yù)算項(xiàng)目中第八次全國森林資源清查湖南省第六次復(fù)查部分（169106）

黃湘南（1965-），男，湖南祁東人，工程師，主要從事森林資源監(jiān)測方面的研究；E-mail: gzslqb@126.com

[本文編校：文鳳鳴]