郭妍雪 姜立春

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

大部分樹木的樹干都包括心材和邊材兩個(gè)部分。邊材可以傳輸?shù)V物質(zhì)和水分，影響樹木的生長(zhǎng)發(fā)育和生理功能。邊材向心材的轉(zhuǎn)化是樹木生長(zhǎng)的重要生理過程，邊材年輪數(shù)的生長(zhǎng)變化也較為復(fù)雜［1］。描述心邊材量的指標(biāo)一般包括心材半徑、邊材寬度、心材面積、邊材面積、心邊材比(心材面積和邊材面積的比值)。橫截面直徑一直是心邊材特征較好的預(yù)測(cè)指標(biāo)之一。如橫截面直徑與心材半徑和邊材寬度存在著極顯著的正相關(guān)關(guān)系［2-4］，胸高處心材半徑、邊材寬度與胸徑呈極顯著的線性關(guān)系，而心材面積和邊材面積與胸徑呈極顯著的冪函數(shù)關(guān)系［5］。由于心邊材與樹木的生長(zhǎng)密切相關(guān)，因此一些專家發(fā)現(xiàn)形成層年齡與心材半徑、邊材寬度、心材面積和邊材面積等存在著極顯著的相關(guān)性［6-10］。同時(shí)，大量的研究發(fā)現(xiàn)林木的測(cè)樹學(xué)因子能夠較好地解釋心邊材含量的變異［5，10-11］。

心邊材量影響木材的質(zhì)量與價(jià)值，特別是邊材含量直接或間接的影響樹木生長(zhǎng)、水分利用效率及樹干的呼吸潛力。因此了解心邊材含量的變異規(guī)律，對(duì)深入了解樹木生理、生態(tài)及生長(zhǎng)特征變化非常重要［12］。

興安落葉松(Larix gmelinii Rupr．)是我國(guó)北方的主要造林樹種。目前國(guó)內(nèi)對(duì)小興安嶺興安落葉松心邊材量的變異規(guī)律，尤其是對(duì)成熟林心邊材量變異的詳細(xì)研究還未見報(bào)道。本文以小興安嶺興安落葉松人工林為研究對(duì)象，對(duì)落葉松心邊材量的方位變異、林分間變異、株間變異、軸向變異、生長(zhǎng)特征及其影響因子進(jìn)行研究。為落葉松生長(zhǎng)生理過程的探索、定向培育及木材的優(yōu)化利用與質(zhì)量評(píng)價(jià)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 數(shù)據(jù)采集和處理

在黑龍江省伊春市五營(yíng)林業(yè)局麗林實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)選取了不同年齡和不同林分密度的10 塊落葉松人工成熟林樣地(面積為20 m×20 m)。實(shí)測(cè)樣地內(nèi)每株林木的胸徑、樹高、冠幅、活枝下高等樹木變量。各林分特征見表1。直徑、去皮直徑、總年輪數(shù)、邊材年輪數(shù)、邊材寬度。

表1 試驗(yàn)樣地基本特征

1．2 數(shù)據(jù)分析

心材年輪數(shù)等于總年輪數(shù)與邊材年輪數(shù)之差;用去皮半徑減去邊材寬度得出心材半徑;把樹干橫截面看作一個(gè)圓形來計(jì)算心材面積和邊材面積;心材面積比上邊材面積為心邊材比。

心邊材的方位變異采用正態(tài)分布檢驗(yàn)、t 檢驗(yàn)和非參數(shù)檢驗(yàn);心邊材比的林分間和分化等級(jí)間差異顯著性采用方差分析(ANOVA)和多重比較的最小顯著差數(shù)法(LSD)。

利用回歸分析建立樹木變量與心材半徑、心材面積、邊材寬度和邊材面積的回歸模型，并通過擬合優(yōu)度(R2)和回歸模型的顯著性檢驗(yàn)(P＜0．05)選擇最優(yōu)模型。所有統(tǒng)計(jì)分析均采用SAS 9．3 完成。

2 結(jié)果與分析

在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取沒有樹干缺陷的優(yōu)勢(shì)木、平均木、被壓木各1 株，實(shí)測(cè)樣木胸徑并標(biāo)明北向后伐倒，以1 m 區(qū)分段從樹干基部到樹梢方向截取圓盤，直到距樹梢不足1 m 時(shí)停止采樣。另外在胸高處截取1 個(gè)圓盤。在實(shí)驗(yàn)室將圓盤工作面刨光，用掃描儀對(duì)圓盤進(jìn)行掃描。利用年輪分析軟件(Windendro2003)測(cè)量每個(gè)圓盤東西和南北2 個(gè)方向的帶皮

2．1 心材和邊材的方位變異檢驗(yàn)

心邊材的方位變異檢驗(yàn)主要是比較心材半徑和邊材寬度的東西和南北兩個(gè)方向。由于樣本量較小，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，主要采用SAS 軟件的Shapiro-Wilk 的W 統(tǒng)計(jì)量來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性。當(dāng)P＞0．05 時(shí)，數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。從表2 正態(tài)性檢驗(yàn)的P 值可以看出，有些數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布，有些數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)分布。為了得到可靠的檢驗(yàn)結(jié)果。本研究采用t 檢驗(yàn)和非參數(shù)檢驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。檢驗(yàn)結(jié)果表明，在10 個(gè)林分內(nèi)，東西和南北2 個(gè)方向的心材半徑、邊材寬度均無顯著性差異(P ＞0．05)(表2)。此外，總樣地檢驗(yàn)也得到了一致的結(jié)果。

表2 不同樣地心邊材方位變異檢驗(yàn)

2．2 各樣地心邊材比差異分析

為了剔除立地條件對(duì)株間變異的影響，分別對(duì)每個(gè)樣地3 株樣木的心邊材比進(jìn)行方差分析。表3方差結(jié)果顯示，在樣地1 中，不同樣木心邊材比極顯著的差異(P＜0．01)，而在樣地4 和樣地7 中，不同樣木心邊材比有顯著差異(P ＜0．05)，在其它樣地中，不同樣木心邊材比沒有顯著性差異(P＞0．05)。方差分析的顯著性只能說明各樣木心邊材比間有顯著差異，并不能說明這種差異具體是由哪2 株或3株樣木引起的，因此本研究又進(jìn)行了多重比較，主要采用最小顯著差數(shù)法(Fisher’s least significant difference，F(xiàn)-LSD)。表3 多重比較顯示，落葉松在不同樣地多重比較結(jié)果是不同的，如在1 號(hào)和7 號(hào)樣地，優(yōu)勢(shì)木和平均木之間沒有顯著差異，被壓木與優(yōu)勢(shì)木和平均木之間有顯著差異，在4 號(hào)樣地，優(yōu)勢(shì)木和被壓木之間沒有顯著差異，平均木與優(yōu)勢(shì)木和被壓木之間有顯著差異。而在其它樣地內(nèi)，優(yōu)勢(shì)木、平均木和被壓木之間都沒有顯著差異。表3 總體林分間方差分析結(jié)果表明，林分間心邊材比存在顯著差異性(P=0．027 6)，優(yōu)勢(shì)木和平均木之間沒有顯著差異，被壓木與優(yōu)勢(shì)木和平均木之間有顯著差異。

表3 不同分化等級(jí)心邊材比差異性分析

2．3 落葉松心邊材的縱向變異

30 株樣木從根部到樹梢方向，心材半徑、心材面積、邊材面積總體隨樹高的增加而呈減小的趨勢(shì)。邊材寬度在樹干基部較大，在大約1 m 以上保持相對(duì)恒定，在距離樹梢附近的部分明顯減小(圖1)。

2．4 單株水平心邊材與樹木變量的回歸模型

樹木變量與心材半徑、邊材寬度成一次函數(shù)關(guān)系，與心邊材面積成冪函數(shù)關(guān)系。5 個(gè)變量對(duì)心邊材量株間變異的解釋能力各有不同，其中對(duì)心材量的影響力從大到小依次為:胸徑、樹高、冠幅、活枝下高和樹齡，而對(duì)邊材量的影響力從大到小依次為:胸徑、冠幅、樹高、活枝高和樹齡(表4)。

表4 心邊材與樹木變量的回歸模型

2．5 心邊材生長(zhǎng)特征

為了研究落葉松心邊材的生長(zhǎng)特征，分別對(duì)樹干橫截面心邊材特征變量與形成層年齡、橫截面帶、去皮直徑進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見表5?？梢钥闯?，形成層年齡、橫截面帶去皮直徑與心材半徑和邊材寬度成一次函數(shù)關(guān)系，與心材面積和邊材面積成冪函數(shù)關(guān)系。心材半徑和心材面積模型的R2在0．74 ～0．96，而除邊材寬度與形成層年齡模型(R2=0．0381)擬合精度較低外，其它邊材寬度和邊材面積模型的R2在0．30 ～0．91，心材半徑和心材面積模型的擬合優(yōu)度明顯高于邊材寬度和邊材面積模型。橫截面帶去皮直徑對(duì)心邊材的影響要高于形成層年齡。心邊材年輪數(shù)隨形成層年齡的增加而增加，二次函數(shù)可以較好的描述兩者關(guān)系。形成層年齡能夠解釋90%以上心材年輪數(shù)的變化，而僅僅能夠解釋46%邊材年輪數(shù)的變化。所有模型擬合檢驗(yàn)都達(dá)到了極顯著(P＜0．01)。

圖1 心材半徑、邊材寬度、心材面積、邊材面積的縱向變異

表5 心邊材與橫截面直徑和形成層年齡的關(guān)系

3 結(jié)論與討論

落葉松各林分內(nèi)，東西和南北2 個(gè)方位的心材半徑、邊材寬度均無顯著差異。這與以往對(duì)油松［10］方位變異的研究結(jié)果一致。不同林分間落葉松心邊材比存在林分間的變異，這與不同的生長(zhǎng)環(huán)境、林分密度和海拔有著密切的關(guān)系。這與小黑楊［13］的研究結(jié)果相符。進(jìn)一步分析表明，不同的分化等級(jí)可能導(dǎo)致不同的結(jié)論，如林分間優(yōu)勢(shì)木的心邊材比沒有顯著性差異，而平均木和被壓木的心邊材比有顯著性差異。落葉松心邊材比同樣存在著株間變異，這與以往對(duì)其它樹種的研究結(jié)果一致，如:樟子松［14］、云杉［15］、桉樹［16］和油松［10］。

落葉松心材半徑、心材面積和邊材面積基本上隨樹干高度的增加而減少，這種變異方式與大多數(shù)樹種相同，如:樟子松［14］、海岸松［17］、挪威云杉［15］和油松［10］相似。而邊材寬度隨樹干高度的變化比心材小，邊材寬度在樹干基部較大，在1 m 以上保持相對(duì)恒定，在距離樹梢附近的部分明顯減小。這與以往的研究結(jié)果相同，這是由于在這一定樹高范圍內(nèi)，心材和樹干的徑向生長(zhǎng)量相接近［4，10，18］。雖然邊材寬度在樹干1 m 以上到樹梢處變化不大，但由于樹干削度的變化使邊材面積隨樹干高度的增加而減少。經(jīng)過對(duì)比形成層年齡和橫截面直徑對(duì)心邊材的縱向變異影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，橫截面直徑可以較好的描述落葉松心邊材縱向的變異情況。這與以往的研究結(jié)果一致［2，6，19-20］。

落葉松樹木變量對(duì)樹木心邊材的生長(zhǎng)都有一定的影響，進(jìn)一步分析表明，樹齡對(duì)心邊材的影響最小，這可能是由于樣木都取自成熟的落葉松林，樹齡相差不大。落葉松心材年輪數(shù)與形成層年齡的關(guān)系，可以用二次函數(shù)表達(dá)，心材年輪數(shù)隨著形成層年齡的增加而增加，心材年輪數(shù)與形成層年齡之間顯示了高度的相關(guān)性，邊材年輪數(shù)與形成層年齡數(shù)的關(guān)系，與心材年輪數(shù)相同，但沒有心材緊密。

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