劉 寧，丁昌俊，李 波，丁 密，蘇曉華，黃秦軍

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京 100091)

楊樹(Populusspp.)為楊柳科楊屬(Populus)植物的總稱，屬于速生闊葉樹種，其用途廣泛，既是北半球重要的速生工業(yè)、民用材原料樹種，又是進(jìn)行水土保持、防風(fēng)固沙和生態(tài)綠化的主要速生樹種[1]。楊樹速生、高產(chǎn)、易繁殖、木材易加工、適應(yīng)性和用途廣泛，是溫帶地區(qū)種植的首選樹種，根據(jù)第九次森林資源結(jié)果，在我國(guó)其人工林面積已達(dá)757.07萬(wàn)hm2，占全國(guó)人工林總面積的13.25%，木材產(chǎn)量占全國(guó)木材總產(chǎn)量近30%，對(duì)國(guó)家林業(yè)建設(shè)和地域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)巨大，并取得了顯著的社會(huì)效益和生態(tài)效益[2-6]。黑楊派(Section aigeiros)是楊樹中的高生產(chǎn)潛力樹種，具有極高的育種價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，目前，大部分人工栽培的楊樹都源于黑楊派[7-8]。大量實(shí)踐表明，黑楊派中美洲黑楊(Populus deltoidesMarsh.)及其與歐洲黑楊(P. nigraL.)的雜種后代歐美楊(P.×euramericana)已成為我國(guó)楊樹規(guī)模和商業(yè)化栽培的主體[9]，對(duì)于人工用材林發(fā)展具有不可替代的作用。

由于生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，林木的產(chǎn)出、適應(yīng)性、木材性質(zhì)等因素在育種時(shí)必須要綜合考慮，其中，對(duì)能夠影響產(chǎn)量和木材性質(zhì)的因素尤為重視[10]。密度是人工林合理結(jié)構(gòu)的數(shù)量基礎(chǔ)，對(duì)林木生長(zhǎng)和木材質(zhì)量具有重要影響，人工林中個(gè)體間的空間競(jìng)爭(zhēng)隨林齡的增長(zhǎng)而變大，合理的密度能提供適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件使林木達(dá)到最佳生長(zhǎng)，過(guò)大的林分密度對(duì)林木的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用[11-12]。研究表明，密度不僅影響林冠特征、林下植被和林木生長(zhǎng)，而且還影響木材質(zhì)量[13-14]。西南樺(Betula alnoidesHamilt)生長(zhǎng)受到密度影響，其中，密度與胸徑生長(zhǎng)呈顯著負(fù)相關(guān)，與林分蓄積呈正相關(guān)，與單株材積呈負(fù)相關(guān)，且隨林齡增長(zhǎng)，不同密度林分間蓄積差異逐漸縮小[15]。造林密度對(duì)6年生尾葉桉(Eucalyptus urophyllaBlake)胸徑、立木單株材積、冠幅及枝下高的影響達(dá)到極顯著水平，對(duì)蓄積量、木材纖維寬度和導(dǎo)管分子長(zhǎng)度的影響達(dá)到顯著水平，對(duì)樹高、木材氣干密度和木纖維長(zhǎng)度有一定的影響[16]。

鑒于國(guó)家木材資源將長(zhǎng)期緊缺現(xiàn)狀[14]，選育和栽培適宜的速生高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)歐美楊品種，以提高我國(guó)尤其是北方地區(qū)楊樹人工林的生產(chǎn)力和木材質(zhì)量非常重要。本文以2個(gè)國(guó)家審定歐美楊良種渤豐1號(hào)楊（P.×euramericana‘Bofeng 1’；良種編號(hào)：國(guó)S-SC-PE-002-2011）、渤豐3號(hào)楊（P.×euramericana‘Bofeng 3 hao’；良種編號(hào)：國(guó)S-SV-PE-003-2017）和歐美楊新品種京2楊（P.×euramericana(Dode)Guiner c1.‘J2’；品種權(quán)號(hào)：20 050 033）為試材[17-18]，通過(guò)分析比較不同密度對(duì)不同林齡生長(zhǎng)和木材性質(zhì)的影響，確定合理造林密度，為歐美楊新品種的選育、北方楊樹用材林特別是紙漿材林產(chǎn)量提高和木材品質(zhì)優(yōu)化提供有價(jià)值參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)開(kāi)展于遼寧省錦州凌海市原種場(chǎng)(41°17′ N，121°36′ E)，年降水量400～600 mm，海拔17 m。2007年春季埋根造林，造林所用根為1年生苗木的根。試驗(yàn)采用4個(gè)密度處理（2 m×3 m、2 m×4 m、2 m×5 m和2 m×6 m），3個(gè)重復(fù)，林地四周栽植2行隔離行。實(shí)驗(yàn)材料為3個(gè)歐美楊品種：渤豐1號(hào)楊、渤豐3號(hào)楊和京2楊。

2007至2012年和2014年每年秋季使用測(cè)樹圍尺測(cè)量胸徑，其中，使用2014年春季調(diào)查的胸徑代替2013年秋的胸徑數(shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)不同年份的保存率；木材性質(zhì)的測(cè)定由東北林業(yè)大學(xué)在2017年完成。

使用Excel、SPSS25以及R3.6.0等統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。對(duì)保存率進(jìn)行整理并繪制連年變化圖；對(duì)胸徑進(jìn)行方差分析；對(duì)3品種的胸徑進(jìn)行多重比較；對(duì)于木材解剖性質(zhì)和木材化學(xué)成分，取3個(gè)品種的均值作為歐美楊人工林整體的木材性質(zhì)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 造林密度對(duì)生長(zhǎng)的影響

2.1.1 保存率的連年變化 3個(gè)品種的保存率變化模式具有明顯的差異（圖1）?？傮w上看，京2楊的4個(gè)栽植密度均呈逐年下降的趨勢(shì)，第4年開(kāi)始逐年較大幅度下降，各造林密度間差異不明顯；渤豐1號(hào)楊2 m×6 m造林密度的保存率始終高于87%，而2 m×5 m造林密度的保存率從第4年開(kāi)始逐年小幅下降，較大造林密度（2 m×3 m和2 m×4 m）的保存率是從造林開(kāi)始逐年小幅下降至第3年，第3至6年保存率穩(wěn)定在70%左右，在第7年有小幅下降，第7、8年的保存率維持在55%左右；渤豐3號(hào)楊較小造林密度（2 m×5 m和2 m×6 m）的保存率變化較穩(wěn)定，至第8年兩密度保存率在75%左右，2 m×4 m造林密度的保存率大幅下降至第2年，后維持在54%～63%，而2 m×3 m造林密度的保存率，在第1至3年大幅下降，在第6至8年均小幅下降，最終保存率為41%。

2.1.2 胸徑的方差分析及多重比較結(jié)果 對(duì)連續(xù)測(cè)量的胸徑數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析（表1），結(jié)果表明：造林密度和品種對(duì)胸徑生長(zhǎng)均有極顯著的影響（p＜0.01）；造林密度與品種的互作效應(yīng)在第2至6年均達(dá)顯著水平（p＜0.05），其中，第3、4年達(dá)極顯著（p＜0.01）水平。

圖1 保存率變化Fig. 1 Changes in preserving rates

表1 歐美楊胸徑的雙因素方差分析Table 1 Two-Way ANOVA of DBH of Populus×euramericana

對(duì)不同年份不同造林造林密度下各品種的胸徑進(jìn)行多重比較（表2），結(jié)果表明：不同年份間，各造林密度下，品種胸徑的表現(xiàn)存在明顯差異。2 m×3 m造林密度下，除第2年外，渤豐3號(hào)楊胸徑最大且除第3年外顯著（p＜0.05）高于其他品種，第2年京2楊的胸徑最大且顯著高于其他品種；2 m×4 m造林密度下渤豐3號(hào)楊的胸徑在第2至8年最大且除第2、第7年外顯著高于其他品種；2 m×5 m造林密度下，京2楊在第2、3年胸徑最大且顯著高于其他品種，第4年各品種無(wú)顯著差異，第5至8年渤豐3號(hào)楊胸徑最大且顯著高于京2楊；2 m×6 m造林密度下，第2年京2楊胸徑最大且顯著優(yōu)于其他品種，第3年渤豐1號(hào)楊胸徑最小且顯著劣于其他品種，第4至8年渤豐3號(hào)楊胸徑最大且顯著高于其他品種。第8年試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，2 m×6 m造林密度下渤豐3號(hào)楊的胸徑最大，達(dá)25.01 cm；渤豐1號(hào)楊次之，達(dá)22.96 cm；京2楊最差，僅21.34 cm。

2.2 造林密度對(duì)總體木材性質(zhì)的影響

2.2.1 對(duì)木材物理性質(zhì)的影響 由表3可以看出：除第3年外，歐美楊在同一林齡不同栽植密度下木材基本密度差異不顯著；第3年2 m×4 m造林密度的歐美楊木材基本密度顯著大于2 m×3 m造林密度，其余造林密度差異不顯著。整體上看，歐美楊木材基本密度每年的總均值在第4、5年下降，除此之外呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)；各栽植密度中，隨林齡的增長(zhǎng)，歐美楊的木材基本密度存在增長(zhǎng)的趨勢(shì)，各造林密度下歐美楊第7、8年的木材基本密度均高于第1、2年。2 m×3 m、2 m×4 m、2 m×5 m和2 m×6 m造林密度下歐美楊木材基本密度首先出現(xiàn)顯著性差異的年份分別為第4年、第3年、第7年和第7年。較小造林密度下，歐美楊的木材基本密度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，較大造林密度下歐美楊的木材基本密度，整體上是逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但其在第4至6年存在木材基本密度下降的現(xiàn)象；至第8年，各造林密度下歐美楊的基本密度為0.33～0.34 g·cm-3。

隨著林齡的增大，歐美楊的微纖絲角均呈先增加后減小的趨勢(shì)，至第8年，各造林密度下歐美楊的微纖絲角為15.00～15.65；只有第3年和第5年各造林密度間微纖絲角存在差異，在第3年，2 m×4 m和2 m×6 m造林密度的歐美楊微纖絲角顯著大于2 m×3 m造林密度；在第5年，2 m×5 m和2 m×6 m的歐美楊微纖絲角顯著大于2 m×3 m造林密度。只有2 m×4 m和2 m×6 m造林密度下歐美楊微纖絲角的逐年變化存在差異，2 m×3 m和2 m×6 m密度處理的歐美楊微纖絲角隨林齡的增長(zhǎng)差異不顯著，2 m×3 m、2 m×4 m、2 m×5 m和2 m×6 m造林密度下歐美楊微纖絲角開(kāi)始明顯下降年份分別為第3年、第4年、第6年和第6年（表3）。

表2 3品種不同林齡的胸徑及多重比較Table 2 Multiple comparisons of 3 cultivars' DBH at different forest ages cm

歐美楊木材纖維的長(zhǎng)、寬及長(zhǎng)寬比在同一林齡時(shí)，各造林密度之間均差異不顯著（表4）。至第8年，歐美楊木材的長(zhǎng)寬比為49.65～52.83。隨著林齡的增長(zhǎng)，各造林密度下的歐美楊長(zhǎng)寬比和纖維長(zhǎng)均有顯著增加，而纖維寬則沒(méi)有顯著的變化。長(zhǎng)寬比總均值的排序?yàn)椋? m×3 m＞2 m×4 m＞2 m×5 m＞2 m×6 m；纖維長(zhǎng)總均值的排序?yàn)椋? m×6 m＞2 m×3 m＞2 m×5 m＞2 m×4 m；纖維寬總均值的排序?yàn)椋? m×6 m＞2 m×5 m＞2 m×3 m＞2 m×4 m。

2.2.2 對(duì)木材解剖性質(zhì)的影響 歐美楊木材的壁腔比差異不顯著，第6年時(shí)，2 m×3 m、2 m×4 m和2 m×5 m 密度的歐美楊壁腔比較低，2 m×6 m密度壁腔比相對(duì)穩(wěn)定，其余年份壁腔比大部分在0.3以上（表5）。歐美楊木材的木纖維組織比量在同一林齡不同栽植密度間均差異不顯著，除2 m×3 m造林密度外，其余造林密度第8年歐美楊的木纖維組織比量均顯著小于造林初期；歐美楊木纖維組織比量較高，均在50%以上，木纖維組織比量木纖維組織比量總體上隨林齡的增長(zhǎng)呈減小的趨勢(shì)（表5）。

2.2.3 對(duì)木材化學(xué)成分的影響 歐美楊木材的各化學(xué)成分在不同栽植密度下均差異不顯著（表6）。歐美楊木材的纖維素含量為40.54%～42.76%，綜纖維素含量均大于76%，歐美楊的酸溶木素含量均高于3.25%，總木素的含量在22%左右；2 m×3 m造林密度的酸不溶木素和總木素含量最高，2 m×5 m造林密度的水分和綜纖維素含量最高，2 m×6 m造林密度的纖維素和酸溶木素含量最高。

表3 不同造林密度下的基本密度和微纖絲角Table 3 Basic density and microfibrillar angle of different planting densities

3 討論

造林密度和歐美楊的品種特性與保存率的變化關(guān)系密切，研究其變化規(guī)律對(duì)歐美楊品種選擇及生產(chǎn)的科學(xué)規(guī)劃具有實(shí)際意義。不同造林密度下，3品種每年的保存率變化趨勢(shì)差異顯著，京2楊保存率在第1至8年保持中等幅度的持續(xù)下降，其第8年保存率最低；渤豐1號(hào)楊與渤豐3號(hào)楊保存率變化相似，均為較小造林密度的保存率優(yōu)于較大造林密度，較大造林密度在第3年和第6年附近出現(xiàn)下降。整體看，2 m×6 m造林密度下渤豐1號(hào)楊的保存率最高，始終高于87%。保存率出現(xiàn)差異可能是因?yàn)椴池S3號(hào)楊和渤豐1號(hào)楊均是來(lái)自荷蘭的歐洲黑楊145號(hào)（P.nigra）與河南的美洲黑楊65號(hào) 楊（P. deltoidescl. ‘55/65’ ×P.deltoidescl.‘2KEN8’）的雜交種，而京2楊屬聚合型雜種歐美楊，但其遺傳成分中歐洲黑楊僅占1/8，而美洲黑楊占7/8[17-18]。由遺傳結(jié)構(gòu)差異而帶來(lái)的雜種優(yōu)勢(shì)[7,19-20]，在本研究中極為明顯：渤豐3號(hào)楊和渤豐1號(hào)楊既有歐洲黑楊的抗逆性，也獲得了美洲黑楊的速生性，能適應(yīng)當(dāng)?shù)囟竞涞拳h(huán)境條件而且有較好的生長(zhǎng)表現(xiàn)；而京2楊主要成分是美洲黑楊，繼承歐洲黑楊抗寒能力較弱，加之其大冠幅的特點(diǎn)，使京2楊生長(zhǎng)處于逆境狀態(tài)，這可能是其保存率低的重要原因。據(jù)報(bào)道[13-14,21]，造林密度會(huì)影響楊樹冠層特性、生物量、樹體和葉片形態(tài)以及光合作用。本研究結(jié)果表明，歐美楊品種隨著林齡的增長(zhǎng)，其對(duì)生存空間的需求增加，當(dāng)初始造林密度滿足不了其生存需求時(shí)，空間上的競(jìng)爭(zhēng)使保存率下降以增加其生存空間。人工林的造林密度與林分后期密度關(guān)系緊密，林木的生長(zhǎng)受此影響，過(guò)高的造林密度會(huì)使林分中可利用的空間減少，從而加劇林木間的競(jìng)爭(zhēng)，林木的死亡率上升、生長(zhǎng)受到抑制，必需適當(dāng)調(diào)整林分密度，才能促進(jìn)林木生長(zhǎng)發(fā)育，達(dá)到速生豐產(chǎn)的效果[11-12,15,22]。

表4 不同造林密度下歐美楊的纖維結(jié)構(gòu)Table 4 The fiber structure of Populus×euramericana with different planting densities

造林密度和品種對(duì)歐美楊人工林生產(chǎn)力具有顯著的影響。研究表明，密度主要與胸徑生長(zhǎng)相關(guān)顯著[15-16]。本研究中，品種和造林密度對(duì)黑楊派品種胸徑生長(zhǎng)均有極顯著（p＜0.01）的效應(yīng)；品種與造林密度的互作在第2至6年均有顯著效應(yīng)，而在第7和第8年互作效應(yīng)不顯著。說(shuō)明品種對(duì)不同造林密度的響應(yīng)不一，根據(jù)胸徑表現(xiàn)篩選品種、造林密度有利于人工林的營(yíng)造栽培。據(jù)悉，渤豐1號(hào)楊和渤豐3號(hào)楊是針對(duì)東北環(huán)渤海灣地區(qū)設(shè)計(jì)雜交的歐美楊造林品種，其綜合表現(xiàn)優(yōu)于108楊[18]。隨林齡增長(zhǎng)，首先郁閉的是造林密度較大的人工林，楊樹胸徑的生長(zhǎng)會(huì)較早受到競(jìng)爭(zhēng)而被抑制[23]；而品種與造林密度的互作效應(yīng)可以看做基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)，試驗(yàn)結(jié)果表明互作效應(yīng)隨林齡的增長(zhǎng)會(huì)消失，這與相關(guān)的研究結(jié)果一致[24-25]。第8年試驗(yàn)結(jié)束時(shí)2 m×4 m和2 m×6 m造林密度下歐美楊各品種的胸徑表現(xiàn)最好，但2 m×4 m造林密度下各品種的保存率較低。綜合各品種保存率和胸徑的表現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)選擇2 m×6 m造林密度來(lái)營(yíng)造人工林。

表5 不同造林密度下的纖維形態(tài)Table 5 The fiber morphology of different planting densities

表6 不同密度處理下歐美楊的化學(xué)成分Table 6 Chemical composition of Populus×euramericana with different planting densities

造林密度對(duì)歐美楊品種木材物理和化學(xué)性質(zhì)的效應(yīng)不明顯，第8年試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，4種造林密度下歐美楊木材的解剖性質(zhì)和化學(xué)成分均差異不顯著，這可能是因?yàn)楸４媛实倪B年變化導(dǎo)致了生存空間的增加。鮑甫成等[26]認(rèn)為，闊葉樹木材密度會(huì)因林分中郁閉度的增加而減少?；久芏仁悄静脑谟米骼w維原料時(shí)的重要性質(zhì)，密度為0.4～0.6 g·cm-3的木材堅(jiān)硬適中且易于制漿；木纖維長(zhǎng)度不僅與木材的利用關(guān)系緊密，而且也是評(píng)價(jià)木漿的一項(xiàng)重要因素。纖維長(zhǎng)度的增加會(huì)提高紙張的耐撕度、抗拉強(qiáng)度、耐破度和耐折度等性質(zhì)；壁腔比對(duì)紙張的性能產(chǎn)生影響，壁腔比越小，紙張強(qiáng)度越大；上等造紙用材的標(biāo)準(zhǔn)是壁腔比小于1。高木纖維組織比量也是選擇造紙材樹種時(shí)的考慮因素[27]。紙漿材的木材纖維應(yīng)細(xì)且長(zhǎng)，長(zhǎng)寬比大于30，且愈大愈好[28]。在試驗(yàn)的第8年，歐美楊平均木材基本密度為0.34 g·cm-3，平均微纖絲角為15.32，平均長(zhǎng)寬比達(dá)51.15，平均纖維長(zhǎng)達(dá)1 199.65 μm，平均纖維寬達(dá)23.75 μm，平均壁腔比為0.31，平均木纖維組織比量達(dá)56.58%。是易于制漿，并可以用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性能紙張的上等造紙用材。

適宜造林密度的確定應(yīng)充分考慮培育材種和品種特性。本研究中，歐美楊品種人工林的培育主要是紙漿用材，因此，木材的化學(xué)成分倍受關(guān)注。結(jié)果表明，造林密度愈小，歐美楊木材纖維素含量愈高，這一趨勢(shì)與姜岳忠等[28]、柴修武等[29]、曹福亮[30]對(duì)不同造林密度楊樹的木材化學(xué)性質(zhì)的研究結(jié)果相同。本研究中，不同密度下歐美楊的綜纖維素含量間差異不顯著，均大于76%；4種密度處理下的綜纖維素含量排序?yàn)椋? m×3 m＜2 m×6 m＜2 m×4 m＜2 m×5 m?？傮w上看，造林密度愈小，綜纖維素的含量愈高。歐美楊的酸溶木素含量均高于3.25%，可以使用酸法制紙漿，總木素的含量在22%左右。酸不溶木素的含量均低于19.97%，這一結(jié)果與雷金選等[31]研究的8種楊樹的材性結(jié)果略有差異。歐美楊木材的各化學(xué)成分在不同密度下均差異不顯著（表7），2 m×4 m和2 m×6 m密度歐美楊的總木素含量和水分含量較低，2 m×5 m和2 m×6 m密度的纖維素含量較高，2 m×4 m和2 m×5 m密度的綜纖維素較高。相比之下，造林密度較小的歐美楊木材化學(xué)成分更適宜紙漿的生產(chǎn)。

4 結(jié)論

（1）較大的造林密度對(duì)歐美楊3個(gè)品種的保存率和胸徑產(chǎn)生了抑制作用；較小造林密度下歐美楊的保存率更高。3個(gè)歐美楊派品種的適應(yīng)性存在差異，渤豐1號(hào)楊和渤豐3號(hào)楊優(yōu)于京2楊。（2）品種、造林密度、品種與造林密度的互作對(duì)歐美楊胸徑的生長(zhǎng)均有顯著效應(yīng)，品種與造林密度的互作效應(yīng)對(duì)胸徑的影響隨時(shí)間增長(zhǎng)而變?nèi)酢＃?）造林密度對(duì)歐美楊的木材性質(zhì)的影響不顯著。隨林齡的增大，木材基本密度、纖維長(zhǎng)、纖維長(zhǎng)寬比顯著增大，而歐美楊木材的微纖絲角、木纖維組織比量顯著減小，纖維寬的變異較小，其木材性質(zhì)均符合紙漿材要求。（4）在大凌河流域平原及類似環(huán)境下，渤豐1號(hào)楊和渤豐3號(hào)楊更適合生產(chǎn)，且造林密度最少不能小于2 m×6 m。本試驗(yàn)中，渤豐3號(hào)楊有發(fā)展大徑材的潛力，而高保存率的渤豐1號(hào)楊適合紙漿材人工林的營(yíng)造。