25年生湿地松针叶束水培无性系木材特性研究
王晓荣 杜超群 刘勇清 杜业云 李立三 许业洲
摘要：以25 a生湿地松针叶束水培无性系试验林为研究对象，通过生长量调查、木材纤维特性以及化学成分研究，比较分析了不同无性系之间及其与实生林木材特性之间的差异。结果表明：湿地松无性系树高、胸径和单株蓄积较实生林分别高9.10%，17.50%和50.80%；各无性系间纤维长度和纤维宽度存在极显著差异，无性系内无显著差异，纤维长度低于对照3.70%，纤维宽度高于对照约12.73%，长宽比小于对照14%；各无性系的综纤维素含量为73.05%～78.22%，木质素含量22.40%～28.82%，1%氢氧化钠抽出物含量12.30%～22.70%，均达到纸浆材材性要求；利用主成分分析法，各无性系中最优的无性系为S4，无性系S8和S11综合品质较优。
关键词： 湿地松；针叶束；水培无性系；木材特性
中图分类号：S722.3；S791.246 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2016）04-0013-04
Abstract： 25yearold experimental stand of water culture clones propagated from needle fascicles of Pinus elliottii in Jingmen were chosen as research object. The growth amout， wood fiber properties and chemical composition were studied， and the difference of wood characteristics between water culture clones and seedling trees were also discussed. The results showed that the height， diameter at breast height and individual volume were higher 9.10%， 17.50%， and 50.80% higher than seedling trees respectively； there were extremely significant difference in fiber length and width among clones， and no significant difference among different individuals. The fiber length， fiber width and the ratio of length and width were 3.70% lower，12.73% higher and 14% less than the control， respectively. The variation range of the contents of holocellulose， the contents of lignin and the contents of 1% NaOH extractive of different clones were 73.05%～78.22%， 22.40%～28.82% and 12.30%～22.70% respectively， which were in line with requirements of pulpwood qualities. Through principal component analysis，clones S4，S8 and S11 were selected as the superior for pulpwood.
Key words： Pinus elliottii； needle fascicles； water culture clones； wood characteristics
湿地松Pinus elliottii具有早期生长快、适应性强、干形圆满通直、木材质量好等优点，目前已发展成为长江流域及南方各省区主要造林树种和重要的纸浆原料主要栽培树种之一[1，2]。自80年代初，湖北省原荆州地区林科所周铁心等首创用1 a生湿地松幼苗叶束水培育技术并在全省推广。采用湿地松针叶束水培育苗不仅能解决苗木不足的问题，且具有投资少，技术简单，成苗快等优点，同时其苗木变异性小，遗传性稳定，可保持原株的优良性状，是良种繁育行之有效的方法[3]。针对湿地松针叶束水培无性系已开展许多研究，主要集中在水培育苗[3]、造林技术[4]、扦插繁殖[5]、遗传特性[2]等方面的研究，但就湿地松针叶束水培无性系木材特性研究尚未见报道。树木木材特性的好坏决定着木材加工板材及造纸质量，对湿地松无性木材纤维特性以及化学成分等进行比较研究，并对各无性系开展综合性状开展评价，以期选择出生长表现良好，木材特性优越的湿地松无性系，为湿地松纸浆材选择和推广提供依据。
1 试验材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于湖北省荆门市国营彭场林场，东经112°56′，北纬30°25′，地处鄂中腹地，属江汉平原北缘低丘岗地，北亚热带季风气候区，年平均气温15.5 ℃，年均积温5 050～5 100 ℃，无霜期约260 d，年降雨量1 160 mm，全年气候温和，雨量充沛。林地土壤主要为第四纪粘土母质发育的黄褐土，土层深度在1 m以上，质地较粘，肥力中等，pH值5.6～6.8，呈微酸性反应，是湿地松栽培的适生区。
1.2 试验材料与试验设计
以湿地松针叶束水培育方法培育无性系苗木[2，6]营造的25 a生10个无性系试验林作为试验材料，以实生苗为对照。采用完全随机区组设计，3株单行小区，4次重复，每区组11个小区，株行距3 m×4 m。试验林当前保存较完整的有9个无性系，保存率为75.9%。
1.3 研究方法
（1）生长量调查：
2007年用测高仪、胸径尺、皮尺每木调查树高、胸径、冠幅等生长因子。单株材积按湖北省湿地松二元材积公式计算：V=6.714 156×10-5×h0.790 834 5×d1.995 515 2，式中，V、h、d分别为单株材积、树高和胸径[2]。
（2）木材特性测定：
2007年，按区组每小区选择1株林木，用生长锥在树干约1 m高度处的不同方向取3～4条木芯，在实验室粉碎混合，按造纸工业原料试验方法（国标GB2677-81）测试综纤维素、木质素、1%氢氧化钠抽出物，采用33%硝酸分解后显微观测纤维形态。
（3）数据统计与分析：
采用Microsoft Excel 2010统计作图，方差分析、多重比较和主成分分析采用SPSS19.0软件。主成分分值综合得分计算模型参考[7]，计算公式：y=∑λiμi，式中，y是综合得分，λ是主成分贡献率，μ是主成分值，i是主成分。
2 结果与分析
2.1 木材特性
2.1.1 25 a生湿地松无性系纤维特性分析
纤维形态特征是木浆造纸和纤维板等工业用材的重要指标，其对纸张强度、木材干缩性和木材强度均有较大影响[8]。纤维的长宽比是表现纸张强度与质量的重要特征之一，管胞长宽比大，纸浆中纤维交织能力强。本研究对比分析了25 a生湿地松无性系与对照实生林木材纤维长度和宽度，结果见表2、表3。由表3可知：各无性系纤维长度变化范围为2.2～3.2 mm，均值为2.6 mm，低于对照约3.7%；纤维宽度变化范围为32.0～44.0 mm，均值为36.6 μm，高于对照约12.73%，长宽比变化范围为62.1%～80.9%，平均小于对照14%。对湿地松无性系间的纤维长度和纤维宽度进行方差分析（表3），可知无性系间纤维长度和纤维宽度存在极显著差异，无性系内无显著差异。多重比较结果表明，S8纤维长度和纤维宽度显著长于其他无性系和对照，S7则显著短于其他无性系和对照；S5、S7、S9和S10纤维长度则显著短于对照，平均纤维宽度S4、S5、S8、S9、S10和S13显著高于对照。同时，各无性系纤维长宽比均小于对照，这与各无性系平均纤维宽度高，而纤维长度短有关。
2.1.2 25 a生湿地松无性系化学成分分析
（1）综纤维素：综纤维素含量的多少直接影响着木材的强度和加工性质，即是确定纸浆、造纸工艺的重要依据[9]。一般而言，综纤维素含量越高，获得的纸浆率也越高。各无性系和对照的综纤维素含量为73.05%～78.22%，均达到了造纸原料对综纤维素含量>70%的基本要求。除S4和S5略低于对照外，其他无性系均高于对照，9个无性系综纤维素含量平均值略高于对照3.37%，其中以S8和S9较优。
（2）木质素：木材素在木材制化学浆时要被除去，其含量高则影响纸浆的质量和获得率，因此纸浆材木质素含量越低其产纸量越高[10]。由表4可知：各湿地松无性系木质素含量变化范围为22.40%～28.82%，各无性系木质素含量平均值整体低于对照10.32%，以S8、S9和S11较优。
（3）1%氢氧化钠抽出物：木材抽出物与木材的色、香、味和木材的耐久性等具有密切的关系，影响着木材强度、表面涂饰性能、胶合剂固化性能、渗透性、水分的吸收和收缩性能等[9，11]，其含量越高越会影响纸浆的获得率。由表4可知：各湿地松无性系1%氢氧化钠抽出物含量变化范围在12.3%～22.70%之间，以S5最好，S2次之，各无性系明显低于对照，平均低23.18%。
2.2 各性状参数相关性分析
从各性状参数的相关分析结果（表5）可知：单株材积与树高、胸径呈极显著正相关，说明通过改良选择无性系的胸径和树高可以显著提高单株材积；棕纤维含量与木质素含量存在极显著负相关；生长性状与纤维特性与和化学成分间相关关系不显著，纤维特性与化学成分间相关关系也不显著。
2.3 主成分分析
将数据进行标准化变换，运用计算协方差矩阵法对9个无性系的平均值进行计算，得到特征向量、特征根、贡献率、累积贡献率等参数，结果见表6。
从表6可知：前3个主成分贡献率分别为46.627%、25.637%和15.805%，累积贡献率达到88.069%，可以代表9个性状绝大部分的信息。根据特征向量和贡献率获得3个主成分的函数表达式：y1=0.847 x1+0.947 x2+0.944 x3+0.791 x4+0.600 x5+0.263 x6+0.227 x7-0.109 x8+0.726 x9；
y2=0.363 x1+0.250 x2+0.288 x3-0.134 x4-0.293 x5+0.064 x6-0.946 x7+0.958 x8-0.332 x9；
y3=0.087 x1-0.073 x2+0.014 x3+0.268 x4-0.554 x5+0.951 x6+0.089 x7-0.218 x8-0.266 x9。
由3个表达可以看出：y1的值主要受胸径、树高、单株蓄积和纤维长度影响较大，y2的值主要受棕纤维素含量和木质素含量影响较大，y3的值主要受纤维长宽比影响较大，可见生长指标仍然是影响无性系比较的最主要因子。根据前3个主成分分之和主成分贡献率，进而计算得到综合得分值y，可以比较各无性系间的优劣。综合排序结果可知，湿地松9个针叶束无性系中，最优的无性系为S4，无性系S8和S11综合品质较优，S13较一般，而相对较差的无性系包括S9、S7、S5和S2（表7）。
3 结论
本研究通过开展25 a生湿地松针叶束水培无性系与实生对照林生长量、纤维特性以及木材化学成分分析，可以有效了解各无性系生长状况以及利用其开展纸浆材造林具有重要意义。
（1）湿地松水培无性系较实生林木具有明显的生长优势，平均树高、平均胸径和单株蓄积较实生林分别高9.1%，17.5%和50.8%。
（2）各无性系纤维长度变化范围为2.2～3.2 mm，纤维宽度变化范围为32.0～44.0 μm，均值为36.6 μm，长宽比变化范围为62.1%～80.9%。方差结果表明，各无性系间纤维长度和纤维宽度存在极显著差异，无性系内无显著差异。
（3）本研究中，各无性系的综纤维素含量为73.05%～78.22%，木质素含量22.40%～28.82%，1%氢氧化钠抽出物含量12.3%～22.7%，本测定值与张耀丽等[9]对10 a生湿地松测定的综纤维素含量变化范围为73.78%～75.56%。1%氢氧化钠抽出物含量变化范围为22.64%～23.84%研究结果相近。一般而言，对制浆造纸来说，选用棕纤维素含量高、木质素含量低和抽出物的含量以少为好[12]。整体来看，虽然各湿地松无性系与实生对照在纤维长度、纤维宽度、长宽比、综纤维素含量、木质素含量和含量等指标上均达到纸浆材材性要求。
（4）利用主成分分析评价湿地松无性系木材特性可知，最优的无性系为S4，无性系S8和S11综合品质较优，此3个无性系既生长良好，且纤维特性和化学成分在木材特性方面也表现较优，满足湿地松纸浆材的要求，利用其适合在该区域开展纸浆材造林推广。
参 考 文 献
[1]童方平，徐艳平，龙应忠，等.湿地松纸浆原料林密度控制与管理技术研究[J].中南林业科技大学学报，2009，29（3）：4548.
[2]许业洲，杜超群，许秀环，等.湿地松针叶束水培无性系生长特性遗传分析[J].南京林业大学学报，2013，37（5）：2530.
[3]李婷婷，许业洲，沈宝仙，等.湿地松针叶束水培的初步研究[J].湖北林业科技，2010（6）：1013.
[4]周心铁，杨承桂，周全国，等.湿地松针叶束无性系造林研究[J].湖北林业科技，1994（3）：1416.
[5]杜超群，许业洲，李婷婷.湿地松萌芽条扦插生根试验研究[J].湖北林业科技，2011（5）：1115.
[6]周心铁，杨承贵.松树针叶束育苗[M].北京：中国林业出版社，1988：150.
[7]李昌荣，吴兵，陈东林，等.尾巨桉杂种无性系多性状综合评价[J].西部林业科学，2014，43（4）：3743.
[8]徐有明，林汉，魏柏松，等.间伐强度对湿地松人工林木材质量的影响效应[J].东北林业大学报，2002，30（2）：3842.
[9]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，2002，26（6）：6062.
[10]徐有明，沈明璋.湿地松纸浆材材性变异的研究[J].华中农业大学学报，1993，12（2）：147153.
[11]成俊卿.木材学[M].北京：中国林业出版社，1985：1100.
[12]杨英.闽北山地坡相对湿地松人工林木材化学成分的影响[J].华东森林经理，2006，20（3）：1013.
（责任编辑：郑京津）
摘要：以25 a生湿地松针叶束水培无性系试验林为研究对象，通过生长量调查、木材纤维特性以及化学成分研究，比较分析了不同无性系之间及其与实生林木材特性之间的差异。结果表明：湿地松无性系树高、胸径和单株蓄积较实生林分别高9.10%，17.50%和50.80%；各无性系间纤维长度和纤维宽度存在极显著差异，无性系内无显著差异，纤维长度低于对照3.70%，纤维宽度高于对照约12.73%，长宽比小于对照14%；各无性系的综纤维素含量为73.05%～78.22%，木质素含量22.40%～28.82%，1%氢氧化钠抽出物含量12.30%～22.70%，均达到纸浆材材性要求；利用主成分分析法，各无性系中最优的无性系为S4，无性系S8和S11综合品质较优。
关键词： 湿地松；针叶束；水培无性系；木材特性
中图分类号：S722.3；S791.246 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2016）04-0013-04
Abstract： 25yearold experimental stand of water culture clones propagated from needle fascicles of Pinus elliottii in Jingmen were chosen as research object. The growth amout， wood fiber properties and chemical composition were studied， and the difference of wood characteristics between water culture clones and seedling trees were also discussed. The results showed that the height， diameter at breast height and individual volume were higher 9.10%， 17.50%， and 50.80% higher than seedling trees respectively； there were extremely significant difference in fiber length and width among clones， and no significant difference among different individuals. The fiber length， fiber width and the ratio of length and width were 3.70% lower，12.73% higher and 14% less than the control， respectively. The variation range of the contents of holocellulose， the contents of lignin and the contents of 1% NaOH extractive of different clones were 73.05%～78.22%， 22.40%～28.82% and 12.30%～22.70% respectively， which were in line with requirements of pulpwood qualities. Through principal component analysis，clones S4，S8 and S11 were selected as the superior for pulpwood.
Key words： Pinus elliottii； needle fascicles； water culture clones； wood characteristics
湿地松Pinus elliottii具有早期生长快、适应性强、干形圆满通直、木材质量好等优点，目前已发展成为长江流域及南方各省区主要造林树种和重要的纸浆原料主要栽培树种之一[1，2]。自80年代初，湖北省原荆州地区林科所周铁心等首创用1 a生湿地松幼苗叶束水培育技术并在全省推广。采用湿地松针叶束水培育苗不仅能解决苗木不足的问题，且具有投资少，技术简单，成苗快等优点，同时其苗木变异性小，遗传性稳定，可保持原株的优良性状，是良种繁育行之有效的方法[3]。针对湿地松针叶束水培无性系已开展许多研究，主要集中在水培育苗[3]、造林技术[4]、扦插繁殖[5]、遗传特性[2]等方面的研究，但就湿地松针叶束水培无性系木材特性研究尚未见报道。树木木材特性的好坏决定着木材加工板材及造纸质量，对湿地松无性木材纤维特性以及化学成分等进行比较研究，并对各无性系开展综合性状开展评价，以期选择出生长表现良好，木材特性优越的湿地松无性系，为湿地松纸浆材选择和推广提供依据。
1 试验材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于湖北省荆门市国营彭场林场，东经112°56′，北纬30°25′，地处鄂中腹地，属江汉平原北缘低丘岗地，北亚热带季风气候区，年平均气温15.5 ℃，年均积温5 050～5 100 ℃，无霜期约260 d，年降雨量1 160 mm，全年气候温和，雨量充沛。林地土壤主要为第四纪粘土母质发育的黄褐土，土层深度在1 m以上，质地较粘，肥力中等，pH值5.6～6.8，呈微酸性反应，是湿地松栽培的适生区。
1.2 试验材料与试验设计
以湿地松针叶束水培育方法培育无性系苗木[2，6]营造的25 a生10个无性系试验林作为试验材料，以实生苗为对照。采用完全随机区组设计，3株单行小区，4次重复，每区组11个小区，株行距3 m×4 m。试验林当前保存较完整的有9个无性系，保存率为75.9%。
1.3 研究方法
（1）生长量调查：
2007年用测高仪、胸径尺、皮尺每木调查树高、胸径、冠幅等生长因子。单株材积按湖北省湿地松二元材积公式计算：V=6.714 156×10-5×h0.790 834 5×d1.995 515 2，式中，V、h、d分别为单株材积、树高和胸径[2]。
（2）木材特性测定：
2007年，按区组每小区选择1株林木，用生长锥在树干约1 m高度处的不同方向取3～4条木芯，在实验室粉碎混合，按造纸工业原料试验方法（国标GB2677-81）测试综纤维素、木质素、1%氢氧化钠抽出物，采用33%硝酸分解后显微观测纤维形态。
（3）数据统计与分析：
采用Microsoft Excel 2010统计作图，方差分析、多重比较和主成分分析采用SPSS19.0软件。主成分分值综合得分计算模型参考[7]，计算公式：y=∑λiμi，式中，y是综合得分，λ是主成分贡献率，μ是主成分值，i是主成分。
2 结果与分析
2.1 木材特性
2.1.1 25 a生湿地松无性系纤维特性分析
纤维形态特征是木浆造纸和纤维板等工业用材的重要指标，其对纸张强度、木材干缩性和木材强度均有较大影响[8]。纤维的长宽比是表现纸张强度与质量的重要特征之一，管胞长宽比大，纸浆中纤维交织能力强。本研究对比分析了25 a生湿地松无性系与对照实生林木材纤维长度和宽度，结果见表2、表3。由表3可知：各无性系纤维长度变化范围为2.2～3.2 mm，均值为2.6 mm，低于对照约3.7%；纤维宽度变化范围为32.0～44.0 mm，均值为36.6 μm，高于对照约12.73%，长宽比变化范围为62.1%～80.9%，平均小于对照14%。对湿地松无性系间的纤维长度和纤维宽度进行方差分析（表3），可知无性系间纤维长度和纤维宽度存在极显著差异，无性系内无显著差异。多重比较结果表明，S8纤维长度和纤维宽度显著长于其他无性系和对照，S7则显著短于其他无性系和对照；S5、S7、S9和S10纤维长度则显著短于对照，平均纤维宽度S4、S5、S8、S9、S10和S13显著高于对照。同时，各无性系纤维长宽比均小于对照，这与各无性系平均纤维宽度高，而纤维长度短有关。
2.1.2 25 a生湿地松无性系化学成分分析
（1）综纤维素：综纤维素含量的多少直接影响着木材的强度和加工性质，即是确定纸浆、造纸工艺的重要依据[9]。一般而言，综纤维素含量越高，获得的纸浆率也越高。各无性系和对照的综纤维素含量为73.05%～78.22%，均达到了造纸原料对综纤维素含量>70%的基本要求。除S4和S5略低于对照外，其他无性系均高于对照，9个无性系综纤维素含量平均值略高于对照3.37%，其中以S8和S9较优。
（2）木质素：木材素在木材制化学浆时要被除去，其含量高则影响纸浆的质量和获得率，因此纸浆材木质素含量越低其产纸量越高[10]。由表4可知：各湿地松无性系木质素含量变化范围为22.40%～28.82%，各无性系木质素含量平均值整体低于对照10.32%，以S8、S9和S11较优。
（3）1%氢氧化钠抽出物：木材抽出物与木材的色、香、味和木材的耐久性等具有密切的关系，影响着木材强度、表面涂饰性能、胶合剂固化性能、渗透性、水分的吸收和收缩性能等[9，11]，其含量越高越会影响纸浆的获得率。由表4可知：各湿地松无性系1%氢氧化钠抽出物含量变化范围在12.3%～22.70%之间，以S5最好，S2次之，各无性系明显低于对照，平均低23.18%。
2.2 各性状参数相关性分析
从各性状参数的相关分析结果（表5）可知：单株材积与树高、胸径呈极显著正相关，说明通过改良选择无性系的胸径和树高可以显著提高单株材积；棕纤维含量与木质素含量存在极显著负相关；生长性状与纤维特性与和化学成分间相关关系不显著，纤维特性与化学成分间相关关系也不显著。
2.3 主成分分析
将数据进行标准化变换，运用计算协方差矩阵法对9个无性系的平均值进行计算，得到特征向量、特征根、贡献率、累积贡献率等参数，结果见表6。
从表6可知：前3个主成分贡献率分别为46.627%、25.637%和15.805%，累积贡献率达到88.069%，可以代表9个性状绝大部分的信息。根据特征向量和贡献率获得3个主成分的函数表达式：y1=0.847 x1+0.947 x2+0.944 x3+0.791 x4+0.600 x5+0.263 x6+0.227 x7-0.109 x8+0.726 x9；
y2=0.363 x1+0.250 x2+0.288 x3-0.134 x4-0.293 x5+0.064 x6-0.946 x7+0.958 x8-0.332 x9；
y3=0.087 x1-0.073 x2+0.014 x3+0.268 x4-0.554 x5+0.951 x6+0.089 x7-0.218 x8-0.266 x9。
由3个表达可以看出：y1的值主要受胸径、树高、单株蓄积和纤维长度影响较大，y2的值主要受棕纤维素含量和木质素含量影响较大，y3的值主要受纤维长宽比影响较大，可见生长指标仍然是影响无性系比较的最主要因子。根据前3个主成分分之和主成分贡献率，进而计算得到综合得分值y，可以比较各无性系间的优劣。综合排序结果可知，湿地松9个针叶束无性系中，最优的无性系为S4，无性系S8和S11综合品质较优，S13较一般，而相对较差的无性系包括S9、S7、S5和S2（表7）。
3 结论
本研究通过开展25 a生湿地松针叶束水培无性系与实生对照林生长量、纤维特性以及木材化学成分分析，可以有效了解各无性系生长状况以及利用其开展纸浆材造林具有重要意义。
（1）湿地松水培无性系较实生林木具有明显的生长优势，平均树高、平均胸径和单株蓄积较实生林分别高9.1%，17.5%和50.8%。
（2）各无性系纤维长度变化范围为2.2～3.2 mm，纤维宽度变化范围为32.0～44.0 μm，均值为36.6 μm，长宽比变化范围为62.1%～80.9%。方差结果表明，各无性系间纤维长度和纤维宽度存在极显著差异，无性系内无显著差异。
（3）本研究中，各无性系的综纤维素含量为73.05%～78.22%，木质素含量22.40%～28.82%，1%氢氧化钠抽出物含量12.3%～22.7%，本测定值与张耀丽等[9]对10 a生湿地松测定的综纤维素含量变化范围为73.78%～75.56%。1%氢氧化钠抽出物含量变化范围为22.64%～23.84%研究结果相近。一般而言，对制浆造纸来说，选用棕纤维素含量高、木质素含量低和抽出物的含量以少为好[12]。整体来看，虽然各湿地松无性系与实生对照在纤维长度、纤维宽度、长宽比、综纤维素含量、木质素含量和含量等指标上均达到纸浆材材性要求。
（4）利用主成分分析评价湿地松无性系木材特性可知，最优的无性系为S4，无性系S8和S11综合品质较优，此3个无性系既生长良好，且纤维特性和化学成分在木材特性方面也表现较优，满足湿地松纸浆材的要求，利用其适合在该区域开展纸浆材造林推广。
参 考 文 献
[1]童方平，徐艳平，龙应忠，等.湿地松纸浆原料林密度控制与管理技术研究[J].中南林业科技大学学报，2009，29（3）：4548.
[2]许业洲，杜超群，许秀环，等.湿地松针叶束水培无性系生长特性遗传分析[J].南京林业大学学报，2013，37（5）：2530.
[3]李婷婷，许业洲，沈宝仙，等.湿地松针叶束水培的初步研究[J].湖北林业科技，2010（6）：1013.
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（责任编辑：郑京津）
