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湿地松(Pinus elliottii Engelmann)为速生常绿乔木,原产于美国南部[1],是优良的绿化和经济树种。湿地松抗旱、耐涝、耐瘠,具有良好的适应性和抗逆力。其根系发达,易育苗造林,早期生长迅速。该树种松脂产量高,经加工后可得到松节油、松香等产品,用途广泛[2]。我国引种始于20世纪30年代,目前人工林面积超过200万hm2,已成为南方丘陵地区的主要造林树种之一[3]。
松脂是一种可再生资源,我国松香年产量占世界的1/3,居世界第一位[4]。近年来,采脂对林分生长和木材材性的影响备受关注[5]。研究发现,采脂对林分材积生长和林分生长有抑制作用[6-8],但也有研究表明采脂对松树胸径生长有积极影响[9]。另外,采脂强度与胸径生长相关,当采脂强度超过60%时,显著抑制松树胸径生长[10]。目前关于湿地松的采脂研究主要集中在其对胸径生长、材积生长和树高生长的影响,而采脂对湿地松基本密度和力学性能的影响研究较少。徐慧兰等[5]对湿地松幼林采脂的研究表明,采脂导致基本密度和力学性能等材性指标不同程度的降低。Jim等[11]认为木材中的树脂的缺失可轻微降低部分材性强度。
木材基本密度是决定木材性能最重要的因素之一,直接影响木材强度和木材质量,是研究木材材性利用与木材培育相关性的常用指标[12]。木质素是植物体内仅次于纤维素的第二大有机物质,化学结构中含有羰基、羧基、甲氧基和酚羟基等官能团,已成为生物基新材料开发中的候补材料[13-15]。木质素主要位于纤维素与纤维之间,可起抗压作用和增强植物体机械强度,利于抵御外界不良环境,另外木质素也可作为输导组织,利于水分运输[16]。研究采脂对湿地松不同部位木材基本密度和木质素含量的影响,对科学确定木材加工工艺、提高产品质量具有重要意义。
体积法是测量木材基本密度的传统方法,这种方法在一定程度上损伤树干,且不利于大规模的木材密度测定的实施。近年来,通过针刺仪[17-19]间接测量木材基本密度逐渐成为无损评估的方法之一。Resistograph记录在钻入过程中相对应的阻力值和推进深度,通过所得曲线图,可间接估算木材密度、各年轮宽度和去皮直径[17, 20]。Resistograph具有便携和自动保存测定数据的优点,为野外大规模测量提供了可能[19]。因此,本试验以不同采脂年限的湿地松为材料,结合Resistograph对不同采脂年限的湿地松基本密度和木质素含量进行估测和对比研究,旨在为不同采脂年限湿地松基本密度和木质素含量的测定建立高效、稳定且便捷的方法,探析采脂对其采脂部位、树干基部的木材基本密度和木质素含量产生的影响,为湿地松遗传改良和资源科学利用提供参考。
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57株20年生湿地松的生长锥、Resistograth测定值如表1所示,12株采脂8 a、15株采脂6 a、15株采脂3 a、15株采脂0 a的湿地松采脂部位的ρ均值分别为0.53、0.50、0.56、0.51 g·cm− 3,变异系数分别为8.68%、5.95%、11.15%、6.58%。树干基部的ρ均值分别为0.48、0.48、0.55、0.53 g·cm− 3,变异系数分别为7.21%、7.16%、9.64%、8.51%。采脂部位的RE分别为4.57、4.70、4.25、4.26 mm,变异范围分别为3.65~5.50、3.53~5.67、3.25~6.05、2.83~5.41 mm,每年的胸径增长约为每年年轮宽度均值的2倍,即9.14、9.40、8.50、8.52 mm。采脂部位AM和AE的平均值相同,分别为19.69%、16.58%、19.97%、16.47%,树干基部AM和AE的平均值相同,分别为18.13%、14.57%、19.00%、16.91%。由变异系数可知,采脂8、6、3、0 a湿地松采脂部位和树干基部的AM的变异系数大部分接近20%,比AE的变异系数超出10%以上,显示ρ变异更多存在于单株间,单株内不同年龄间的平均变异相对较小;同时,采脂部位的RM变异系数接近20%,大于RE的变异系数,表明胸径的单株变异大于每年增长变异。
表 1 采脂8、6、3、0 a湿地松采脂部位和树干基部的生长锥、Resistograth测定值
Table 1. Measured values of growth cones and Resistograth of different rossing parts and stem base of P. elliottii for 8, 6, 3 and 0 years
采脂年限
Rossing fixed
number of year /a不同部位
Different parts性状
Traits均值
Mean最大值
Maximum最小值
Minimum标准差
Standard deviation变异系数
Coefficient of
variation /%8 采脂部位
Rossing parts基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.53 0.62 0.47 0.05 8.68 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 19.69 21.94 16.66 1.61 8.18 AM/% 19.69 27.31 12.94 4.60 23.36 RE/mm 4.57 5.50 3.65 0.56 12.25 RM/mm 4.57 5.69 3.51 0.77 16.85 树干基部
Stem base基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.48 0.53 0.42 0.03 7.21 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 18.13 19.37 15.70 0.85 4.69 AM/% 18.13 24.40 10.18 3.42 18.86 RE/mm 5.06 6.56 3.40 0.90 17.79 RM/mm 5.06 6.57 3.90 0.94 18.58 6 采脂部位
Rossing parts基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.50 0.55 0.45 0.03 5.95 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 16.58 18.56 12.36 1.36 8.20 AM/% 16.59 25.13 10.19 3.77 22.72 RE/mm 4.70 5.67 3.53 0.63 13.40 RM/mm 4.70 6.72 3.02 1.06 22.55 树干基部
Stem base基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.48 0.53 0.43 0.03 7.16 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 14.57 16.65 10.71 1.60 10.98 AM/% 14.57 19.09 8.83 3.28 22.51 RE/mm 5.34 7.15 3.47 0.98 18.35 RM/mm 5.34 6.52 3.26 0.86 16.10 3 采脂部位
Rossing parts基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.56 0.69 0.48 0.06 11.15 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 19.97 22.46 14.82 1.81 9.06 AM/% 19.97 25.90 16.40 2.69 13.47 RE/mm 4.25 6.05 3.25 0.79 18.59 RM/mm 4.25 5.69 2.96 0.77 18.12 树干基部
Stem base基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.55 0.62 0.46 0.05 9.64 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 19.00 20.32 14.95 1.26 6.63 AM/% 19.01 26.00 13.47 3.15 16.57 RE/mm 4.91 6.69 3.71 0.81 16.50 RM/mm 4.91 6.38 3.39 0.76 15.48 0 采脂部位
Rossing parts基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.51 0.58 0.46 0.03 6.58 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 16.47 18.25 13.95 1.13 6.86 AM/% 16.47 23.19 13.03 2.31 14.03 RE/mm 4.26 5.41 2.83 0.72 16.90 RM/mm 4.26 5.34 3.02 0.81 19.01 树干基部
Stem base基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.53 0.66 0.47 0.05 8.51 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 16.91 19.75 12.62 1.46 8.63 AM/% 16.91 25.52 10.96 3.51 20.76 RE/mm 4.73 6.49 2.79 1.00 21.14 RM/mm 4.73 6.42 3.77 0.82 17.34 -
采脂8、6、3、0 a的木材ρ与AM的相关系数分别为0.45、0.39、0.50、0.63,均呈显著正相关或极显著正相关(图2)。因此,Resistograth可用于预测不同采脂年限的湿地松单株的ρ,并建立预测方程。利用 Resistograph的AM预测ρ的线性回归方程分别为ρ = 0.0052AM + 0.4044(R = 0.45,P < 0.05,df = 23)、ρ = 0.0037AM + 0.4321(R = 0.39,P < 0.05,df = 29)、ρ = 0.0098AM + 0.3650(R = 0.50,P < 0.01,df = 29)、ρ = 0.0086AM + 0.3774(R = 0.63,P < 0.01,df = 29)。
图 2 不同采脂时间长度采脂8、6、3、0 a的采脂部位、树干基部不同部位的基本密度(ρ)与AM值的相关分析
Figure 2. Correlation analysis of basic density(ρ) and AM values of the rossing parts
采脂8、6、3、0 a湿地松的采脂部位、树干基部的ρ和Resistograth测定值的RM进行Pearson相关性分析,结果显示:未采脂和采脂8 a湿地松的ρ与RM不相关,采脂3、6 a的ρ与RM的相关系数分别为0.39(P < 0.05,df = 29)、−0.46(P < 0.01,df = 29);ρ和RE不相关,这可能与环境条件、采脂造成其后期生长过程中ρ和RE发生变化有关。
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对不同采脂年限湿地松ρ与Resistograph测定值的AE进行相关性分析可以看出,ρ与AE绝大部分都呈正相关,仅采脂8 a树龄为16~17 a和采脂3 a树龄为13 a的相关系数为负值,且呈不显著相关(P > 0.05)。其中,采脂8 a与树龄为1、4、5 a为极显著相关(P < 0.01,df = 23),3、10、13 a为显著相关(P < 0.05,df = 23);采脂6 a树龄为14、16 a呈显著相关(P < 0.05,df = 29);采脂3 a树龄为1~5、8 a为极显著相关(P < 0.01,df = 29),6、7、9、10 a为显著相关(P < 0.05,df = 29);未采脂的树龄为8、10~19 a呈极显著正相关,其余均为不显著相关(图3)。可见ρ与各年轮振幅的平均值的相关系数R呈显著或极显著正相关,在一定程度上解释了ρ和AM呈正相关的原因。
图 3 不同采脂年限的湿地松基本密度(ρ)与每年年轮振幅均值(AE)的相关系数
Figure 3. Correlation coefficient between basic density(ρ) and annual mean amplitude of tree (AE) values of P. elliottii with different years of harvesting
总体来说,采脂8、6、3、0 a的湿地松树龄分别为1~5、10、13 a,14、16 a,1~10 a,8、10~19 a是影响不同采脂年限的湿地松ρ的主要生长期。可以看出,采脂的湿地松10 a之后ρ与AE的相关系数大部分呈不显著相关,这与未采脂的湿地松形成了鲜明的对比,可能是采脂对湿地松生长后期的ρ造成了一定的影响。
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对湿地松树干基部而言,采脂3 a的ρ显著高于采脂8、6、0 a的ρ,采脂8、6 a的ρ显著低于未采脂ρ,而采脂6 a和采脂8 a的ρ间无显著性差异。可以得出,一定范围内,采脂使湿地松树干基部ρ呈先升高后降低的变化,但总体趋势是造成其ρ降低。对采脂部位而言,采脂3 a的ρ显著高于采脂6、0 a的ρ,但与采脂8 a的ρ无差异,采脂8、6、0 a的ρ三者之间无显著性差异(图4)。因此,采脂对湿地松采脂部位的ρ的影响,仅出现在采脂前几年,后期对其影响逐渐减小,表现出其一定的恢复性。
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将木质素含量与Resistograth测定的AM和ρ进行相关性分析,相关系数都大于0,未达到显著水平,因此湿地松木质素含量与ρ和AM无相关性或相关性很低。
对采脂部位而言,采脂6 a的湿地松木质素含量显著低于采脂8、3、0 a的木质素含量,为32.40%,采脂8、3、0 a的木质素含量彼此之间无显著性差异。对树干基部而言,4个采脂年限组间无显著性差异,但采脂6 a的木质素含量较低(图5)。因此,采脂可导致木质素含量发生显著性改变,且在一定程度上随着采脂年限的增加木质素含量呈先减少后增加的趋势,当采脂年限增加到一定范围,其表现出较强的恢复能力。
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分别对4个不同采脂年限湿地松采脂部位和树干基部的ρ、木质素含量进行差异性分析。结果显示,采脂3、0 a湿地松不同部位之间的ρ无显著差异(P > 0.05),采脂6 a和采脂8 a的采脂部位和树干基部有显著性差异(P = 0.03 < 0.05、df = 29,P ≈ 0.01 < 0.01、df = 23),且采脂部位ρ显著高于树干基部(图4、5)。4个采脂年限湿地松不同部位的木质素含量无显著性差异。随着采脂年限的增加,在一定程度上可以造成采脂部位和树干基部的ρ产生显著性差异,但对两个部位的木质素含量无影响。
采脂年限对湿地松活立木不同部位材性变化的影响
Effects of Resin-Tapping Year on Wood Properties of Living Pinus elliottii
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摘要:
目的 通过采脂试验,结合Resistograph技术,研究不同采脂年限对湿地松采脂部位、未采脂部位(树干基部)的基本密度和木质素含量的影响,为湿地松遗传改良和资源最优化利用提供参考。 方法 以采脂8、6、3、0(未采脂)a的20年生湿地松为材料,利用Resistograph测定其采脂部位、树干基部密度的相对值和年轮宽度,在同株同一位置上利用电动生长锥钻取木芯并收集木屑,测定木芯基本密度和木屑木质素含量,分析其与Resistograph测定结果的相关性。 结果 采脂8、6、3、0 a的湿地松木材基本密度与Resistograph测定值的相关系数分别为0.45、0.39、0.50、0.63,分别建立木材阻力预测木材基本密度的线性回归方程。木质素含量与Resistograph测定值相关不显著(P > 0.05)。采脂3 a的湿地松树干基部基本密度显著高于采脂8、6、0 a的基本密度,采脂8、6 a的基本密度显著低于未采脂的基本密度,而采脂6 a和采脂8 a的基本密度间无显著性差异;采脂3 a的湿地松采脂部位基本密度显著高于采脂6、0 a的基本密度,但与采脂8 a的无差异,采脂8、6、0 a的基本密度三者之间无显著差异;木质素含量分析结果显示,仅采脂6 a的湿地松采脂部位木质素含量显著低于采脂8、3、0 a的木质素含量,其余均无显著性差异,但采脂6 a的树干基部木质素含量比其它3个采脂年限的木质素含量低。 结论 Resistograph测定同样适用于采脂后湿地松基本密度的预测,但其不可预测木质素含量;一定采脂年限范围内,采脂使湿地松树干基部和采脂部位的基本密度先升高后降低,采脂部位的木质素含量先降低后升高,但对树干基部木质素含量无影响;采脂超过一定年限,可导致采脂部位的基本密度高于树干基部的基本密度,而对两个部位的木质素含量无影响。 -
关键词:
- 湿地松
- / 采脂
- / Resistograph
- / 基本密度
- / 木质素含量
Abstract:Objective To study the influnence of resin-tapping duration on the basic density and lignin content of resin-tapping parts and trunk of Pinus elliottii in order to optimize the genetic improvement and resource utilization of P. elliottii. Method Twenty-years-old P. elliottii trees that have been resin-tapped for 8, 6, 3, and 0 years were studied using Resistograph technology to measure the relative value of density and width of tree in the resin-tapping part and the base of the trunk. The wood core was extracted from the same plant by electric growth cone drill and the sawdust was collected. The basic density of wood was determined by submerged water method and the lignin content was determined by Reagent test kit. The correlation around basic density, lignin content and the Resistograph was analyzed. Result The correlation coefficients between the basic density of P. elliottii wood and the Resistograph values after 8, 6, 3 and 0 years of resin-tapping were 0.45, 0.39, 0.50 and 0.63, respectively. The linear regression equations for predicting the basic density of wood using Resistograph values were established. There was no significant correlation between lignin content and Resistograph values (P > 0.05). The base density of the tree trunk of P. elliottii after 3 years of resin-tapping was significantly higher than that after 0, 6 and 8 years of resin-tapping, and the base density of the tree trunk after 6 and 8 years of resin-tapping was significantly lower than that of the tree trunk without resin-tapping, but there was no significant difference between the base density of the tree trunk after 6 and 8 years of resin-tapping. The basic density of P. elliottii after 3 years of resin-tapping was significantly higher than that after 0 and 6 years of resin-tapping, but there was no difference with that after 8 years of resin-tapping. There was no significant difference among the basic density after 0, 6 and 8 years of resin-tapping. The analysis results of lignin content showed that the lignin content in the base of the tree trunk was lower than that after 0, 3 and 8 years of resin-tapping, and there was no significant difference in the rest, but the lignin content in the base of the tree trunk was lower after 6 years of resin-tapping than that after the other three durations. Conclusion Resistograph determination is suitable for predicting the basic density of P. elliottii after resin-tapping, but not for lignin content. To a certain extent, the basic density of P. elliottii at the base and site of tree trunk will increase in initial and then decrease, and the lignin content at the site of tree trunk will decrease in initial and then increase, but shows no effect on the lignin content at the base of tree trunk. When the resin is harvested over a certain years, the basic density of the resin-tapping part will be higher than that of the base of tree trunk, but the lignin content of the two parts is not affected. -
Key words:
- Pinus elliottii
- / resin-tapping
- / Resistograph
- / basic density
- / lignin content
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表 1 采脂8、6、3、0 a湿地松采脂部位和树干基部的生长锥、Resistograth测定值
Table 1. Measured values of growth cones and Resistograth of different rossing parts and stem base of P. elliottii for 8, 6, 3 and 0 years
采脂年限
Rossing fixed
number of year /a不同部位
Different parts性状
Traits均值
Mean最大值
Maximum最小值
Minimum标准差
Standard deviation变异系数
Coefficient of
variation /%8 采脂部位
Rossing parts基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.53 0.62 0.47 0.05 8.68 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 19.69 21.94 16.66 1.61 8.18 AM/% 19.69 27.31 12.94 4.60 23.36 RE/mm 4.57 5.50 3.65 0.56 12.25 RM/mm 4.57 5.69 3.51 0.77 16.85 树干基部
Stem base基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.48 0.53 0.42 0.03 7.21 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 18.13 19.37 15.70 0.85 4.69 AM/% 18.13 24.40 10.18 3.42 18.86 RE/mm 5.06 6.56 3.40 0.90 17.79 RM/mm 5.06 6.57 3.90 0.94 18.58 6 采脂部位
Rossing parts基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.50 0.55 0.45 0.03 5.95 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 16.58 18.56 12.36 1.36 8.20 AM/% 16.59 25.13 10.19 3.77 22.72 RE/mm 4.70 5.67 3.53 0.63 13.40 RM/mm 4.70 6.72 3.02 1.06 22.55 树干基部
Stem base基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.48 0.53 0.43 0.03 7.16 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 14.57 16.65 10.71 1.60 10.98 AM/% 14.57 19.09 8.83 3.28 22.51 RE/mm 5.34 7.15 3.47 0.98 18.35 RM/mm 5.34 6.52 3.26 0.86 16.10 3 采脂部位
Rossing parts基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.56 0.69 0.48 0.06 11.15 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 19.97 22.46 14.82 1.81 9.06 AM/% 19.97 25.90 16.40 2.69 13.47 RE/mm 4.25 6.05 3.25 0.79 18.59 RM/mm 4.25 5.69 2.96 0.77 18.12 树干基部
Stem base基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.55 0.62 0.46 0.05 9.64 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 19.00 20.32 14.95 1.26 6.63 AM/% 19.01 26.00 13.47 3.15 16.57 RE/mm 4.91 6.69 3.71 0.81 16.50 RM/mm 4.91 6.38 3.39 0.76 15.48 0 采脂部位
Rossing parts基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.51 0.58 0.46 0.03 6.58 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 16.47 18.25 13.95 1.13 6.86 AM/% 16.47 23.19 13.03 2.31 14.03 RE/mm 4.26 5.41 2.83 0.72 16.90 RM/mm 4.26 5.34 3.02 0.81 19.01 树干基部
Stem base基本密度ρ
Basic density/(g·cm−3)0.53 0.66 0.47 0.05 8.51 Resistograph 测定值
Resistograph measurement valueAE/% 16.91 19.75 12.62 1.46 8.63 AM/% 16.91 25.52 10.96 3.51 20.76 RE/mm 4.73 6.49 2.79 1.00 21.14 RM/mm 4.73 6.42 3.77 0.82 17.34 -
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