馬尾松幼苗生長特性與生長應變研究

王彩云 汪文勝 劉亞梅 劉盛全

摘 要：該文以60株不同傾斜角度的馬尾松為試材，對其生長特性進行了研究，并在這些樹木中選擇典型的2株馬尾松對其生長應變進行測定。結果表明：（1）隨著傾斜角度的增加，馬尾松的生長量相應減?。唬?）馬尾松直立幼苗的應變?yōu)閴簯?，在傾斜幼苗下表面的應變?yōu)槔瓚?，應變值都隨時間的增加而增大，達到一定值時趨于穩(wěn)定；（3）方差分析表明，不同傾斜角度下馬尾松的生長特性和生長應變的差異達到了顯著水平。

關鍵詞：馬尾松；幼苗；生長特性；生長應變

中圖分類號 S718.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）18-0020-04

Study on Growth Characteristic and Growth Strain of Masson Pine Saplings

Wang Caiyun1 et al.

（1Forestry Bureau of Yuexi County，Yuexi 246600，China）

Abstract：In this study，sixty masson pine saplings with different inclined angle were selected to study the growth characteristic，and two typical masson pine saplings were used to measure growth strain.The result showed that：（1）With the increase of leaning angle，the growth characteristic of masson pine decreased；（2）In the young stem of masson pine，the growth strain in the lower side of the upright stem was pressure strain，the growth strain in the lower side of the leaning stem was tensile strain，and the value all increased with the time，then became stable after reaching certain time；（3）The ANOVA results revealed that there were significant effects of inclined angle on growth characteristic and growth strain

Key words：Masson pine；Sapling；Growth characteristic；Growth strain

生長應力是樹木在形成層細胞不斷分化形成的木質(zhì)部細胞間產(chǎn)生的相互作用力。在正常直立生長的樹木內(nèi)，木質(zhì)部的最外層表現(xiàn)為拉應力，向內(nèi)則為壓應力。由于生長應力的存在，立木在伐倒時容易產(chǎn)生輪裂、脆心和壓傷等缺陷，在原木鋸解等過程中木材內(nèi)部應力的平衡被打破，應力釋放后產(chǎn)生弓彎邊彎、扭曲和夾鋸等，給制材行業(yè)帶來了很大的經(jīng)濟損失。高生長應力和應力分布不均是目前人工林速生材普遍存在的木材缺陷之一，早在20世紀中期生長應力就成為了林學和木材學的研究熱點，尤其是生長應力的形成原因以及如何合理有效地降低生長應力對木材加工利用的影響等方面。目前有三種不同的假說（“木質(zhì)素膨脹假說”、“纖維素張力假說”、“統(tǒng)一假說”）來解釋生長應力的成因，雖然三種假說在對生長應力主要形成原因上存在分歧，但都一致認為生長應力的形成跟樹木形成層活動有關，而樹木形成層活動與生長季節(jié)密不可分，所以可以認為生長季節(jié)與立木生長應力之間存在某種的聯(lián)系，這種聯(lián)系能為研究生長應力形成機理提供必要信息。如Okyuama等使用貼應變片法研究日本柳杉（Cryptomeria japonica（L.f.）D.Don）當年樹木形成層表面、前年生木質(zhì)部和內(nèi)皮表面在一年當中的四個不同時期的生長應變值，最后得出結論認為，當晚材形成后，軸向表面應變應該停止增長，并在一定范圍內(nèi)波動，生長應力主要由細胞生長（微纖絲的生長）引起，與細胞橫切面的形狀無關[1-7]。此外，這種聯(lián)系也可以為通過選擇合理的采伐季節(jié)來降低生長應力提供一定的理論依據(jù)。樹干表面和內(nèi)部的生長應力很難用實驗的方法進行測試，所以一般采用測定其局部應力釋放所形成的應變，稱之為生長應變，利用應力與應變之間的數(shù)學關系公式σL≈-EL·εL（EL是木材軸向彈性模量，εL是軸向生長應變，σL是軸向生長應力）來計算生長應力值大小。

馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）是我國豐富的木材資源之一，遍布南方15個?。ㄗ灾螀^(qū)）。它是極陽性樹種，不耐庇蔭，適于高燥的紅土和粘質(zhì)土壤，能耐瘠薄的砂礫和干燥荒廢的山地，但不耐鹽堿土。樹干較直，樹皮深褐色，長縱裂，長片狀剝落，木材紋理直，結構粗，含樹脂，耐水濕，樹干可采割松脂，葉可提芳香油。一般在長江下游海拔600～700m以下，中游約1 200m以上，上游約1 500m以下均有分布，是我國南部主要用材樹種和造林先鋒樹種[8]。但人工林馬尾松樹干容易彎曲，樹木生長過程中出現(xiàn)了較大的生長應力，從而影響了馬尾松的培育和加工利用。為此，本研究以人工傾斜不同角度人工林馬尾松幼苗為對象，測定分析馬尾松的生長特性和產(chǎn)生應力的變化，為人工林馬尾松的培育和利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料 60株3年生馬尾松苗木采集于安徽省岳西縣馬尾松人工林。把幼苗種植到安徽農(nóng)業(yè)大學林業(yè)試驗地相同容器中，在直立生長狀態(tài)下對幼苗生長特性進行第一次測量，之后把60棵馬尾松分為5組，每組12棵樹，人工使它們傾斜生長，傾斜角度分別為0°、15°、30°、45°、和60°，傾斜生長一個月后，再對它們進行第二次測量。兩次主要測量樹高、地莖的變化，然后從測出的兩組數(shù)據(jù)中進行加工分析，找出它們在不同傾斜角度生長過程中的差異，以及差異產(chǎn)生的原因。而后選取一株直立生長幼苗（A1）和傾斜15°生長幼苗（A2），測量這兩株的生長應變。本次實驗是采用應變片法[9-10]，使用YE2533程控靜態(tài)應變儀分別對馬尾松進行測量，所測樹木如圖1所示：

1.2 實驗方法

1.2.1 生長特性測量 樹高的測量：采用卷尺從地面往上沿著樹干的傾斜方向至樹干頂部測量。地徑的測量：采用游標卡尺測量，方向為與傾斜方向垂直，并在樹干最下部測量。

1.2.2 生長應變測量 首先，對選擇好的幼苗在合適的部位進行刮切，小心刮去韌皮部，在剝?nèi)淦さ耐瑫r一定要不能損傷到裸露的新鮮木質(zhì)部，長度大約為5cm，寬為1.5～2.5cm；其次，把應變片用膠水粘于中部位置，再使用小刀在上下刮口處切割，切出上下兩個刻槽，切割為使木質(zhì)部斷裂，直到讀數(shù)穩(wěn)定。直立馬尾松（A1）的切口距離地面23cm（圖2），傾斜馬尾松（A2）的切口距離地面14cm（圖3），應變片法示意見圖4。

在進行生長應變測量時，應注意以下幾點：（1）由于應變片對變形感應比較靈敏，因此要求涂膠均勻，粘貼完全。（2）對測試時天氣條件的要求也較高，一要保證當天氣溫、濕度變化不大，否則都會影響到測試的準確性，如果氣候太干燥，還要防止由于測試點水分蒸發(fā)造成的影響，可以適當在應變片周圍涂刷油脂。（3）刮風使樹冠產(chǎn)生擺動，會影響到樹干內(nèi)應變的分布，進而影響應變的大小，因此要求在風和日麗的天氣測試最好。（4）要盡量減小導線自重對測試的影響。盡管這樣，只要測試時盡量滿足上述條件，這些外在的因素還是能夠克服，可以獲得較為穩(wěn)定的測試結果。分別對馬尾松、楊樹的直立和傾斜幼莖在同一時間，用電腦把間隔時間設為2s進行測量，待測量的數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定時可以停止測量。

2 結果與分析

2.1 馬尾松幼苗生長特性分析 表1為2次測量的不同傾斜角度的樹高和地徑值的平均值、標準差和變異系數(shù)，通過對馬尾松先后兩次的測量，比較每組傾斜角度的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)馬尾松樹木生長量基本上是隨著傾斜角度的增加而減小的，變異系數(shù)也是隨著傾斜角度的增加呈減小的趨勢。

把兩次測得的馬尾松樹高、地莖的數(shù)據(jù)進行方差分析（表2所示），結果表明人工傾斜不同角度后馬尾松幼苗生長的差異在5%水平達到顯著水平。

通過對馬尾松的測量和每組在不同傾斜角度下的比較分析發(fā)現(xiàn)：隨人工傾斜著角度的增加生長量相應減小，說明樹干傾斜是影響樹干生長的原因之一?？梢酝茰y，樹木經(jīng)自然界風吹、雪壓后彎曲，樹木生長都受到抑制，并隨傾斜角度的增加，樹木生長量也逐漸減小。

2.2 馬尾松幼苗生長應變的分析 圖5、6為直立和傾斜馬尾松生長應變隨時間的變化情況，可以得出，直立的馬尾松幼苗應變值為負值，并且隨時間的增加趨于逐漸增大的；傾斜的馬尾松幼苗應變值為正值，隨時間的增加而也逐漸增大的。

由于傾斜幼苗和直立幼苗的應變值明顯不同，它們的最大值、最小值和平均值也有著差別，可以得出，它們的變異系數(shù)也不相同。表3是根據(jù)測量的數(shù)據(jù)所計算出的馬尾松傾斜和直立幼苗的變異系數(shù)值。

直立樹木表現(xiàn)的是拉應變，但由圖2可見，在選擇的切口處下有個樹疤，由于樹疤的作用，此處的應變表現(xiàn)為壓應變，這從本文測出的數(shù)據(jù)可以明確證實這一點，從開始測出的數(shù)值就為負數(shù)，并且隨著時間的增加壓應變也逐漸增大，達到一定時間后壓應變趨于穩(wěn)定。圖3中的馬尾松是一棵傾斜幼苗，它的切口A7在傾斜處的上方，此處的應變表現(xiàn)為拉應變，從測得的數(shù)據(jù)中也可以看出，測出的應變開始就為正值，并且隨時間的增加而增大，達到一定時間后趨于穩(wěn)定。由于在兩株馬尾松A1、A2所測得的應變是不同的。A1是壓應變，A2是拉應變，所以它們的各項值也完全不同，A1處測得的最大值為-29，最小值為-2 148，平均值為-673，A2處的最大值為231，最小值為12，平均值為183，A1處的標準偏差為510.41，A2處的標準偏差為26.21。用標準偏差除以平均值可以得出變異系數(shù)A1處的變異系數(shù)為0.76，A2處的變異系數(shù)為0.14，有樹疤的A1處的壓應變的變異系數(shù)大于A2處的拉應變的變異系數(shù)。直立和傾斜馬尾松生長應變方差分析如表4所示，從表4可以看出，傾斜角度對馬尾松生長應變影響在差異0.1%水平達極顯著水平。

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3 結論

通過以上分析得出：（1）隨著傾斜角度的增加，馬尾松的生長量相應減??；（2）馬尾松直立幼苗的應變?yōu)閴簯?，在傾斜幼苗下表面的應變?yōu)槔瓚儯瑧冎刀茧S時間的增加而增大，當達到一定值時，趨于穩(wěn)定；（3）方差分析表明，不同傾斜角度下，馬尾松的生長特性和生長應變的差異達到顯著水平。

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