不同强度修枝对杉木木材密度、硬度及无节材比例的影响.pdf

书书书第 卷 第 期东北林业大学学报 年 月 ）“十四五”国家重点研发项目（）。第一作者简介：陈明旭，男，年 月生，福建农林大学林学院、国家林草局杉木工程技术研究中心（福建农林大学），硕士研究生。：。通信作者：何宗明，福建农林大学林学院、国家林草局杉木工程技术研究中心（福建农林大学），研究员。：。收稿日期：年 月 日。责任编辑：韩有奇。不同强度修枝对杉木木材密度、硬度及无节材比例的影响）陈明旭沙子舟范少辉（国家林草局杉木工程技术研究中心（福建农林大学），福州，）（国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室）叶代全马祥庆何宗明（福建省洋口国有林场）（国家林草局杉木工程技术研究中心（福建农林大学）摘要为揭示修枝对杉木木材密度、硬度及无节材比例的影响规律，采用随机区组设计，在 年生杉木林中开展 种不同修枝强度（分别修除树干直径 、位置以下的枝条）处理试验。在修枝后 ，按照平均标准木法选择不同修枝强度和对照处理标准木进行不同指标测定，研究修枝强度对杉木木材密度、硬度、干形、无节材比例等指标的长期影响。结果表明：修枝强度对杉木木材尖削度有显著影响，未修枝杉木木材尖削度为 ，修枝杉木尖削度均小于 ，修枝后杉木干形更趋于通直，树干形率增大。不同修枝强度处理杉木木材指标存在差异，修枝降低了杉木木材密度、硬度，但显著提高杉木无节材的比例，不同修枝处理无节材比例比未修枝提高 。修枝强度能明显增加无节材比例，但对杉木生长的影响不明显，是值得杉木无节材培育中推广的修枝强度。关键词杉木人工林；修枝强度；干形；木材密度；木材硬度；无节材分类号 ，（，）；（，）；（）；，（，），（）：，（，），；杉木（）是我国南方主要造林树种，具有生长快、产量高、材质好等特点 ，是我国人工林面积最大的造林树种。由于杉木侧枝较多，侧枝枯死后不易脱落，留存在树干上，易被树干包裹在内，形成木材中的节疤，影响木材的美观，降低木材质量 。因此，培育杉木无节材成为当前林业生产上急需解决的重要课题 。大量研究表明，修枝是培育无节材的有效营林措施，能改善木材品质，增加木材价值 。国内外学者开展了修枝对主要树种人工林生长和木材品质影响的研究，取得了一些成果 ，。但目前有关杉木人工林修枝方面的研究不多。邹绍荣 对杉木无节材培育的修枝技术进行了总结。程朝阳 研究发现修枝对杉木生长有显著影响。沙子舟 、张群等 对修枝 、杉木生长研究表明，合适的修枝强度能促进杉木胸径生长。然而有关修枝对杉木木材品质方面影响的研究较少，缺乏修枝对杉木木材干形与材性的长期影响研究。鉴于此，课题组 年 月选取福建省洋口国有林场 年生杉木林为研究对象，采用随机区组设计，开展 种不同强度修枝对杉木林生长、材性影响的长期定位研究。年 月对不同强度修枝 的杉木林进行生长和木材材性的调查、测定 ，探讨不同强度修枝对杉木干形、密度、硬度、无节材比例的影响，筛选可供生产上推广应用的杉木无节材培育修枝技术，为杉木无节材培育提供技术支撑。研究区概况试验地位于福建省顺昌县洋口国有林场打铁坑工区，为武夷山支脉的低山丘陵区，年平均降水量为 ，年平均气温为 。土壤为山地红壤，黏质壤土；林地前茬为马尾松人工林，年皆伐后进行炼山、挖穴整地；年春进行杉木造林；年底选择 年生杉木幼龄林开展不同修枝强度试验；年底对不同杉木试验林进行第二次间伐，间伐后林分保留密度 株 。研究方法 年在福建省顺昌县洋口国有林场选择 年生杉木林为研究对象，采用随机区组设计开展不同修枝强度试验。不同修枝强度处理分别为：修除树干直径 、位置以下枝条，每个处理 次重复，共设 个处理小区，每个小区面积 ，修枝后试验林保留密度 株 。年对不同试验林进行第二次间伐，间伐后林分保留密度 株 。年在每个试验小区中，随机选择 株杉木目标树，进行不同修枝强度处理，其余不修枝杉木作为对照处理。修枝强度以修枝处树干直径作为控制指标，将修枝强度分为 、这 个等级，即修枝时以树干任意位置直径达到修枝强度标准为修枝粗度基准，修去修枝基准点以下树干上所有枝条（修枝强度分别简称为强度 、）。传统林木修枝强度多以树冠层高度来进行控制，本研究采用直径作为控制指标更有利于培育相同规格的无节材。当修枝高度达到树高 时，可满足普通锯材原木的需求，将此时期作为修枝停止时间，此后不再进行修枝。木材样品取样方法：年 月在对不同修枝强度杉木林进行全面调查基础上，按照平均标准木法，选择不同修枝强度和未修枝处理的标准木。每个试验处理选择 株标准木，个不同修枝强度处理和对照处理共砍伐 株标准木。鉴于本研究杉木修枝处理控制在树干 以下，只调查标准木 以下部分，每株标准木分成 段（，）、，）、，）、，），带回实验室进行不同修枝处理杉木木材品质指标测定。杉木木材尖削度测定方法：尖削度是树木生长过程中其单位长度直径变化的参数，尖削度越小，林木出材量就越大。鉴于尖削度是表征木材品质的重要指标，本试验选取不同修枝强度处理杉木树高 ，木段进行树干尖削度测定。以 处的直径为大头直径、处的直径为小头直径，即尖削度等于大头直径与小头直径的差与材长之比，尖削度（，）计算公式如下 ：（）。式中：为杉木树高 处的直径（）；为杉木树高 处的直径（）。杉木木材形率测定方法：一般用树干上某一位置直径与比较直径之比的形率（，）来表示树干形状变化。本研究通过测定树高 、处的形率值，由此来比较不同修枝处理树干干形的差异。在树干长度固定条件下，形率值越接近 ，说明干形越好 。，（）。式中：为木材 处形率值；为木材 处形率值；为木材整体形率值；为杉木树高 处的直径（）；为杉木树高 处的直径（）；为杉木树高 处的直径（）。杉木无节材比例的测定方法：选取 种不同修枝强度处理和对照杉木标准木各 株，采用树干剖析法进行修枝段 ，标准木无节材比例的测定。为保证精确测定到标准木的每一个节子，将标准木按照 厚度锯板（图 ），把每株平均木圆木按 长度分段锯成厚 、长 的杉木板。图 不同试验处理杉木标准木锯板示意图不同试验处理杉木标准木锯成板后，将每块木板上每个节子近似看作一个台体（图 ），利用透明第 期陈明旭，等：不同强度修枝对杉木木材密度、硬度及无节材比例的影响的标准纸铺在杉木板上，描出每个板材上下两面节子的形状，通过测定每个圆台体上下两面的面积，利用台体体积公式，计算出每块板上每个节子的体积（，），再除以整块木板的体积（，），计算出每块木板的无节材所占比例（），可用公式表示为：（）。图 杉木板上节子台体的示意图台体体积计算公式：（）。式中：为台体体积（）；为台体高度（），即木材厚度（）；为台体上底半径（）；为台体下底半径（）。杉木木材密度与硬度测定方法：选取不同修枝强度处理和对照杉木平均木，在室内气干后，加工成无疵小试样。按照国家标准 木材密度测定方法 、木材硬度试验方法 ，进行不同修枝强度处理杉木木材气干密度、全干密度、弦面硬度、端面硬度、径面硬度的测定 。利用 软件进行修枝、未修枝处理杉木测定指标的配对 检验，检验修枝强度对杉木干形指标的影响；采用方差分析与最小显著性差异法（），检验不同修枝强度间木材气干密度、全干密度、弦面硬度、端面硬度、径面硬度、无节材比例的影响 。结果与分析 不同修枝强度对杉木木材干形的影响 木材尖削度不同修枝强度对杉木木材尖削度有显著影响（表）。修枝 后的杉木木材尖削度随修枝强度的变化呈下降趋势，从大到小依次为对照处理（）、强度 、强度 、强度 、强度 ，其中修枝强度 显著降低了木材尖削度（），与对照处理的差异达显著水平，其他修枝强度处理与对照处理的差异未达显著水平。结果表明，修枝强度 降低了杉木木材的尖削度，尖削度越小，木材越饱满通直。木材形率不同修枝强度对杉木人工林形率的影响显著（表）。修枝 后的杉木木材形率随修枝强度的变化而呈增大趋势，从大到小依次为强度 、对照处理（），不同修枝强度与对照处理的差异均达到显著水平，修枝强度 与修枝强度 、之间的差异也达到显著水平（），修枝强度 处理杉木干形形率比修枝强度 处理提高 。结果表明，人工修枝明显改善了杉木木材的干形。表 不同修枝强度时杉木木材的干形修枝强度尖削度形率强度（）（）强度 （）（）强度 （）（）强度 （）（）（）（）注：表中数据为“平均值 标准差”；数据后，同列不同小写字母表示杉木木材同一指标不同修枝强度之间差异显著（）。强度 、为修除树干直径 、以下的枝条；为对照处理。不同修枝强度对杉木木材密度、硬度及无节材比例的影响 木材密度不同修枝强度对杉木木材气干密度、全干密度有不同程度的影响（表）。修枝 后的杉木木材气干密度、全干密度均随修枝强度的增大而减小，整体从大到小依次为对照处理（）、强度 、。强度 、的杉木木材气干密度、全干密度均显著小于修枝强度 以及对照处理，其中强度 、的杉木木材气干密度、全干密度之间的差异达到显著水平，结果表明，修枝明显降低了杉木木材的密度。表 不同修枝强度时杉木木材的密度修枝强度气干密度 全干密度 强度（）（）强度 （）（）强度 （）（）强度 （）（）（）（）注：表中数据为“平均值 标准差”；数据后，同列不同小写字母表示杉木木材同一密度不同修枝强度之间差异显著（）。强度 、为修除树干直径 、以下的枝条；为对照处理。木材硬度与未修枝对照处理相比，强度 显著提高了杉木木材端面硬度、径面硬度；强度 显著降低了杉木木材弦面硬度；强度 显著降低了杉木木材弦面硬度、径面硬度；强度 显著降低了杉木木材弦面硬度（表 ）。其中，强度 杉木木材的端面硬度、弦面硬度、径面硬度均显著高于强度 、处理。木材节子长度按照杉木木材节子长度进行的频率分析结果见东北林业大学学报第 卷表 。在离地 范围内，长度节子频率随修枝强度增加而增大，长度节子频率随修枝强度增加而减小，修枝强度对杉木木材节子长度有显著影响。无节材比例不同修枝强度木材的无节材比例比未修枝对照处理提高 （表 ）。随修枝强度增加，杉木无节材比例呈显著增加趋势，从大到小依次为强度、对照处理（未修枝）。结果表明，修枝能明显提高杉木木材的无节材比例。在相同修枝强度时，杉木木材无节材比例随树干高度的增加呈下降趋势，修枝效果最明显的木材区段是 ，的位置。表 不同修枝强度时杉木木材的硬度修枝强度端面硬度弦面硬度径面硬度强度（）（）（）强度 （）（）（）强度 （）（）（）强度 （）（）（）（）（）（）注：表中数据为“平均值 标准差”；数据后，同列不同小写字母表示杉木木材同一硬度不同修枝强度之间差异显著（）。强度 、为修除树干直径 、以下的枝条；为对照处理。表 不同修枝强度时杉木节子的长度离地高度 节子长度 不同强度的节子长度频率 强度 强度 强度 强度 ，），），），），注：强度 、为修除树干直径 、以下的枝条；为对照处理。表 不同修枝强度时杉木的无节材比例离地高度 不同强度的杉木无节材比例 强度 强度 强度 强度 ，），），），），）注：强度 、为修除树干直径 、以下的枝条；为对照处理。讨论与结论大量研究表明，修枝对人工林木材品质有显著影响。通过密度控制、修枝等措施对人工林株行距、林冠、生长进行调整，可改善林木木材的节子、干形、早晚材、年轮宽度、密度、管胞长度等，并提高林分木材的一致性 ，。肖祥希 以修枝后枝下高度占树高比例为修枝强度处理，研究发现修枝提高了福建柏木材的高径比，与未修枝处理相比，修枝木材的高径比增加 ；同时，修枝降低了福建柏木材尖削度。福建柏树干圆满度以修枝强度 为最佳，、修枝强度的效果较差。本研究表明：修枝 后明显改善了杉木木材的干形，木材尖削度随修枝强度增加呈下降趋势，未修枝木材尖削度为 ，修枝木材尖削度均小于 。这与修枝后树干中形成死节，阻挡同化物质由树冠向下运输，导致修枝切口上方的树干生长量增 加，而 切 口 下 部 树 干 生 长 量 相 对 减 少 有关 。修枝对人工林木材密度有显著影响。一般生长快的树木，木材密度呈下降趋势 。张群 研究修枝对杉木木材力学性质的影响中，发现修枝降低了杉木木材密度。沙子舟 研究发现，在修枝后 ，、高强度修枝显著抑制杉木胸径和单株材积生长；、低强度修枝显著促进杉木胸径和单株材积生长；但修枝 后不同强度修枝对杉木林生长的影响未达显著水平。本研究发现，、高强度修枝显著降低杉木木材密度，、低强度修枝降低木材密度的作用未达显著水平。这与第 期陈明旭，等：不同强度修枝对杉木木材密度、硬度及无节材比例的影响高强度修枝时，修除的枝条多，导致叶光合面积损失，进而影响杉木光合作用有关。高强度修枝前期降低了杉木生长，但随后杉木叶光合面积恢复，光合作用逐渐增强，杉木生长加快。高强度修枝杉木总生长量小于未修枝，其木材密度呈显著降低趋势。大量研究表明，节子是木材的自然缺陷，造成树木纤维走向背离和扭曲，导致木材强度降低 。本研究表明，修枝对杉木木材节子长度有显著降低作用，能显著提高杉木无节材比例。修枝措施修除树冠下方枝条，树体内残留的枝条基部被继续生长的树体包裹进内形成节子。由于枝条已经死亡，节子长度不再增加，节子体积不再增大，之后生长的木材就是无节材。所以，修枝措施能明显增加无节材比例。在杉木无节材培育过程中，要综合考虑修枝强度对杉木生长、材性的影响及修枝成本，在 种修枝强度中，修枝强度 能明显增加无节材比例，且不明显影响杉木生长，是值得杉木无节材培育推广的修枝强度。参考文献 ，（）：徐清乾，张勰，黄帆，等 修枝强度对杉木生长的影响 湖南林业科技，（）：吴国阳 修枝和间伐对杉木人工林生长的影响研究 安徽农学通报，（）：黄晓霞，尤美子，徐伟涛，等 目标树经营对杉木人工林林分空间结构的影响 森林与环境学报，（）：郑鸣鸣，任正标，王友良，等 间伐强度对杉木中龄林生长和结构的影响 森林与环境学报，（）：，：，：，?，（）：严涵薇，程雅静，余彤彤，等 年生黑杨派无性系材性径向遗传变异分析与综合评价 林业科学研究，（）：颜耀，李秉钧，何宗明，等 不同种源杉木木材特性的比较研究 林业科学研究，（）：邹绍荣 杉木无节材人工修枝培育技术 林业实用技术，（）：，（）：沙子舟，范少辉，冯随起，等 不同强度修枝对杉木人工林生长的影响 西北林学院学报，（）：张群 人工修枝对提高杉木木材质量影响的研究 北京：中国林业科学研究院，徐金良，毛玉明，郑成忠，等 抚育间伐对杉木人工林生长及出材量的影响 林业科学研究，（）：任世奇，卢翠香，邓紫宇，等 修枝对大花序桉幼林生长和木材密度的影响 西南大学学报（自然科学版），（）：孙洪刚，张建国，段爱国 杉木人工林自然整枝进程研究 林业科学研究，（）：国家市场监督管理总局 木材密度测定方法：北京：中国标准出版社，国家市场监督管理总局 木材硬度试验方法：北京：中国标准出版社，武浩然，范艳如，牛小云，等 采脂年限对湿地松活立木不同部位材性变化的影响 林业科学研究，（）：任可，张盟，万佳艺，等 不同种源福建柏木材的管胞形态及化学成分 森林与环境学报，（）：梁瑞婷，孙玉军，李芸 深度学习和传统方法模拟杉木树高胸径模型比较 林业科学研究，（）：王宇超，陈逸飞，林晨蕾，等 森林抚育间伐对杉木人工林温湿度的影响研究 森林工程，（）：，肖祥希 修枝对福建柏林分生长及无节材形成的影响 林业科学研究，（）：张子扬，许静静，林德城，等 杉木枝叶贮存特性及人工修枝效应研究进展 生态科学，（）：郭伟，任海青，骆秀琴，等 杉木规格材节子类型形成原因的研究 中国科学技术协会 节能环保和谐发展：中国科协年会论文集（三）中国科学技术协会声像中心，：东北林业大学学报第 卷