大花序桉種源幼林木材力學(xué)性質(zhì)研究

周 維 盧翠香 楊中寧 李昌榮 陳健波 劉 媛 項東云，3

(1.廣西林業(yè)科學(xué)研究院國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530001； 2.廣西七坡林場，廣西 南寧 530225；3.南京林業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037)

大花序桉種源幼林木材力學(xué)性質(zhì)研究

周 維1盧翠香1楊中寧2李昌榮1陳健波1劉 媛1項東云1，3

(1.廣西林業(yè)科學(xué)研究院國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530001； 2.廣西七坡林場，廣西 南寧 530225；3.南京林業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037)

通過對廣西欽廉林場6年生的9個大花序桉種源木材力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測定，結(jié)果表明，種源間木材順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量和抗剪強度差異極顯著；4個力學(xué)指標(biāo)群體均值分別為60.272 MPa、127.920 MPa、10.667 GPa、736.987 kN，均達(dá)到中等至高級水平；樹高、胸徑與4個力學(xué)指標(biāo)間存在中等強度以下的負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平；4個力學(xué)指標(biāo)的廣義遺傳力分別為0.72、0.79、0.72、0.47；木材綜合品質(zhì)系數(shù)為11 084.51×105Pa，屬高等級材。大花序桉木材可作為承重結(jié)構(gòu)和高中檔家具用材，開發(fā)利用該木材作為結(jié)構(gòu)用材，具有現(xiàn)實意義。

大花序桉；種源；力學(xué)性質(zhì)；遺傳變異；綜合評價

大花序桉(Eucalyptuscloezian)是一種干形通直的高大喬木，主要分布在澳大利亞昆士蘭南部，樹高可達(dá)35～45 m，木材呈黃褐色、沉重堅固，是很好的鋸材樹種。我國于1972年開始引種大花序桉；1983年中澳技術(shù)合作東門桉樹示范林項目開始進(jìn)行樹種試驗，1989年開始進(jìn)行種源試驗；主要對其生長狀況、耐寒性、耐旱性、抗病蟲害[1-4]等進(jìn)行研究，結(jié)果表明，大花序桉生長快，干形好，材質(zhì)優(yōu)良，是具有較高實木利用價值的桉樹新品種，目前作為中大徑材來培育。

我國有關(guān)大花序桉材性方面的研究報道不多[5-13]，其中僅部分文獻(xiàn)涉及到種源間力學(xué)性質(zhì)差異分析[10-13]，有關(guān)大花序桉種源幼齡材材性方面的研究未見報道。本研究對廣西林業(yè)科學(xué)研究院建立的大花序桉種源/家系試驗的6年生9個種源木材主要力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行探討，為大花序桉實木材與紙漿材種源的綜合評價、定向培育和木材合理利用提供依據(jù)。

1 試材與方法

1.1 試驗林概況

試驗林位于廣西欽州市欽廉林場，地處北緯21°57′，東經(jīng)108°37′，年平均氣溫22 ℃，年均日照時數(shù) 1 801 h ，年平均降雨量 2 113.7 mm，年平均相對濕度82%，土壤為紅壤，伴有石礫。試驗林于2004年種植，采用隨機區(qū)組設(shè)計，單株小區(qū)，30次重復(fù)，小區(qū)間不設(shè)隔離株。

1.2 試材取樣與測定方法

每個種源分別選5株平均木，9個種源共45個單株，樣木基本情況見表1。2010年5月采集樣木，采集方法按照GB 1927—2009[14]進(jìn)行，試件的截取與制作方法按GB 1929—2009[15]的有關(guān)要求進(jìn)行，木材力學(xué)性質(zhì)的測定按照GB 1935～1937—2009[16-18]的有關(guān)要求進(jìn)行。

表1 大花序桉種源樣木基本情況

表1(續(xù))

1.3 統(tǒng)計方法

用Excel處理各測定指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，采用SPSS 17.0軟件對各主要指標(biāo)進(jìn)行方差分析、多重比較、性狀間的相關(guān)性分析、聚類分析、主成分分析，并根據(jù)數(shù)量遺傳學(xué)理論計算各性狀遺傳參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 大花序桉種源幼林木材力學(xué)性質(zhì)遺傳變異分析

大花序桉幼齡材力學(xué)性質(zhì)測定結(jié)果見表2。木材順紋抗壓強度種源群體均值為60.272 MPa，變異系數(shù)平均值為13.02%，抗壓強度變化范圍為56.437～66.273 MPa;種源20730標(biāo)準(zhǔn)強度值最大，種源20725強度值最小，兩者相差9.836 MPa;高于群體均值的有4個種源，分別為19157、19488、20720、20730?？箯潖姸确N源群體均值為127.920 MPa，變異系數(shù)平均值為16.49%，抗彎強度變化范圍為112.364～140.872 MPa;最大的為種源20730，最小的為種源20725，兩者相差28.508 MPa;高于群體均值的種源有19157、20722、20727、20730?？箯潖椥阅Ａ咳后w均值為10.667 GPa，變異系數(shù)平均值為18.38%，抗彎彈性模量變化范圍為9.247～12.343 GPa;最大的為種源20730，最小的為種源20720，兩者相差3.096 GPa;大于群體均值的種源有19157、20722、20727、20729、20730?？辜魪姸确N源群體均值為736.987 kN，變異系數(shù)平均值為15.37%，抗剪強度變化范圍為699.04～809.04 kN;最大的為種源19157，最小的為種源20722，兩者相差110 kN;大于群體均值的種源有19157、20720、20730。4個力學(xué)指標(biāo)變異系數(shù)均大于10%，說明這些種源在力學(xué)性質(zhì)的性狀上有很大的改良空間。

表2 大花序桉種源木材力學(xué)性質(zhì)

大花序桉種源間木材力學(xué)性質(zhì)的方差分析結(jié)果(表3)表明：種源間木材順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度差異極顯著。說明在種源水平上對大花序桉的材性進(jìn)行改良有很大潛力，進(jìn)行木材的順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度的種源選擇，可取得良好的效果。這與徐有明等[19]、姜笑梅等[20]、闞榮飛[10]關(guān)于種源材性差異分析結(jié)果一致。

大花序桉種源間木材力學(xué)性質(zhì)的多重比較(表4)表明，種源20730與其他種源之間的順紋抗壓強度差異顯著，種源19155、19157、19488、20722和20727之間差異不顯著，種源20720和19157、19488之間差異不顯著，種源20725與20729之間不存在顯著差異，但與其他種源差異顯著。種源20730的抗彎強度與種源20729、19488、19155、20725、20720之間差異顯著，種源20727、20722、19157與種源19488、19155、20725、20720之間差異顯著，其他大部分種源差異不顯著。種源20730抗彎彈性模量與19157、19488、19155、20725、20720之間差異顯著，種源19157與20725、20720之間差異顯著，種源20725、20720和20727、20722、20729之間差異顯著。種源19157的抗剪強度除了種源20720外，與其余8個種源之間差異顯著，種源20730除種源20720、20725外，與其他種源之間差異顯著。

表3 大花序桉種源間木材力學(xué)性質(zhì)的方差分析

表4 大花序桉種源間木材力學(xué)性質(zhì)的多重比較

注：同列字母不同表示0.05水平上差異顯著。

2.2 大花序桉種源幼齡材力學(xué)性質(zhì)與生長性狀的關(guān)系

數(shù)量性狀的遺傳受到多基因的遺傳控制，由于基因之間的相互作用以及多因一效和一因多效的作用，使得性狀間彼此關(guān)聯(lián)，相互影響，只有了解其相關(guān)性，才能在育種改良中權(quán)衡取舍，提高林木改良效率[3]。從表5中可以看出：樹高與胸徑之間存在微弱的正相關(guān)；樹高、胸徑與順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度之間存在中等強度或中等強度以下的負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平；在4個力學(xué)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系中，抗彎強度與抗彎彈性模量的相關(guān)系數(shù)為0.885，達(dá)到極顯著水平，其余各指標(biāo)之間均為中等強度的相關(guān)及弱相關(guān)。實驗結(jié)果說明，生長快的樹木其4個力學(xué)指標(biāo)在總體上有下降趨勢，4個力學(xué)指標(biāo)在遺傳上可能是相互獨立的，受不同遺傳機制的控制，這些性狀可以獨立進(jìn)行選擇，進(jìn)而可培育出木材性狀較好又速生的種源。

表5 大花序桉種源木材力學(xué)性質(zhì)與生長性狀間相關(guān)分析

注：*表示相關(guān)關(guān)系顯著，**表示相關(guān)關(guān)系極顯著。

2.3 大花序桉種源幼齡材力學(xué)性質(zhì)遺傳參數(shù)估算

大花序桉9個種源各性狀遺傳參數(shù)的估算結(jié)果見表6。

表6 大花序桉種源各性狀遺傳參數(shù)

由表6可知，順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度的廣義遺傳力分別為：0.72、0.79、0.72、0.47。說明木材力學(xué)性質(zhì)受中等及中等強度以上的遺傳控制，通過一定強度的選擇，能獲得較高的遺傳增益。4個力學(xué)指標(biāo)遺傳變異系數(shù)分別為20.57%、14.72%、13.22%、14.35%，說明大花序桉種源力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出豐富的遺傳異度。如進(jìn)行木材強度的直接選擇，以入選率為50%(選擇強度0.8)來計算，遺傳增益的范圍為7.76%～12.33%，以20 %的入選率(選擇強度1.4)來計算，遺傳增益的范圍為13.58%～21.58%，具有較好的選擇效應(yīng)。

2.4 大花序桉種源木材力學(xué)強度和木材品質(zhì)系數(shù)評價

根據(jù)木材力學(xué)強度的品等分級劃分標(biāo)準(zhǔn)[21]，6年生大花序桉木材順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度均達(dá)到中等至高級水平。作為結(jié)構(gòu)用材，順紋抗壓強度和抗彎強度是2個很重要的衡量指標(biāo)，通常用兩者之和來表示木材的綜合強度[22]。從以上試驗數(shù)據(jù)可算出，6年生的大花序桉種源木材綜合強度范圍為168.801～207.145 MPa，達(dá)到高級水平。

木材品質(zhì)系數(shù)是某項力學(xué)強度極限與基本密度之比值， 是評價木材品質(zhì)的一個重要參數(shù)。對于一些特殊場合，如飛機、橋梁和高層建筑等構(gòu)件，既要求材料的力學(xué)強度值高，又要求材料的自重輕，品質(zhì)系數(shù)是材料選擇的重要依據(jù)[23]。根據(jù)測試分析，大花序桉基本密度為0.589 g/cm3[24]，力學(xué)強度見表2，分析計算6年生大花序桉木材的品質(zhì)系數(shù)，結(jié)果見表7。6年生大花序桉木材的綜合品質(zhì)系數(shù)達(dá)11 084.51×105Pa，已達(dá)到高等級材的要求。

表7 大花序桉木材品質(zhì)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

1) 大花序桉種源幼林木材順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度群體均值分別為60.272 MPa、127.920 MPa 、10.667 GPa、736.987 kN。方差分析表明，種源間4個力學(xué)指標(biāo)差異極顯著。說明在種源水平上對大花序桉的材性進(jìn)行改良有很大潛力，進(jìn)行木材的順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度的種源選擇，可取得良好的效果。

2) 樹高與胸徑之間存在微弱的正相關(guān)。樹高、胸徑與順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度存在中等或中等強度以下的負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平。4個力學(xué)指標(biāo)除了抗彎強度與抗彎彈性模量達(dá)到極顯著水平外，其余各指標(biāo)之間均為中等強度的相關(guān)及弱相關(guān)。說明生長快的樹木，其順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量和抗剪強度4個力學(xué)指標(biāo)在總體上有下降趨勢。

3) 順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度的廣義遺傳力分別為：0.72、0.79、0.72、0.47。4個力學(xué)指標(biāo)受中等強度以上的遺傳控制，通過一定強度的選擇，能獲得較高的遺傳增益。以20%的入選率(選擇強度1.4)來計算，遺傳增益的范圍為13.58%～21.58%，具有較好的選擇效應(yīng)。

4) 6年生大花序桉木材順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、抗剪強度均達(dá)到中等至高級水平；木材綜合強度范圍為168.801～207.145 MPa，達(dá)到高級水平；木材的綜合品質(zhì)系數(shù)達(dá)11 084.51×105Pa，屬高等級材。

5) 綜合木材生長性狀和力學(xué)性質(zhì)研究結(jié)果認(rèn)為，大花序桉木材為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用材，可作為承重結(jié)構(gòu)和高中檔家具用材。目前，桉樹木材主要用于制漿造紙和纖維板生產(chǎn)，直接用于結(jié)構(gòu)用材的較少，利用大花序桉木材的優(yōu)良性質(zhì)，開發(fā)利用該木材作為結(jié)構(gòu)用材，具有現(xiàn)實意義。

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(責(zé)任編輯 曹 龍)

Study on Juvenile Wood′s Mechanical Properties ofEucalyptuscloezianaProvenances

ZHOU Wei1, LU Cui-xiang1, YANG Zhong-ning2, LI Chang-rong1, CHEN Jian-bo1, LIU Yuan1, XIANG Dong-yun1, 3

(1.Guangxi Academy of Forestry, Key Laboratory of Central South Fast-Growing Timber Cultivation of Forestry Ministry of China, Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation，Nanning Guangxi 530001, China；2.Qi Po Forest Farm of Guangxi，Nanning Guangxi 530225, China；3. College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037, China)

In Guangxi Qinlian Forest Farm, we selected six-year oldEucalyptuscloezianafrom 9 provenances as material, analyzed the wood mechanical property. The result showed that differences of compressive strength parallel to grain, bending strength, modulus of elasticity and shear strength were significant among different provenances. The mean value of these four mechanical indexes were 60.272 MPa, 127.920 MPa, 10.667 GPa and 736.987 kN, respectively, and all of them reached medium and high level. Tree height, diameter at breast height showed moderate-intensity negative correlations with four mechanical indexes, but they were not significant. The broad-sense heritability of four mechanical indexes was 0.72, 0.79, 0.72 and 0.47, respectively. Comprehensive quality factor of wood was 11 084.51×105Pa, which belonged to high class wood. Wood ofEucalyptuscloezianacould be used as timber of bearing structure and medium and high class furniture. Therefore, developing and using wood ofEucalyptuscloezianaas structural timber has practical significance.

Eucalyptuscloeziana; provenance; wood properties; genetic variation; combination evaluation

2014-05-12

中央財政推廣項目(桂科攻1123004-3A)資助；廣西研究與開發(fā)項目(桂科合1347004-3)資助；廣西科技廳基本科研業(yè)務(wù)費專項項目(林科字201203號)資助。

項東云(1960—)，男，教授級高級工程師。研究方向：桉樹遺傳育種及森林培育。Email：Xiang_dongyun@aliyun.com。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.06.013

S781.2

A

2095-1914(2014)06-0075-06

第1作者：周維(1962—)，女，高級工程師。研究方向：桉樹培育與應(yīng)用。Email：zhouwei.hm@163.com。