加勒比松和濕地松形態(tài)、密度與抗風(fēng)能力分析

徐慧蘭，馮源恒，吳東山，陳新華，許承榮，楊章旗

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002； 2.廣西壯族自治區(qū)南寧市林業(yè)科學(xué)研究所，廣西 南寧 530107； 3.廣西壯族自治區(qū)合浦縣林業(yè)科學(xué)研究所，廣西 合浦 536199)

加勒比松和濕地松形態(tài)、密度與抗風(fēng)能力分析

徐慧蘭1，馮源恒1，吳東山1，陳新華2，許承榮3，楊章旗1

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002； 2.廣西壯族自治區(qū)南寧市林業(yè)科學(xué)研究所，廣西 南寧 530107； 3.廣西壯族自治區(qū)合浦縣林業(yè)科學(xué)研究所，廣西 合浦 536199)

為了具體分析加勒比松和濕地松抗風(fēng)能力，對(duì)遭受臺(tái)風(fēng)襲擊的加勒比松和濕地松的樹高、枝下高、胸徑、冠幅和密度等進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。結(jié)果顯示：形態(tài)和密度指標(biāo)主成分分析導(dǎo)出的綜合得分分值(F)與受損等級(jí)相關(guān)性極顯著，表明可利用易測(cè)量的形態(tài)和密度指標(biāo)，間接判斷加勒比松和濕地松的抗風(fēng)能力；6項(xiàng)指標(biāo)對(duì)抗風(fēng)能力的權(quán)重大小依次為：冠幅>密度3>枝下高>平均密度>胸徑>樹高，形態(tài)指標(biāo)對(duì)抗風(fēng)能力的權(quán)重大小依次為：枝下高>冠幅>胸徑>樹高；加勒比松和濕地松形態(tài)和密度指標(biāo)的具體差異不大，但加勒比松的抗風(fēng)能力遠(yuǎn)優(yōu)于濕地松，可以推斷抗風(fēng)能力不受某幾個(gè)重要指標(biāo)的左右，而是多個(gè)指標(biāo)共同作用的結(jié)果。

加勒比松；濕地松；形態(tài)和密度指標(biāo)；抗風(fēng)能力；主成分分析

加勒比松(PinuscaribaeaMorelet)是熱帶地區(qū)速生針葉樹種之一，適應(yīng)性廣，生長(zhǎng)快，材質(zhì)優(yōu)良，并且其樹脂產(chǎn)量高，是很好的經(jīng)濟(jì)樹種。濕地松(PinuselliottiiEngelm.)是我國(guó)南方人工林大面積引種推廣的樹種之一，育苗造林容易、產(chǎn)脂量高、樹干通直、力學(xué)強(qiáng)度良好，是很好的用材林樹種。對(duì)這2種松樹的對(duì)比研究很多，大多集中在雜交育種及其子代的研究[1-7]。而對(duì)這2種松樹的抗風(fēng)能力比較研究很少。國(guó)內(nèi)涉及林木抗風(fēng)的相關(guān)研究中，有些是涉及木材纖維的解剖學(xué)，有些是力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)，有些是生長(zhǎng)指標(biāo)和根系的研究[8-13]。上述的研究方式和對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)操作性不高。本文采用幾個(gè)易調(diào)查、具有代表性的指標(biāo)作為判斷依據(jù)，分析2種松樹的抗風(fēng)能力，為2種樹種抗風(fēng)性能的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在廣西北海市合浦縣，位于東經(jīng)109 °15 ′、北緯21 °36′，海拔30 m左右，屬中亞熱帶季風(fēng)型海洋性氣候。年均氣溫23.6 ℃，年均降水量2030.4 mm，常年日照充足，熱量充沛。試驗(yàn)林是1992年?duì)I造的實(shí)生種子園，最初種植密度為3 m×4 m，現(xiàn)植株間距不小于8 m×8 m。面積一共是13.3 hm2，其中加勒比松占5.3 hm2，濕地松占8 hm2。2014年8月遭受臺(tái)風(fēng)襲擊。2014年9月通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，加勒比松林的受災(zāi)情況相對(duì)優(yōu)于濕地松的情況。濕地松林倒樹和折斷的植株比例遠(yuǎn)多于加勒比松。

1.2 材料與方法

測(cè)定受災(zāi)樹木的各個(gè)形態(tài)指標(biāo)，具體為樹高、胸徑、枝下高、冠幅。同時(shí)判斷具體受損程度。受損程度分為4個(gè)等級(jí)：一級(jí)為基本沒有受風(fēng)災(zāi)的狀態(tài)，二級(jí)為部分小枝折斷，三級(jí)為大枝折斷，四級(jí)為主干折斷。從受損樹木1.3 m處采木芯，置于密封袋，編號(hào)。確定木芯的各個(gè)年輪后，以6～7年為1個(gè)單位分成3個(gè)部分，分別測(cè)定這3個(gè)不同年輪段的基本密度。采用SPSS軟件進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)指標(biāo)比較

加勒比松和濕地松形態(tài)指標(biāo)的方差分析結(jié)果見表1。2個(gè)松樹的4個(gè)形態(tài)指標(biāo)均顯示為差異極顯著。枝下高和冠幅的變異系數(shù)高于樹高和胸徑的變異系數(shù)。除了冠幅略小之外加勒比松的其他指標(biāo)均高于濕地松，即加勒比松比濕地松樹高大6.8%，枝下高大9.0%，胸徑大12.9%，冠幅小3.5%。

表1 形態(tài)指標(biāo)的方差分析

*：*、**分別為0.05、0.01水平上差異顯著；種源間自由度為1，種源內(nèi)自由度為145；平均值為2種松樹的平均值。

2.2 密度比較

木材密度是木材材性中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由圖1可知，與其他松樹一樣，加勒比松和濕地松密度的徑向變化由髓心至樹皮逐漸增加。加勒比松平均密度是0.471 g·cm-3，濕地松的平均密度是0.467 g·cm-3。

圖1 加勒比松和濕地松3個(gè)年輪段密度頻率分布

從加勒比松和濕地松的年輪寬度的觀察發(fā)現(xiàn)，在2～8 a之間，濕地松年輪寬度大于加勒比松。2種松樹第3、第4年的年輪寬度開始有差距，其差距在第5、第6年時(shí)最大，平均差異為1.42 cm。第7、第8年差距開始減少，到了第9年，2種松樹年輪寬度大小基本相似，走勢(shì)也基本一致。從年輪寬度和密度的變化趨勢(shì)可以判斷，濕地松早期生長(zhǎng)速度快是導(dǎo)致其密度相對(duì)低于加勒比松的原因之一。2種松樹3個(gè)年輪段平均密度、最高、最低密度等見表2。對(duì)各個(gè)年輪段的密度及平均密度進(jìn)行方差分析，1～6年輪段加勒比松的密度明顯高于濕地松，其他年輪段差異均不顯著。

表2 3個(gè)年輪段密度值 g·cm-3

2.3 主成分分析結(jié)果

利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件的主成分分析法對(duì)上述的幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。分析對(duì)象共117個(gè)，其中加勒比松62個(gè)，濕地松55個(gè)。具體指標(biāo)為樹高、枝下高、胸徑、冠幅、13～20年輪段密度(簡(jiǎn)稱密度3)和平均密度。這些指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的KMO值是0.508，適合利用主成分分析法分析。通過分析提取了3個(gè)主成分，且3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率是81%。3個(gè)特征向量(u)值各為1.878、1.602、1.373。3個(gè)主成分的初始因子(λ)載荷矩陣見表3。從表3可以看出，密度3和平均密度在第一主成分上有較高的載荷，說明第一主成分基本反映了這2個(gè)指標(biāo)的信息；第二主成分上有較高載荷的指標(biāo)是樹高和枝下高；第三主成分上有較高載荷的是胸徑和冠幅。

表3 各個(gè)指標(biāo)主成分初始因子載荷矩陣

F1=0.29X1+0.42X2-0.04X3-0.33X4+0.56X5+0.56X6

(1)

F2=0.52X1+0.49X2+0.33X3-0.28X4-0.41X5-0.36X6

(2)

F3=0.32X1-0.17X2+0.67X3+0.59X4+0.13X5+0.24X6

(3)

(4)

式中：F1、F2、F3分別為主成分分值；F為綜合得分分值；X1—X6為6個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。6個(gè)指標(biāo)對(duì)抗風(fēng)能力的權(quán)重依次為：冠幅>密度3>枝下高>平均密度>胸徑>樹高。其具體權(quán)重值分別是18.53%、18.04%、17.84%、17.17%、15.02%、13.41%。

117個(gè)試件的受損情況和F綜合分值的排序見表4。從表4可以看出，加勒比松的F值排名靠前，排名前30位中濕地松只有4個(gè)。排名前30位的受損等級(jí)，一級(jí)占76.7%，二級(jí)占6.67%，三級(jí)占3.33%，四級(jí)占13.3% 。人為判斷的受損等級(jí)與計(jì)算得出的F值都顯示加勒比松的抗風(fēng)能力大于濕地松的抗風(fēng)能力。F值與受損等級(jí)在0.01水平上相關(guān)性顯著，Pearson系數(shù)為-0.267。

從更簡(jiǎn)單的實(shí)際操作和應(yīng)用出發(fā)，僅僅對(duì)4個(gè)形態(tài)指標(biāo)即樹高、枝下高、胸徑和冠幅進(jìn)行主成分分析。結(jié)果顯示F值與受損等級(jí)在0.05水平上相關(guān)性顯著，Pearson系數(shù)為-0.201。4個(gè)指標(biāo)對(duì)抗風(fēng)能力的權(quán)重大小依次是枝下高>冠幅>胸徑>樹高。其具體權(quán)重值分別是26.62%、25.64%、24.70%、23.03%。

3 結(jié)論與討論

本研究對(duì)受臺(tái)風(fēng)襲擊的加勒比松和濕地松林的受災(zāi)情況進(jìn)行調(diào)查，并利用主成分分析法分析了4個(gè)形態(tài)指標(biāo)和2個(gè)密度指標(biāo)對(duì)抗風(fēng)能力的影響。結(jié)果表明，6個(gè)指標(biāo)的F值與受損程度相關(guān)性極顯著，可間接利用6個(gè)指標(biāo)判斷2種松樹的抗風(fēng)能力。這6個(gè)指標(biāo)對(duì)抗風(fēng)能力的權(quán)重大小依次是冠幅>密度3>枝下高>平均密度>胸徑>樹高。4個(gè)形態(tài)指標(biāo)對(duì)抗風(fēng)能力的權(quán)重大小依次是枝下高>冠幅>胸徑>樹高。綜合結(jié)果顯示，影響抗風(fēng)能力較大的指標(biāo)是冠幅、枝下高和密度3，胸徑和樹高對(duì)抗風(fēng)性能的影響較小。與羅冠勇等[14]對(duì)海南的10種園林喬木進(jìn)行的抗風(fēng)性關(guān)聯(lián)分析得出胸徑>樹高>冠幅>枝下高的關(guān)聯(lián)結(jié)果相反。說明立木抗風(fēng)能力的各個(gè)因素權(quán)重大小因樹種和統(tǒng)計(jì)方法的不同而不同。

表4 受損等級(jí)與F值排序

*：C為加勒比松；S為濕地松。

2種松樹的形態(tài)和密度指標(biāo)差異不大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所觀察的受損情況，加勒比松的抗風(fēng)能力遠(yuǎn)高于濕地松。可以推論抗風(fēng)能力是多個(gè)指標(biāo)共同作用的結(jié)果。除了上述6個(gè)易測(cè)指標(biāo)以外，還有影響抗風(fēng)能力的其他因素，如冠幅濃密程度、冠形、根系情況和力學(xué)性能等[8，15]。更好地了解某樹種的抗風(fēng)能力，需要綜合分析各個(gè)方面的因素，并根據(jù)樹種的具體特點(diǎn)去判斷各個(gè)因素的作用大小。

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Principal Component Analysis of the Morphology，Density and Wind Resistant Ability of Caribbean pine and Slash pine

XU Huilan1，F(xiàn)ENG Yuanheng1，WU Dongshan1，CHEN Xinhua2，XU Chengrong3，YANG Zhangqi1

(1.GuangxiForestResearchInstitute，Nanning530002，Guangxi，China；2.GuangxiNanningForestryDivision，Nanning530107，Guangxi，China；3.GuangxiHepuForestryDivision，Hepu536199，Guangxi，China)

In order to analyze the differences of the wind resistant ability of Caribbean pine and Slash pine，morphological and density indexes of Caribbean pine and Slash pine were measured after a typhoon hit.Correlation between wind resistant ability and those indexes were analyzed by the way of PCA.The results showed thatFcomprehensive score which derived from PCA and the damage level were significantly correlated.The morphological and density indexes can indirectly estimate the wind resistant ability of Caribbean pine and Slash pine.The weight of several indexes which considered density to the wind resistant ability was as follows：crown>density 3>height under branch>average density>DBH>height.The weight of morphological indexes to the wind resistant ability was as follows：height under branch>crown>DBH>height.Morphological and density indexes of the Caribbean pine and Slash pine were not that different，but the wind resistant ability of the Caribbean pine was much better than that of the Slash pine.It can be concluded that the wind resistant ability is not affected by few important indexes，but the results of combined effects of a number of indexes.

PinuscaribaeaMorelet；PinuselliottiiEngelm.；morphological and density indexes；wind resistant ability；PCA

2016-11-16；

2017-01-17

廣西八桂學(xué)者創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(松樹資源培育及產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，2011A015)；“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃專題(廣西國(guó)外松高世代育種和種苗繁育關(guān)鍵技術(shù)研究與示范，2012BAD01B0203-04)；“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃專題(加勒比松高世代育種和種苗繁育關(guān)鍵技術(shù)研究與示范，2012BAD01B0203-1)

徐慧蘭(1982—)，女，吉林延吉人，廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院工程師，博士，從事木材物理學(xué)研究。E-mail：xuhuilan1220@hotmail.com。

楊章旗(1964—)，男，廣西資源人，廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，從事林木遺傳育種學(xué)研究。E-mail：yangzhangqi@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.02.012

S791.244；S791.248；S761.2

A

1002-7351(2017)02-0065-04