紅心杉管胞特性及年輪與氣候因子的關(guān)系

鄭獻(xiàn)懂

（融水苗族自治縣征地拆遷和房屋征收補(bǔ)償服務(wù)中心，廣西 融水 545300 ）

在我國南方杉木是一種特有的速生用材樹種，能適應(yīng)旱地生長，且作為重要的木材來源得到市場的青睞。紅心杉是杉木的栽培變種之一，在我國林業(yè)與商品經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著重要位置。木材的性質(zhì)會(huì)受到細(xì)胞大小、形狀等方面的特征和變異的影響，在樹干中管胞占比達(dá)到90%，對紅心杉的年輪寬度、木材性質(zhì)等都會(huì)產(chǎn)生極大影響。紅心杉木在生長過程中，氣候因子可以在木材的解剖結(jié)構(gòu)中記錄，且每一個(gè)性狀的生長都與氣候條件的不同產(chǎn)生不同的影響。所以對于紅心杉管胞特性及年輪與氣候因子的關(guān)系進(jìn)行分析具有重要意義。

1.實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)地為融水苗族自治縣的一處林場，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，氣候溫暖，年平均氣溫為17.7℃。這里的氣候十分適宜紅心杉木的生長，且每年的無霜期達(dá)到279d。選擇人工林林地林齡為9年、15年及26年的林木，每個(gè)年齡階段設(shè)3個(gè)重復(fù)。不同林齡的胸徑與樹高如表1所示：

表1 不同林齡的胸徑與樹高

在氣象數(shù)據(jù)獲取過程中，選擇中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)的地面氣象資料。紅心杉的年輪盤在帶回實(shí)驗(yàn)室后，需對其進(jìn)行打磨，使用的工具為粗砂紙，必須讓年輪清晰可見，然后再使用細(xì)砂紙繼續(xù)打磨，直到表面光滑。每一圈年輪標(biāo)記，都需沿西、南北方向做一條通過髓心的直線，對年輪寬進(jìn)行測量，使用的工具為LinTAB樹木年齡分析儀。

樣品選擇徑向與橫向兩個(gè)方向的。（1）徑向樣品。樣品選擇時(shí)從樹皮開始逐漸向髓心靠近，每一圈年輪都要取樣，將樣品制作成長、寬分別為1cm與3cm的試條。（2）縱向取樣只對26齡的紅心杉進(jìn)行取樣，選擇圓盤高度從0m開始，依次為3m、5m，最后是13m，每5個(gè)年輪為一個(gè)樣品，樣品從向南方向開始截取，截取的寬與長分別為0.5cm與1cm。

在10%硝酸+10%鉻酸混合溶液中試樣品，每天都要對溶液進(jìn)行更換，管胞離析出來后方可停止更換溶液。清洗干凈管胞，在50%的乙醇溶液中保存。在玻片上防治管胞，然后在烤箱中烘干，烤箱溫度需調(diào)到36℃。在1%的番紅溶液中放置1min，并再次烘干。在二甲苯中透明30s，取出后將加拿大樹膠滴在上面，將玻片蓋在上面，將樹膠壓均勻。在36℃的恒溫烘箱中對制作好的玻片進(jìn)行烘烤，制作成永久切片。在顯微鏡下觀察切片，拍照并編號(hào)保存。

2.理論基礎(chǔ)

2.1 年輪成長

樹木在生活過程中可以分為細(xì)胞分裂、細(xì)胞延長與細(xì)胞分化三個(gè)過程。樹木在生長過程中需從增高與增粗兩個(gè)方面，也就是軸向與徑向生長兩個(gè)方向。林木的年齡、林分密度、氣候等因素會(huì)對林木生長產(chǎn)生極大影響。合適的溫度、光照等是樹木生長發(fā)育的基本條件。高露雙在研究中指出，在不同的階段不同樹種的徑向生長速率變化較大。在氣候因子一致的背景下，對生長量及徑向年平均生長量進(jìn)行對比。范瑋熠與王孝安在研究中指出，杉木在生長過程中，會(huì)受到立地環(huán)境與氣候變化的影響，且在反映氣候與環(huán)境變化期間，樹木年輪寬度是十分重要的參數(shù)。

2.2 年輪氣候

在全球氣候變化研究中樹木年輪資料是十分重要的內(nèi)容與手段，且在應(yīng)用中十分廣泛。樹木年輪與氣候是年輪氣候?qū)W的基礎(chǔ)，也是年輪年代學(xué)的重要分支。形成分裂層、細(xì)胞擴(kuò)大與細(xì)胞壁增厚是年輪特征的三個(gè)重要過程。木本植物生理學(xué)是年輪氣候?qū)W的基礎(chǔ)，依據(jù)為樹木生長特點(diǎn)。在影響樹木生長的敏感氣候因子中，溫度是十分重要的因素，但是在不同的月份研究結(jié)果也會(huì)存在較大差異。細(xì)胞分化的時(shí)間會(huì)受到水分的影響，一般情況下水分不足分化時(shí)間會(huì)縮短，進(jìn)而讓植物的生長季縮短。樹木生長過程中，溫度與降水的綜合作用下，會(huì)形成干旱的脅迫、短而冷的生長季互交作業(yè)與溫度、降水的相互作用。

3.紅心杉的管胞特性

3.1 徑向變異規(guī)律

年輪寬的徑向生長在微光上的重要體現(xiàn)之一是管胞徑向生長情況。紅心杉在年齡的增加下，管胞性狀大小也會(huì)隨之增加。同時(shí)在年齡的增加下，紅心杉管胞寬度也隨之增加 ，且在靠近髓處增加迅速，但是在一定輪齡之后就開始下降。在前5a紅心杉管胞長度向外增加的速度較快，但是隨后增加開始變緩。

管胞寬的徑向變異與管內(nèi)徑徑向變異大致相似，也是從髓型開始向外增加，并呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢。在第10a時(shí)增加到最大，并開始下降。管胞壁厚也由髓心開始向外增加，在年齡的增加下呈現(xiàn)出先上升，再下降，然后再上升的趨勢。管胞壁腔的下降呈現(xiàn)出波動(dòng)趨勢，由髓心向外下降。

3.2 縱向變異規(guī)律

對于縱向變異的情況來看，在不同樹高的變化下管胞寬度變化規(guī)律并不強(qiáng)。雖然在輪齡的增加下，管胞長度各高度值增加明顯，但是隨后會(huì)趨于穩(wěn)定。隨著紅心杉木的樹高增加，管胞內(nèi)徑會(huì)呈現(xiàn)出先增加，再下降的趨勢。紅心杉樹干增高過程中，不同輪林管胞壁厚的變化并無規(guī)律可循。

紅心杉木材管胞寬度、長度與壁厚等形態(tài)特征之間的變異性較大，即便是同一棵樹的不同部位存在的差異也較大。紅心杉在不同林中，同一性狀的林木所呈現(xiàn)出的徑向變異模式大致相同，但是對管飽性狀的徑向變異規(guī)律卻是不一致的。

4.管胞性狀與生長輪之間的關(guān)系

紅心杉樹齡的不同會(huì)對管胞性狀與年齡寬產(chǎn)生極大影響，同一管胞性狀或者不同管胞性狀會(huì)與樹齡年輪寬之間的關(guān)系存在較大差異。在年輪寬的增加過程中，林齡管胞長度會(huì)下降，在林齡的增加過程中，二者之間的關(guān)系更加明顯。

由于樹齡的不同，管胞的生長情況存在一定差異，當(dāng)樹齡相同，但是管胞性狀不同時(shí)，生長變化情況也是不相同的。管胞寬度的特征值并不會(huì)隨著林齡的增加會(huì)發(fā)生太大變化，除極小值以外，在15林齡里出現(xiàn)了該性狀其他特征值最大值。在林齡增加過程中管胞長度增加，標(biāo)準(zhǔn)差的變化與平均值基本一致，隨著林齡增加出現(xiàn)減少情況。隨著林齡的增加，管胞壁厚與壁腔的平均值出現(xiàn)變小的情況。

管胞性狀在林齡見的方差如表2，管胞性狀在林齡之間的差異極為顯著（P＜0.01）。

表2 管胞性狀在林齡間的方差

木材的材質(zhì)會(huì)受到木材細(xì)胞大小及性狀等的影響。26齡紅心杉木在不同樹高中管胞寬度變化規(guī)律不強(qiáng)，在輪齡增加下，靠近髓心處15個(gè)年輪的管胞寬度出現(xiàn)增加情況。在樹高的增加過程中，5個(gè)年輪的管胞寬度先有增加的趨勢，然后再下降。

9林齡管胞長度與年輪寬度之間的關(guān)系為負(fù)相關(guān)性不強(qiáng)；15林齡管胞長度與年輪寬度之間的關(guān)系為顯著負(fù)相關(guān)性（P＜0.05）；26林齡管胞與年輪寬度之間的關(guān)系為極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。

5.管胞性狀對氣候的響應(yīng)

5.1 管胞寬度對氣候的響應(yīng)

氣溫會(huì)對紅心杉的生長產(chǎn)生極大影響，9林齡與15林齡紅心杉管胞寬度與氣溫之間的關(guān)系為正相關(guān)關(guān)系，26林齡的紅心杉管胞寬度會(huì)受到3個(gè)氣溫的抑制。15林齡與溫度之間的相關(guān)系數(shù)低于9林齡的。

由于林齡不同，紅心杉管胞寬度與降水、相對濕度之間的關(guān)系也存在較大差異，其中9林齡與15林齡的管胞寬度與降水、相對濕度之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。但是26林齡的關(guān)系為正相關(guān)關(guān)系。9林齡紅心杉在生長過程中，管胞寬度會(huì)受到降水及相對濕度的極大影響，尤其是在1月與9月兩個(gè)月，對于管胞寬度的抑制作用更加明顯。15林齡管胞寬度在4月降水后，對于管胞徑向生長的抑制作用明顯。但是在9月份，26林齡管胞寬度與相對濕度之間呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。

5.2 管胞長度對氣候的響應(yīng)

9林齡與15林齡管胞長度與氣溫之間呈現(xiàn)的關(guān)系為負(fù)相關(guān)關(guān)系，但是觀察發(fā)現(xiàn)26林齡的與溫度呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。對于9林齡紅心杉管胞長度的伸長來說，在生長初期的氣溫是有一定積極作用的，但是在溫度較高時(shí)，則對管胞的伸展會(huì)產(chǎn)生抑制作用。對于氣溫變化，15林齡的相應(yīng)更加強(qiáng)烈，26林齡管胞長度與氣溫之間的相關(guān)性更強(qiáng)，且在溫度較高的生長季（4～10月份），氣溫可以促進(jìn)林齡管胞長度。應(yīng)用氣溫相比，管胞相對濕度與降水的相應(yīng)相對弱一些，且樹齡之間具有較大的差異。9林齡、15林齡與降水和相對濕度之間的關(guān)系為正相關(guān)，而26林齡所呈現(xiàn)的關(guān)系為負(fù)相關(guān)。

5.3 管胞內(nèi)徑對氣候的響應(yīng)

9林齡與15林齡的管胞內(nèi)徑與氣溫之間的關(guān)系為正相關(guān)，但是26林齡呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。9林齡管胞內(nèi)徑與氣溫之間的關(guān)系并不顯著。在分析中發(fā)現(xiàn)15林齡管胞內(nèi)徑與很多月份的氣溫因子之間的關(guān)系為顯著。26林齡管胞內(nèi)徑與氣溫之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

5.4 管胞壁厚對氣候的響應(yīng)

管胞壁厚對于溫度較高的高溫季具有較強(qiáng)的響應(yīng)，9林齡與15林齡的管胞壁厚與氣溫的相關(guān)性為正相關(guān)，26林齡對則為負(fù)相關(guān)。對于不同林齡管胞壁厚的影響而言，降水與相對濕度的影響具有一定差異。其中9林齡與15林齡管胞壁厚與降水和相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而26林齡與降水和相對濕度呈現(xiàn)出的關(guān)系為正相關(guān)關(guān)系。

6.結(jié)果討論

通過分析，總結(jié)出以下幾個(gè)結(jié)論：（1）徑向生長及其對氣候的影響。當(dāng)?shù)丶t心杉在第8a胸徑達(dá)到數(shù)量成熟齡，成熟之后，年輪寬度從隋心開始向外呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，早晚材也是這樣的趨勢，但晚材寬度的變化幅度相對較??；（2）管胞特征。管胞內(nèi)徑從隋心開始，然后向外呈現(xiàn)出先增后減的趨勢。管胞雙壁厚在輪林的增加下所呈現(xiàn)出的趨勢為先升高，再下降，然后再升高的趨勢。管胞壁腔呈現(xiàn)的整體趨勢為下降，屬于波動(dòng)式下降；（3）管胞與生長輪之間的關(guān)系。在年輪寬的增加過程中管胞長度出現(xiàn)下降趨勢，且在林齡的增加下這種關(guān)系更加明顯。9林齡管胞長度與輪寬之間的關(guān)系十分顯著，15林齡管胞長度與年輪之間的關(guān)系呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)，26林齡管胞寬度與年輪寬度之間呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系；（4）管胞寬度對氣候的相應(yīng)。

結(jié)束語

本文研究在豐富相關(guān)理論內(nèi)容的同時(shí)，也能為紅心杉的栽培提供一定參考。尤其是在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中，杉木裝飾裝修材料得到人們的廣泛應(yīng)用，對紅心杉木的需求不斷增加，這就要求需強(qiáng)化紅心杉的栽培與種植，了解種植適宜的環(huán)境溫度，為提升杉木產(chǎn)品與品質(zhì)提供支持。同時(shí)，對于紅心杉木展開相關(guān)科學(xué)研究過程中，加強(qiáng)對紅心杉管胞特性及年輪與氣候因子的關(guān)系的了解是否關(guān)鍵，能為紅心杉增長與增粗提供理論指導(dǎo)。