間伐對(duì)冀北油松木材組織比量和管胞形態(tài)特征的影響

王夢(mèng)蕾 張 偉 李曉梅 李曉順 孫照斌

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北 保定 071000；2.臨漳縣自然資源和規(guī)劃局，河北 邯鄲 056600）

間伐是加快林木生長(zhǎng)、縮短輪伐期、提高林木質(zhì)量的重要培育措施[1?4]。間伐時(shí)間、間伐次數(shù)和間伐強(qiáng)度等不同方面對(duì)木材品質(zhì)（密度、管胞長(zhǎng)度、纖維長(zhǎng)度、生長(zhǎng)輪密度、晚材率和力學(xué)強(qiáng)度等）有一定的影響[5?8]。

油松（Pinus tabuliformis），又名黑松、短葉松、巨果油松。屬裸子植物門、松科、松屬，常綠喬木，高可達(dá)30 m，胸徑可達(dá)1.8 m。目前對(duì)于油松的研究主要圍繞油松的經(jīng)營(yíng)措施[9]、土壤理化性能[10]、生物群落[11?12]以及生長(zhǎng)特性[13?14]展開。徐有明[15?16]討論分析了山西中條山油松木材密度與各項(xiàng)力學(xué)性質(zhì)相關(guān)關(guān)系，管胞纖絲角度與解剖、抗拉、抗彎強(qiáng)度間的相關(guān)關(guān)系。趙榮軍等[17?18]研究結(jié)果表明，油松子代測(cè)定林的木材管胞長(zhǎng)度長(zhǎng)，長(zhǎng)寬比大，柔性系數(shù)高，是良好的纖維工業(yè)原料。

本研究選取河北省冀北山區(qū)大力推廣的油松人工林進(jìn)行管胞形態(tài)特征和組織比量的研究，分析間伐與未間伐對(duì)于油松管胞形態(tài)特征和組織比量的影響，為油松人工林的定向培育以及木質(zhì)改良提供理論依據(jù)，同時(shí)為油松加工利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料取自河北省承德市茅荊壩林場(chǎng)（117°50′46″～118°13′06″E,41°29′57″～41°40″36″N），油松造林時(shí)間為1982 年，造林密度為4 995 株/ hm2。在相同立地條件的油松人工林林分中，分別在經(jīng)過撫育間伐、未經(jīng)過撫育間伐的林地中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)地面積為50 m×50 m，間伐時(shí)間在2008年，間伐強(qiáng)度為28%。每塊標(biāo)準(zhǔn)地選取3 棵平均木作為樣木。試材基本情況見表1。原木運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試材加工。

表1 油松試材基本情況Table 1 Basic situation of P.tabulaeformis

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微觀構(gòu)造特征

參照GB/T 29894—2013[19]進(jìn)行。選取間伐油松和未間伐的油松在1.3 m 處的高度，采用水煮的方法將約1 cm3的木材試樣軟化后，使用YD-1508R 滑走切片機(jī)（金華益迪醫(yī)療設(shè)備有限公司，中國(guó)）切取厚度約15 μm 的橫切面、弦切面和徑切面，經(jīng)番紅染色、乙醇脫水、透明劑透明和封片等工序完成切面制片[20?21]。

1.2.2 管胞形態(tài)特征測(cè)定方法

通過髓心沿南北方向?qū)⒚總€(gè)7 cm 厚的圓盤鋸成2 cm 寬的長(zhǎng)條，將這些長(zhǎng)條的南部分平均分成3 份，記為心、中、外，用于測(cè)量管胞特征，包括管胞長(zhǎng)度、管胞寬度、管胞長(zhǎng)寬比、管胞壁腔比等指標(biāo)，采用離析法[22]進(jìn)行，每個(gè)試樣測(cè)定30 次。

將長(zhǎng)條的心、中、外3 部分制成尺寸為10 mm×10 mm×20 mm 的具有標(biāo)準(zhǔn)三切面的3 小塊，使用YD-1508R 滑走切片機(jī)在每個(gè)小木塊的橫切面上進(jìn)行切片，選取1 片最好的切片（有完整年輪、厚度適中的切片），進(jìn)行組織比量的測(cè)定，采用網(wǎng)格法測(cè)定，隨機(jī)測(cè)定30 次，取其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 軟件、SPSS 20.0 等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 油松的微觀構(gòu)造特征

由圖1～2 可知，油松橫切面主要為管胞、木射線和樹脂道，管胞多為長(zhǎng)方形及多邊形，早晚材分界明顯，樹脂道多分布在生長(zhǎng)輪中部及晚材部分，較稀疏，樹脂細(xì)胞內(nèi)含有暗色樹脂；管胞徑面壁紋孔多數(shù)1 列，稀2 列，徑切面上，射線薄壁細(xì)胞與軸向管胞間交叉場(chǎng)紋孔式為窗格型，少數(shù)松木型，射線管胞處于射線薄壁細(xì)胞上沿和下沿，內(nèi)壁有具齒狀加厚，外形呈波浪狀；弦切面上，單列木射線和紡錘形，射線細(xì)胞通常為橢圓形，含深色樹脂。間伐與未間伐油松微觀構(gòu)造結(jié)構(gòu)基本一致。

圖1 間伐油松解剖構(gòu)造Fig.1 Anatomical structure of thinning P.tabuliformis

圖2 未間伐油松解剖構(gòu)造Fig.2 Anatomical structure of unthinning P.tabuliformis

2.2 油松木材管胞形態(tài)特征

2.2.1 間伐與未間伐油松管胞長(zhǎng)度差異

由圖3 可知，間伐與未間伐油松樣木管胞長(zhǎng)度在徑向從髓心向外都是呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，間伐油松的變化范圍是2 549 ～4 134 μm，均值為3 438 μm；未間伐油松的變化范圍是2 494 ～4 018 μm，均值為3 323 μm。間伐油松的管胞長(zhǎng)度從髓心向中部增長(zhǎng)速度較快，而由中部向樹皮生長(zhǎng)時(shí)，速度較為緩慢，管胞的長(zhǎng)度將趨于平衡；未間伐油松由髓心向樹皮的增長(zhǎng)速度與間伐變異趨勢(shì)類似。從整體上看，間伐油松的管胞長(zhǎng)度大于未間伐的管胞長(zhǎng)度，在中部管胞長(zhǎng)度的差異較大。

圖3 間伐與未間伐油松管胞長(zhǎng)度Fig.3 Length of thinning and unthinning P.tabulaeformis tracheid

2.2.2 間伐與未間伐油松管胞寬度差異

由圖4 可知，間伐與未間伐油松的管胞寬度由髓心向外呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，間伐油松的管胞寬度的變化范圍是42.62 ～49.76 μm，均值為46.57 μm；未間伐油松的管胞寬度變化范圍是40.83 ～47.73 μm，均值為44.83 μm。間伐油松管胞寬度有髓心向樹皮增長(zhǎng)速度基本趨于一致，而未間伐油松由髓心向中部增長(zhǎng)速度較快，之后增長(zhǎng)速度減緩。從整體上看，間伐油松管胞寬度大于未間伐，在靠近樹皮部分尤為突出。

圖4 間伐與未間伐油松管胞寬度Fig.4 Width of thinning and unthinning P.tabulaeformis tracheids

2.2.3 間伐與未間伐油松管胞長(zhǎng)寬比差異

由圖5 可知，間伐與未間伐油松管胞長(zhǎng)寬比，由髓心向外逐漸增加，間伐油松管胞長(zhǎng)寬比為59.80～83.08，其均值為73.20；未間伐油松管胞長(zhǎng)寬比為57.08～82.19，其均值為73.51。間伐油松管胞長(zhǎng)寬比由髓心向中部時(shí)，增長(zhǎng)速度較快，之后由中部向樹皮時(shí)增長(zhǎng)速度緩慢，未間伐油松管胞長(zhǎng)寬比的增長(zhǎng)趨勢(shì)和間伐基本趨于一致，與管胞長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)類似。

圖5 間伐與未間伐油松管胞長(zhǎng)寬比Fig.5 Length-width ratio of thinning and unthinning P.tabulaeformis tracheids

2.2.4 管胞壁腔比

如圖6 可知，壁腔比徑向變異是由于胞壁厚度和管胞直徑的相互影響。壁腔比變化反映出胞壁厚度的變化，表明了成年期胞壁厚度對(duì)木材材性的穩(wěn)定起著非常重要的作用。間伐與未間伐油松的壁腔比有髓心向樹皮成增長(zhǎng)的趨勢(shì)，間伐油松的變化范圍是0.35～0.46，其均值為0.42；未間伐變化范圍為0.37～0.46，其均值為0.41。間伐油松壁腔比由靠近髓心向中部變化時(shí)，增長(zhǎng)速度較快，之后向靠近樹皮時(shí)增長(zhǎng)速度表位緩慢，未間伐油松壁腔比由心向外的的增長(zhǎng)速度基本不變。從整體上分析，間伐油松的壁腔比大于未間伐，在中部差異明顯較大。

圖6 間伐與未間伐油松管胞壁腔比Fig.6 Cell wall cavity ratio of thinning and unthinning P.tabulaeformis tracheids

2.3 組織比量

2.3.1 間伐與未間伐油松木射線比量差異

由表2 可知，間伐油松木射線比量在徑向的變化趨勢(shì)是由髓心向中部增大，從中部到外部減小，其變化范圍為8.14%～9.78%；未間伐的變化趨勢(shì)是由髓心向中部減小，從中部到外部增大，其變化范圍是8.25%～10.99%。由整體上而言，未間伐油松木射線比量大于間伐油松，但是在中部間伐大于未間伐油松；在靠近髓心處，間伐與未間伐油松木射線比量差異最大（2.74%），在靠近樹皮差異最?。?.07%）。

表2 間伐與未間伐油松的組織比量Table 2 Tissue ratio of thinning and unthinning P.tabulaeformis

2.3.2 間伐與未間伐油松管胞比量差異

間伐油松管胞比量在徑向的變化趨勢(shì)是由髓心向中部減小，從中部到外部增大，其變化范圍為87.27%～89.45%；未間伐的變化趨勢(shì)是由髓心向中部增大，從中部到外部減小，其變化范圍是86.17%～89.06%。由整體上而言，間伐油松管胞比量大于未間伐油松，但是在中部未間伐大于間伐油松；在靠近髓心處，間伐與未間伐油松管胞比量差異最大（3.28%），在靠近樹皮部分差異最?。?.16%）。

2.3.3 間伐與未間伐油松樹脂道比量差異

間伐油松樹脂道比量在徑向的變化趨勢(shì)是由髓心向中部增加，從中部到外部減小，其變化范圍為2.41%～2.95%；未間伐的變化趨勢(shì)是由髓心向中部減小，從中部到外部增大，其變化范圍是2.69%～2.92%。由整體上而言，未間伐油松樹脂道比量大于間伐油松，但是在中部間伐大于未間伐油松；在靠近髓心處，間伐與未間伐油松管胞比量差異最大（0.43%），在靠近樹皮部分差異最?。?.09%）。

2.4 油松管胞形態(tài)特征與其他樹種比較分析

由表3 可知，纖維用材的要求條件為纖維長(zhǎng)，纖維長(zhǎng)寬比大，纖維壁腔比小。與樟子松（Pinus sylvestris）、紅 松（Pinus koraiensis）、火炬松（Pinus taeda）和馬尾松（Pinus massoniana）[23]的管胞特征對(duì)比，冀北油松木材管胞長(zhǎng)度、管胞寬度、管胞長(zhǎng)寬比和壁腔比均處于中間水平，所以也適合用于纖維用材。油松木材管胞長(zhǎng)，制漿造紙時(shí)纖維之間的相互交織能力就強(qiáng)，壁腔比小，纖維的柔韌性就好。因此，冀北油松木材可以作為制漿造紙的原材料，且間伐油松更適合用于制漿造紙。

表3 油松和不同樹種木材管胞特征的比較Table 3 Comparison of anatomical properties between P.tabulaeformis and other tree species

3 結(jié)論與討論

間伐與未間伐油松微觀構(gòu)造基本一致。油松橫切面主要為管胞、木射線和樹脂道，管胞多為長(zhǎng)方形及多邊形，間伐與未間伐油松的管胞長(zhǎng)度、管胞寬度、管胞長(zhǎng)寬比和壁腔比分別為3 439 μm、46.57 μm、73.20、0.42、3 323.26 μm、44.83 μm、73.51、0.41；間伐油松管胞長(zhǎng)度、寬度和壁腔比均大于未間伐；早晚材分界明顯；徑切面具有射線薄壁細(xì)胞與軸向管胞間交叉場(chǎng)紋孔式為窗格型，少數(shù)松木型，射線管胞處于射線薄壁細(xì)胞上沿和下沿，內(nèi)壁有具齒狀加厚，外形呈波浪狀；弦切面主要有單列木射線和紡錘形，射線細(xì)胞通常為橢圓形，含深色樹脂；間伐與未間伐油松的組織比量沒有顯著差異。木質(zhì)部管胞構(gòu)造特性與木質(zhì)部的液體流動(dòng)密切相關(guān)，對(duì)于針葉材而言，管胞胞腔尺寸、管胞端壁的聚緣紋孔閉塞與否、膜上小孔的直徑以及木材密度是影響液體擴(kuò)散速率的主要因素，液體擴(kuò)散的快慢會(huì)直接影響到樹干液流[24]、木材干燥速率以及液體浸漬效果[25]。樹干液流方面，王海霞[26]、李少寧等[27]通過探究不同樹種之間樹干液流差異，得出油松的樹干液流均低于其他樹種，也只探究了環(huán)境因素對(duì)其的影響，并未聯(lián)系到木材自身的解剖構(gòu)造對(duì)其的影響大小。木材干燥方面，管胞弦向直徑與水分流密度呈正相關(guān)；在干燥過程中，隨著含水率的降低，木材細(xì)胞壁發(fā)生干縮，木材結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之發(fā)生變化，不同的解剖結(jié)構(gòu)決定了其在干燥過程中發(fā)生開裂、變形等的可能性[28]，油松的干燥與管胞特征間的關(guān)系目前還不明確。木材液體浸漬方面，陳宣宗[29]對(duì)馬尾松樹脂浸漬的研究發(fā)現(xiàn)樹脂不僅能通過木材細(xì)胞腔、紋孔等進(jìn)入木材，還能通過細(xì)胞壁中微纖絲間隙進(jìn)入細(xì)胞壁內(nèi)。但目前對(duì)油松管胞特征對(duì)浸漬效果的影響研究較少。以上三方面的研究工作均有待進(jìn)一步深入開展。