桉树无性系板式出材率与价值影响因子研究

桉树无性系板式出材率与价值影响因子研究

我国木材资源匮乏。此外，由于天然林保护项目的实施和木材材积的增加，供需矛盾突出。大量发展速生丰产林是缓解矛盾的有效方法。桉树(Eucalyptus)作为南方速生丰产林的战略树种,其无性系具有林分林相整齐、产量高、材质一致等诸多优点,且木材密度大、刚度大、强度好、材质细致、纹理漂亮等,已成为纸浆和人造板(胶合板、纤维板、刨花板)材的重要原料。单板是胶合板等集成材的组成单元,单板质量的高低直接影响集成材品质的优劣。单板旋切的传统方法是采用大径材作为原料,随着加工技术的进步,小径级单板材问世,进而缩短了林木培育周期,加速了单板生产。近5a来,胶合板工业发展迅速,平均每年以63%的速度增长,但仍未能满足市场需求。另外,纤维材销售是以重量为计价标准,胶合板材则以单段原木平均小头直径分级销售,缺乏检尺和分级标准,木材的合理使用未得到充分体现。对营林者来说主要注重单位面积产量,而生产企业则更加关注单位材积单板出材率和价值,质量决定价格,单板出材率和质量则决定木材价值。目前,已有研究表明节子、弯曲度和原木短裂对木材出材率有影响,且研究多集中在杨树(Populus)、松树(Pinus)等树种,就桉树少数品种也有涉及,但均未作系统深入的研究。因此,作桉树单板出材率与价值影响因子研究具有非常重要的意义。本文通过对10个6年生桉树无性系的单板出材率与价值进行研究,提出影响单板出材率与价值的主要因子,对桉树的育种、营林和加工有一定的参考价值。1材料和方法1.1气候、土壤条件试验地位于广东省湛江市遂溪县南方国家级林木种苗示范基地内,地处东经111°38′,北纬21°30′,属北热带湿润大区雷琼区北缘,为海洋性季风气候,年平均气温23.1℃,极端最低温1.4~3.6℃,极端最高温37.2~38.8℃,年相对湿度80.4%,年降水量1567mm,5—9月降水量占全年的85.5%,夏季潮湿,冬季干旱,蒸发量1763mm,无霜期362d,林地平整,土壤为黄红壤,较瘠薄。1.2试验材料1.3测试方法1.3.1参与生立木研究本试验开展于2009年8月。每个无性系选取30株(包括缺株、死株),进行树高、胸径、树皮厚度的调查。计算单株去皮材积。计算公式为:1.3.2旋切材料的制作从经生长调查的30株林木中选取平均木3株,使用油锯于伐根处人工伐倒,截取长1.3m的原木共5段,取第1、3、5段作为旋切材料,且在原木两端标记好大小头方向和无性系、株号、木段号,并立即将原木运至阴凉处,防止过度失水。最终共伐倒立木30棵,获得原木90段。1.3.3检测记录的内容采伐完后,立即运至室内,防止过多失水,并对原木的长度、大头直径、小头直径、弯曲、节子、端裂、树脂囊和纹理角等进行检测记录。原木材积计算公式:弯曲度计算公式:Z=C/L×100式中:Z为弯曲度(%),C为拱高(m),L为原木内曲水平长(m)。1.3.4单带旋转1.3.5《桉树全板》的密度和材质每张单板从针节、死节、活节、孔洞、裂缝、毛刺、斜纹理和腐朽等缺陷进行记录;单板分级依据中华人民共和国林业行业标准《旋切单板》(LY/T1599-2002)进行,桉树作为阔叶材胶合板表板按外观等级分为5个级别。单板价格依照当前市面价格计算:Ⅰ级2400RMB·m-3,Ⅱ、Ⅲ级2000RMB·m-3,Ⅳ、Ⅴ级1800RMB·m-3。单板出材率按单板材积与原木材积的百分比计算;单段原木价值按每段原木产出的每张单板的价值总和计算;单位材积价值按理论上每立方木材产生的单板价值的总和计算。1.4统计分析所有数据采用Excel2003和SPSS16.0进行统计与分析。2结果与分析2.1gl4、gl9、h3的生长特性本研究从立木的胸径、树高、树皮厚度和去皮材积4个指标来反映不同无性系立木的生长性状。从表1可知,无性系间胸径、树高、树皮厚度和去皮材积存在极显著差异,由F值可知,树皮厚度的差异最大。对于胸径而言,GL4的胸径最大,其平均值为13.4cm,SH7最小,平均值仅为9.5cm。树高GL9最大,平均值为20.5m,SH7最小,平均值为16.8m。树皮厚度LH5最厚,平均值为7.3mm,DH201-2最薄,平均值为4.2mm。对于去皮材积而言,GL4最大,平均值为0.1224m3,是最小SH7的2.42倍,无性系间去皮材积从大到小排序为:GL4>GL9>DH32-22>LH5>EC34>M1>UC184-1>DH201-2>LH1>SH7,以尾巨桉无性系最优。去皮材积的高低决定木材可利用率的大小,也说明生长速度的快慢、追求高的去皮材积是林木培育的基本目的。2.2不同无性系树的外观分析2.3各无性系间等级差异对单板进行检测,发现死节、活节、孔洞和裂缝是单板主要的表面缺陷。从表3可知,无性系间单板的活节等级存在显著差异,孔洞等级和裂缝等级存在极显著差异,而死节等级差异不大。对死节等级而言,SH7等级最低,平均为3.87级,其中尾细桉无性最高,平均为1.45级,其中巨细桉和尾细桉无性系等级排名靠前。从孔洞等级来看,LH5等级最高,平均为1.49级,UC184-1最低,平均为2.85级,同时无性系间等级差异较大,其中尾细桉和尾巨桉无性系等级排名靠前。从裂缝等级来看,EC34等级最高,平均为2.84级,DH201-2最低,平均为3.70级,同时无性系间等级差异较大,其中尾巨桉等级排名靠前。从单板等级F值来看,各无性系间单板等级无显著差异。依据我国林业行业标准《旋切单板》,几乎所有单板均属于Ⅳ级,极少为Ⅲ级。因此,可推断单板价值差异的主要影响因素不在于单板质量等级,而单株材积和出材率才是关键。对单板出材率而言,经LSD多重比较可将这10个无性系分为四类,第一类GL9,EC34;第。出材率的高低决定木材材积的可利用率,木材质量的高低决定产出单板的质量等级,最终共同决定着木材的使用价值。对降低单板质量等级的主要缺陷因子:死节、活节、孔洞、裂缝和单板等级进行相关性分析(表4)可知,单板等级与死节、孔洞和裂缝存在极显著正相关关系,其中与死节相关系数最大,达到0.286,这说明死节是影响单板等级的主要因素,孔洞和端裂也是降低单板等级的重要缺陷。因此,减少树干死节,是提高单板整体品质的重要方法。2.4不同无性系单段树干价值分析及单位物质价值分析2.5单段培养模型的建立不同品种无性系具有不同生长能力和树干形质,二者共同决定单板出材率和质量等级,从而影响木材使用价值。通过相关分析(表6),试图找出影响单板出材率单段原木价值和单位材积价值的主要因素。对单板出材率而言,单板出材率与去皮材积存在极显著正相关性,与弯曲度和尖削度存在极显著负相关性,且弯曲度的相关系数最大,同时与节子数也表现有极显著正相关性。对影响单板出材率的主要因素去皮材积、弯曲度、节子数、尖削度进行多元回归分析,建立如下模型:对单段原木价值而言,单段原木价值与去皮材积、小头最小直径、小头直径、节子数存在极显著正相关关系,与弯曲度的存在极显著负相关关系。对去皮材积、小头最小直径、小头直径、弯曲度和节子数进行多元回归分析建立单段原木价值预测模型如下:木材的批量采伐,市场通常以重量单位吨或材积单位立方米计量,因此,为了方便预测批量木材的产品价值,则需建立单位材积价值预测模型。由表6可知:树高、去皮材积、节子数与单位材积木材价值存在极显著正相关性,且与弯曲度和尖削度存在极显著负相关性,经多元回归分析,建立单位材积价值预测模型如下:综上可知:各预测模型中,去皮材积的弹性最大,表明生长量是影响单板出材率与价值的关键因子。弯曲度和尖削度是降低出材率和单位材积价值的主要因子。小头直径和小头最小直径与单段原木价值高低关系密切。而单板出材率、单段原木价值、单位材积价值随原木节子数的增加而增加,由此可推断节子数量随着树龄的增大而增多。3桉树杂质分析节子尤其死节(孔洞)是降低单板质量等级的主要因子,裂缝对其也有显著影响。培育无节材,对立木在一定林龄进行修枝处理,是减少节疤(特别是死节)和提高单板质量的重要措施。原木端裂和加工过程中机械破损是造成单板裂缝的主要原因,有研究表明生长应力的释放是造成原木端裂和单板裂缝的主要原因。当前,提高加工工艺和减少原木应力(如原木用水贮藏或蒸煮),对减少单板裂缝、提高单板质量有重要意义。单板价值是最终评估标准。经分析得出,材积是决定价值的最主要因子,弯曲度是降低价值的最主要因子,弯曲度每增加1%,出材率就降低3.9%~10.5%,同时,尖削度也是降低单板出材率与价值的重要因子,由于无性系间弯曲度和尖削度无显著差异,因此,对弯曲度和尖削度应注意细微差别。原木节子数对价值起积极作用,其中是活节还是死节的作用并不清楚,应进一步对节子做更细分类。木材的销售是以平均小头直径为标准,文中证实小头直径是决定单段原木价值的主要因素之一,也明确小头最小直径对单段原木价值有显著影响,这与Washusen等研究结果一致。同样,弯曲度是降低单段原木价值的主要因子,由去皮材积、小头最小直径、小头直径、弯曲度和节子数建立的单段原木价值预测模型,能够较好的预测单段原木价值,这对木材的销售、购买、检尺等具有一定指导意义。致谢:参与本研究人员还有国家林业局桉树研究开发中心学生及广东省遂溪县方兴木业有限公司经理,在此一并感谢。试验林于2003年5月营造,共有10个桉树杂种无性系,分别为:巨细桉(E.grandis×E.tereticornis)DH201-2;雷林1号(E.leizhouNo.1)SH7;尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)GL9、EC34、DH32-22、GL4;尾细桉(E.urophylla×E.tereticornis)UC184-1、M1、LH1LH5。试验采用每个无性系3行随机排列,每行40株,株行距2m×3m,1年生时追肥1次,期间多次除杂式中:VD为单株去皮材积(m3),H为树高(m),D为胸径(cm),T为树皮厚(cm)。式中:V为原木材积(m3),L为原木长度(m),D1、D2、D3、D4分别为原木大头长径、短径和小头长径、短径(m)。式中:SI-2为单个端裂指数,SLEND为端头开裂长度(mm),SLSURFACE为端部开裂沿原木表面开裂长度(mm),RMEAN为原木端头平均半径(mm)。采用广东省遂溪县方兴木业有限公司的无卡旋切机,型号:SHD1270-SK系列,功率:20.3kw,加工厚度:1.0mm~3.6mm,木料最大直径:230mm,最长长度:1400mm。本试验调整设备后的单板规格定为:1300mm×640mm×1.7mm。本研究的原木外观形质指标由小头最小直径头直径、弯曲度、节子数、大头圆润度、小头圆润、尖削度和端裂指数这8个指标来体现(表2)。无系间原木小头直径、弯曲度、节子数、小头圆润度尖削度均无显著性差异。对小头直径而言,LH5最大,平均值为12.6cm,SH7最小,平均值为10.8cm。弯曲度GL9最大(2.22%),而UC184-1的弯曲度最小,平均值为0.88%。节子数LH1最多,平均为9.0个,EC34最少,平均为5.8个。小头圆润度GL4(96.12%)最大,UC184-1(91.11%)最小。尖削度GL9最大,平均值为1.23%,LH5最小,平均值为0.74%。无性系间小头最小直径、大头圆润度和端裂指数皆存在显著差异,说明这些性状具有较大的选择潜力。对小头最小直径而言,LH5的小头最小直径最大,平均值为12.3cm,UC184-1最小,平均值为10.33cm。大头圆润度M1(96.33%)最大,DH201-2(90.43%)最小。端裂指数DH201-2最大,平均值为2.87,DH32-22最小,平均值为1.36。单板出材率和质量等级决定单段原木价值和单位材积价值。从表5可知,对单段原木价值而言,无性系间单段原木价值存在显著差异,其中EC34的单段原木价值最高,平均值为13.37RMB·log-1,DH201-2最低,平均值为5.97RMB·log-1,EC34是DH201-2的2.24倍,无性系单段原木价值从高到低可分为三类:第一类EC34,GL9;第二类GL4,LH1,DH32-22,LH5;第三类SH7,UC184-1,M1,DH201-2。对单位材积价值而言,EC34的单位材积价值最高,达到856.49RMB·m-3,DH201-2最低,为450.49RMB·m-3,EC34是DH201-2的1.90倍,无性系单位材积价值从高到低仍可分为三类:第一类EC34;第二类LH1,GL9,DH32-22,GL4;第三类SH7,UC184-1,LH5,M1,DH201-2。式中:Y为原木出材率(%),X1为去皮材积(m3),X2为弯曲度(%),X3为节子数,X4为尖削度(%)。式中:Y为单段原木价值(RMB·log-1),X1为去皮材