桉树无性系病虫害出材率和价值的影响因素

桉树无性系病虫害出材率和价值的影响因素

木材是重要资源（石油、天然气、天然气等）中唯一的可再生资源，也是唯一的绿色资源。我国木材资源短缺,随着天然林保护工程的实施及消费量不断增加,供需矛盾日益突出,大量发展速生丰产林,并科学地、高效地利用是缓解矛盾的有效方法。桉树(Eucalypt)是桃金娘科(Myrtaceae)桉树属(Eucalyptus)植物的总称,是南方发展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、材质一致等优点,且木材密度大、刚度大、强度好、材质细致、纹理漂亮,已成为纸浆和人造板(胶合板、纤维板、刨花板)材的重要原料。近5年来,胶合板工业发展迅速,平均每年以63%的速度增长,然而这种速度仍未能满足其需求的增长,为了填补需求缺口,提高单板出材率和质量则不失为一条重要途径。有研究认为生长应力(growthstress)的释放导致木材开裂,从而造成加工过程中材积耗损和降低产品质量。弯曲(sweep)是影响原木出材率最重要因素之一,弯曲度每增加1%,出材率就下降10%～11%,造成惊人的锯材材积损失,同时,弯曲原木的顺纹抗压临界应力随弯曲度的增大而降低。也有研究发现节子(knot)是导致单板降级的主要缺陷之一,此外,孔洞(hole)、斜纹理及腐朽等使木材的静曲强度严重下降。为了提高桉木单板的出材率和质量等级,急需对其影响因素作系统深入的研究。质量决定价格,单板出材率与质量则决定木材价值。目前,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(smallenddiameter,SED)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,然而这方面的研究未见报道。本研究以11个6年生桉树无性系为材料,由立木木材材性、原木外观形质和单板质量等级研究不同品种无性系单板出材率和价值差异;影响单板出材率和价值的主要因素;并试图建立相应的预测模型,为桉树的育种、营林和加工利用提供参考,为桉树木材的合理、高效使用提供科学依据。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个无性系的生长试验林于2003年5月营造,共11个无性系,试验采用每个无性系3行随机排列,每行40株,株行距2m×3m,具体品种/无性系如表1。1.3木材材性质量检测1.3.1活立木调查本试验开展于2009年9月。每个无性系选取5株平均木,采用无损检测仪Pilodyn检测木材外部密度,Pilodyn值与木材基本密度存在显著的负相关关系;使用Fakopp测定应力波传输速度(acousticwavevelocity,AWV),其与木材的物理性质弹性模量(modulusofelasticity,MOE)具有显著的正相关关系;使用轴向生长应变仪CIRAD-ForestMethod测定立木的生长应变(growthstrain)。应力波传输速度计算公式:V=D/T×1000式中,V为应力波传输速度(km/s),D为2个探针之间的距离(1.5m),t为应力波传播时间(μs)。生长应变值计算公式:aL=-AB式中,aL为轴向生长应变,A为测量值(为负值)(mm),B为变量,取决于孔的直径、测量距离、弹性模量以及泊松比,对桉树取值为12。1.3.2取样从每个无性系的5株平均木中选取更为均匀的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33棵,获得原木99段。1.3.3原木外观形质检测采伐完后,立即运至室内,防止过多失水,并对原木的长度、大头直径(largeenddiameter,LED)、小头直径、弯曲、节子、端裂(endsplit)、树脂囊(kinovein)和纹理角(grainangle)等进行检测记录。原木材积计算公式:V=2×π×L式中,V为原木材积(m3),L为原木长度(m),D1、D2、D3、D4分别为原木大头长短径和小头长短径(m)。端裂指数计算公式:SI-2=/(RMEAN×RMEAN)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)。弯曲度计算公式:Z(%)=(C/L)×100式中,Z为弯曲度(%),C为拱高(cm),L为原木内曲水平长(cm)。尖削度计算公式:T(%)=×100式中,T为原木尖削度(%),D1为大头直径(cm),D2为小头直径(cm),L为原木长度(cm)。1.3.4单板旋切采用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:1.0～3.6mm,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,共获得375张单板。1.3.5单板缺陷记录和质量等级划分,单板出材率、单段原木价值和单位材积价值计算每张单板从针节、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/m3,Ⅱ、Ⅲ级2000RMB/m3,Ⅳ、Ⅴ级1800RMB/m3。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(每立方木材)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基于多因素分析的模型建立采用Excel对各无性系立木材性性状和原木外观形质数据作初步整理,使用SPSS16.0进行差异性分析和LSD多重比较,依据单板出材量与等级计算原木出材率、单段原木价值和单位材积价值,应用相关分析和多元线性逐步回归分析建立预测模型。2结果与分析2.1应力波传输特征本研究从立木的木材密度、应力波传输速度和生长应变3个方面来反映不同无性系立木的材性性状。对于木材密度而言,无性系间木材密度存在显著差异性(表2)。DH32-22的木材密度最小,其平均值为13.700mm,SH7的最大,平均值仅为10.184mm。无性系间木材密度排序为:SH7<M1<UC184-1<SG1<DH201-2<LH5<LH1<EC34<GL9<GL4<DH32-22。由LSD多重比较可知:无性系间木材密度差异较大。对于应力波传输速度而言,无性系间应力波传输速度存在显著差异。SH7的应力波传输速度最大,平均值为3.367km/s,LH1最小,平均值为3.924km/s。无性系间应力波传输速度从大到小排序为:SH7,M1,DH201-2,LH5,UC184-1,DH32-22,GL4,EC34,GL9,LH1,SG1。从应力波传输速度的变异系数可知,变异系数最大值仅为9.95%,表明无性系内单株间的应力波传输速度差异较小,比较稳定。对生长应变而言,无性系间生长应变存在显著差异,DH201-2的生长应变值最大,平均值为1523×10-6,EC34最小,平均值为752×10-6。DH201-2的生长应变值是EC34的2.026倍。无性系间生长应变值排序为:DH201-2>DH32-22>M1>GL9>UC184-1>LH5>SH7>LH1>GL4>SG1>EC34。2.2无性系间造林地直径、弯曲度以及细裂指数的变化规律本研究的原木外观形质由大头直径、小头最小直径(minimumsmallenddiameter,Min-sed)、小头直径、弯曲度、大头圆润度(LEDcircularity)、小头圆润度(SEDcircularity)、尖削度(taper)和端裂指数(endsplitindex)这8个指标来体现(表3)。无性系间原木大小头直径、大小头圆润度和尖削度均无显著差异。无性系间原木大头直径GL9最大,平均值为14.0cm,DH201-2最小,平均值为12.0cm;小头直径LH5最大,平均值为12.6cm,SH7最小,平均值为10.8cm。因无性系间原木大小头直径均无显著性差异,则表明无性系间的径粗差异不大。无性系间原木大头圆润度M1(96.33%)最大,DH201-2(90.43%)最小;小头圆润度GL4(96.12%)最大,UC184-1(91.11%)最小。无性系原木大小头圆润度的变异系数都较小,最大仅为7.93%,表明各无性系单株树干圆润度差异不大。无性系间原木尖削度GL9最大,平均值为1.23%,LH5最小,平均值为0.74%。由各无性系原木尖削度的变异系数可知,系数皆很大,个别过百,说明各无性系内单株间的尖削度变化多样。无性系间原木小头最小直径存在显著差异,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。小头最小直径从大到小排序为:LH5,GL9,GL4,EC34,M1,DH32-22,SG1,LH1,SH7,DH201-2,UC184-1。无性系间原木端裂指数存在显著差异。原木端裂指数DH201-2最大,平均值为2.87,DH32-22最小,平均值为1.36。无性系原木端裂指数排序为DH201-2>M1>LH1>UC184-1>SH7>GL4>GL9>EC34>LH5>SG1>DH32-22。从原木端裂指数的变异系数来看,各无性系的变异系数都很大,其中SG1的系数最大,达到96.20%,是最小(GL4)的4.18倍。无性系间原木弯曲度存在显著差异。弯曲度SG1最大,平均值为3.52%,UC184-1最小,平均值为0.88%。无性系原木弯曲度排序为:SG1>GL9>LH5>DH201-2>DH32-22>M1>LH1>GL4>SH7>EC34>UC184-1。从各无性系弯曲度变异系数可知,系数极大,最高达143.91%,表明无性系内单株间或单株不同高度原木间的弯曲程度有较大差异,其变化规律有待作进一步分析。2.3无性系间木材价值的衡量对单板进行检测分级,发现几乎所有单板均属于Ⅳ级,极少为Ⅲ级,另外3个级别的单板均没有,表明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。对降低单板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,其中与死节相关系数最大,达到0.286,表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。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等级,最终共同决定着木材的可利用价值。对单板出材率而言,无性系间单板出材率存在显著差异(表5)。GL9的出材率最高,平均值为48.266%,SG1最低,平均值为16.278%,GL9是SG1的2.97倍。无性系单板出材率从高到低排序为:GL9,EC34,LH1,DH32-22,GL4,SH7,UC184-1,LH5,M1,DH201-2,SG1。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。EC34的单段原木价值最高,平均值为13.37RMB/log,SG1最低,平均值为4.88RMB/log,EC34是SG1的2.74倍。无性系单段原木价值从大到小排序为:EC34,GL9,GL4,LH1,DH32-22,LH5,SH7,UC184-1,M1,DH201-2,SG1。对单位材积价值而言,无性系间单位材积价值存在显著差异。EC34的单位材积价值最高,为856.49RMB/m3,SG1最低,平均值为294.53RMB/m3,EC34是SG1的2.91倍。无性系单位材积价值从高到低排序为:EC34,LH1,GL9,DH32-22,GL4,SH7,UC184-1,LH5,M1,DH201-2,SG1。从无性系单板出材率、单段原木价值和单位材积价值变异系数可知,EC34的单板出材率、单段原木价值和单位材积价值变异系数最小,仅为19.03%,表明此无性系单株间的单板出材率和等级差异较其他无性系小,相对较稳定,反之,SG1的单板出材率、单段原木价值和单位材积价值的变异系数最大,均超过100%。2.4单位材积价值与弯曲度模型的回归分析通过对11个6年生桉树无性系的立木材性性状、原木外观形质、单板质量等级和出材率、单段原木价值和单位材积价值进行分析,得知不同无性系具有不同材性,不同的树干外观指标,二者共同决定木材质量,最终使得不同无性系具有不同的单板出材率和单板等级,从而影响木材使用价值。表6对无性系的立木材性性状、原木外观形质、单板出材率、单段原木价值和单位材积价值进行相关分析,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,单板出材率与尖削度、木材密度、应力波传输速度和端裂指数存在着显著相关性,与弯曲度存在极显著负相关且相关系数最大,达到-0.605(表6)。对单板出材率的影响因素进行多元逐步回归分析,建立如下模型:Y=5.001-8.632X1+2.025X2+3.438X3-2.098lnX4+1.800X5R=0.675式中,Y为原木出材率(%),X1为弯曲度(%),X2为尖削度(%),X3为木材密度(mm),X4为应力波传输速度(km/s),X5为端裂指数。对单段原木价值而言,单段原木价值与小头直径和小头最小直径、大头直径、木材密度存在极显著正相关性,与弯曲度存在极显著负相关且相关系数最大,达到-0.414(表6)。对单段原木价值的影响因素进行多元逐步回归分析,建立如下模型:Y=-96.813-2.348X1+24.725lnX2-12.872lnX3+9.216lnX4+0.766X5R=0.728式中,Y为单段原木价值(RMB/log),X1为弯曲度(%),X2为小头直径(cm),X3为小头最小直径(cm),X4为大头直径(cm),X5为木材密度(mm)。木材的批量采伐,市场通常以重量(t)或材积(m3)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。与单位材积木材价值存在显著相关性的因素有弯曲度,相关系数达到0.608,以及尖削度、木材密度和应力波传输时间(表6),经逐步回归分析,建立单位材积价值线性回归模型如下:Y=115.163-149.553X1+28.310X2+52.152X3+76.377X4R=0.663式中,Y为单位材积价值(RMB/m3),X1为弯曲度(%),X2为尖削度(%),X3为木材密度(mm),X4为应力波传输速度(km/s)。综上可知,单板出材率、单段原木价值和单位材积价值的主导影响因素是弯曲度,并随着弯曲度的增加而减小;使用无损检测仪器Pilodyn和Fakopp可以对其进行预测,即Pilodyn值越大则单板出材率、单段原木价值和单位材积价值越大,Fakopp值越大则单板出材率、单段原木价值和单位材积价值越小。3桉树无性系单位材积价值桉树单板出材率和价值的研究,是为了筛选和定向培育优良胶合板材,为进一步保存优良胶合板材种质资源。本研究11个6年生桉树无性系的木材密度、应力波传输速度和生长应变均存在显著差异,具有较大的选择空间,这与许多试验不同桉树品种/无性系具有不同木材材性的研究结果一致。节疤,尤其死节(孔洞)是影响单板质量等级的主要因素,裂缝对其也有显著影响。培育无节材,对立木在一定年龄进行修枝处理,是减少节疤(特别是死节),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,这一结论在本研究中未得到明显体现,费本华等研究表明,不同胸径的桉树立木生长应变的变异规律复杂,有待进一步研究。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),双管齐下是减少单板裂缝,提高单板质量的重要措施。无性系单板