桉樹無性系板式出材率與價值影響因子研究

我國木材資源匱乏。此外，由于天然林保護項目的實施和木材材積的增加，供需矛盾突出。大量發(fā)展速生豐產(chǎn)林是緩解矛盾的有效方法。桉樹(Eucalyptus)作為南方速生豐產(chǎn)林的戰(zhàn)略樹種,其無性系具有林分林相整齊、產(chǎn)量高、材質一致等諸多優(yōu)點,且木材密度大、剛度大、強度好、材質細致、紋理漂亮等,已成為紙漿和人造板(膠合板、纖維板、刨花板)材的重要原料。單板是膠合板等集成材的組成單元,單板質量的高低直接影響集成材品質的優(yōu)劣。單板旋切的傳統(tǒng)方法是采用大徑材作為原料,隨著加工技術的進步,小徑級單板材問世,進而縮短了林木培育周期,加速了單板生產(chǎn)。近5a來,膠合板工業(yè)發(fā)展迅速,平均每年以63%的速度增長,但仍未能滿足市場需求。另外,纖維材銷售是以重量為計價標準,膠合板材則以單段原木平均小頭直徑分級銷售,缺乏檢尺和分級標準,木材的合理使用未得到充分體現(xiàn)。對營林者來說主要注重單位面積產(chǎn)量,而生產(chǎn)企業(yè)則更加關注單位材積單板出材率和價值,質量決定價格,單板出材率和質量則決定木材價值。目前,已有研究表明節(jié)子、彎曲度和原木短裂對木材出材率有影響,且研究多集中在楊樹(Populus)、松樹(Pinus)等樹種,就桉樹少數(shù)品種也有涉及,但均未作系統(tǒng)深入的研究。因此,作桉樹單板出材率與價值影響因子研究具有非常重要的意義。本文通過對10個6年生桉樹無性系的單板出材率與價值進行研究,提出影響單板出材率與價值的主要因子,對桉樹的育種、營林和加工有一定的參考價值。1材料和方法1.1氣候、土壤條件試驗地位于廣東省湛江市遂溪縣南方國家級林木種苗示范基地內(nèi),地處東經(jīng)111°38′,北緯21°30′,屬北熱帶濕潤大區(qū)雷瓊區(qū)北緣,為海洋性季風氣候,年平均氣溫23.1℃,極端最低溫1.4~3.6℃,極端最高溫37.2~38.8℃,年相對濕度80.4%,年降水量1567mm,5—9月降水量占全年的85.5%,夏季潮濕,冬季干旱,蒸發(fā)量1763mm,無霜期362d,林地平整,土壤為黃紅壤,較瘠薄。1.2試驗材料1.3測試方法1.3.1參與生立木研究本試驗開展于2009年8月。每個無性系選取30株(包括缺株、死株),進行樹高、胸徑、樹皮厚度的調(diào)查。計算單株去皮材積。計算公式為:1.3.2旋切材料的制作從經(jīng)生長調(diào)查的30株林木中選取平均木3株,使用油鋸于伐根處人工伐倒,截取長1.3m的原木共5段,取第1、3、5段作為旋切材料,且在原木兩端標記好大小頭方向和無性系、株號、木段號,并立即將原木運至陰涼處,防止過度失水。最終共伐倒立木30棵,獲得原木90段。1.3.3檢測記錄的內(nèi)容采伐完后,立即運至室內(nèi),防止過多失水,并對原木的長度、大頭直徑、小頭直徑、彎曲、節(jié)子、端裂、樹脂囊和紋理角等進行檢測記錄。原木材積計算公式:彎曲度計算公式:Z=C/L×100式中:Z為彎曲度(%),C為拱高(m),L為原木內(nèi)曲水平長(m)。1.3.4單帶旋轉1.3.5《桉樹全板》的密度和材質每張單板從針節(jié)、死節(jié)、活節(jié)、孔洞、裂縫、毛刺、斜紋理和腐朽等缺陷進行記錄;單板分級依據(jù)中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準《旋切單板》(LY/T1599-2002)進行,桉樹作為闊葉材膠合板表板按外觀等級分為5個級別。單板價格依照當前市面價格計算:Ⅰ級2400RMB·m-3,Ⅱ、Ⅲ級2000RMB·m-3,Ⅳ、Ⅴ級1800RMB·m-3。單板出材率按單板材積與原木材積的百分比計算;單段原木價值按每段原木產(chǎn)出的每張單板的價值總和計算;單位材積價值按理論上每立方木材產(chǎn)生的單板價值的總和計算。1.4統(tǒng)計分析所有數(shù)據(jù)采用Excel2003和SPSS16.0進行統(tǒng)計與分析。2結果與分析2.1gl4、gl9、h3的生長特性本研究從立木的胸徑、樹高、樹皮厚度和去皮材積4個指標來反映不同無性系立木的生長性狀。從表1可知,無性系間胸徑、樹高、樹皮厚度和去皮材積存在極顯著差異,由F值可知,樹皮厚度的差異最大。對于胸徑而言,GL4的胸徑最大,其平均值為13.4cm,SH7最小,平均值僅為9.5cm。樹高GL9最大,平均值為20.5m,SH7最小,平均值為16.8m。樹皮厚度LH5最厚,平均值為7.3mm,DH201-2最薄,平均值為4.2mm。對于去皮材積而言,GL4最大,平均值為0.1224m3,是最小SH7的2.42倍,無性系間去皮材積從大到小排序為:GL4>GL9>DH32-22>LH5>EC34>M1>UC184-1>DH201-2>LH1>SH7,以尾巨桉無性系最優(yōu)。去皮材積的高低決定木材可利用率的大小,也說明生長速度的快慢、追求高的去皮材積是林木培育的基本目的。2.2不同無性系樹的外觀分析2.3各無性系間等級差異對單板進行檢測,發(fā)現(xiàn)死節(jié)、活節(jié)、孔洞和裂縫是單板主要的表面缺陷。從表3可知,無性系間單板的活節(jié)等級存在顯著差異,孔洞等級和裂縫等級存在極顯著差異,而死節(jié)等級差異不大。對死節(jié)等級而言,SH7等級最低,平均為3.87級,其中尾細桉無性最高,平均為1.45級,其中巨細桉和尾細桉無性系等級排名靠前。從孔洞等級來看,LH5等級最高,平均為1.49級,UC184-1最低,平均為2.85級,同時無性系間等級差異較大,其中尾細桉和尾巨桉無性系等級排名靠前。從裂縫等級來看,EC34等級最高,平均為2.84級,DH201-2最低,平均為3.70級,同時無性系間等級差異較大,其中尾巨桉等級排名靠前。從單板等級F值來看,各無性系間單板等級無顯著差異。依據(jù)我國林業(yè)行業(yè)標準《旋切單板》,幾乎所有單板均屬于Ⅳ級,極少為Ⅲ級。因此,可推斷單板價值差異的主要影響因素不在于單板質量等級,而單株材積和出材率才是關鍵。對單板出材率而言,經(jīng)LSD多重比較可將這10個無性系分為四類,第一類GL9,EC34;第。出材率的高低決定木材材積的可利用率,木材質量的高低決定產(chǎn)出單板的質量等級,最終共同決定著木材的使用價值。對降低單板質量等級的主要缺陷因子:死節(jié)、活節(jié)、孔洞、裂縫和單板等級進行相關性分析(表4)可知,單板等級與死節(jié)、孔洞和裂縫存在極顯著正相關關系,其中與死節(jié)相關系數(shù)最大,達到0.286,這說明死節(jié)是影響單板等級的主要因素,孔洞和端裂也是降低單板等級的重要缺陷。因此,減少樹干死節(jié),是提高單板整體品質的重要方法。2.4不同無性系單段樹干價值分析及單位物質價值分析2.5單段培養(yǎng)模型的建立不同品種無性系具有不同生長能力和樹干形質,二者共同決定單板出材率和質量等級,從而影響木材使用價值。通過相關分析(表6),試圖找出影響單板出材率單段原木價值和單位材積價值的主要因素。對單板出材率而言,單板出材率與去皮材積存在極顯著正相關性,與彎曲度和尖削度存在極顯著負相關性,且彎曲度的相關系數(shù)最大,同時與節(jié)子數(shù)也表現(xiàn)有極顯著正相關性。對影響單板出材率的主要因素去皮材積、彎曲度、節(jié)子數(shù)、尖削度進行多元回歸分析,建立如下模型:對單段原木價值而言,單段原木價值與去皮材積、小頭最小直徑、小頭直徑、節(jié)子數(shù)存在極顯著正相關關系,與彎曲度的存在極顯著負相關關系。對去皮材積、小頭最小直徑、小頭直徑、彎曲度和節(jié)子數(shù)進行多元回歸分析建立單段原木價值預測模型如下:木材的批量采伐,市場通常以重量單位噸或材積單位立方米計量,因此,為了方便預測批量木材的產(chǎn)品價值,則需建立單位材積價值預測模型。由表6可知:樹高、去皮材積、節(jié)子數(shù)與單位材積木材價值存在極顯著正相關性,且與彎曲度和尖削度存在極顯著負相關性,經(jīng)多元回歸分析,建立單位材積價值預測模型如下:綜上可知:各預測模型中,去皮材積的彈性最大,表明生長量是影響單板出材率與價值的關鍵因子。彎曲度和尖削度是降低出材率和單位材積價值的主要因子。小頭直徑和小頭最小直徑與單段原木價值高低關系密切。而單板出材率、單段原木價值、單位材積價值隨原木節(jié)子數(shù)的增加而增加,由此可推斷節(jié)子數(shù)量隨著樹齡的增大而增多。3桉樹雜質分析節(jié)子尤其死節(jié)(孔洞)是降低單板質量等級的主要因子,裂縫對其也有顯著影響。培育無節(jié)材,對立木在一定林齡進行修枝處理,是減少節(jié)疤(特別是死節(jié))和提高單板質量的重要措施。原木端裂和加工過程中機械破損是造成單板裂縫的主要原因,有研究表明生長應力的釋放是造成原木端裂和單板裂縫的主要原因。當前,提高加工工藝和減少原木應力(如原木用水貯藏或蒸煮),對減少單板裂縫、提高單板質量有重要意義。單板價值是最終評估標準。經(jīng)分析得出,材積是決定價值的最主要因子,彎曲度是降低價值的最主要因子,彎曲度每增加1%,出材率就降低3.9%~10.5%,同時,尖削度也是降低單板出材率與價值的重要因子,由于無性系間彎曲度和尖削度無顯著差異,因此,對彎曲度和尖削度應注意細微差別。原木節(jié)子數(shù)對價值起積極作用,其中是活節(jié)還是死節(jié)的作用并不清楚,應進一步對節(jié)子做更細分類。木材的銷售是以平均小頭直徑為標準,文中證實小頭直徑是決定單段原木價值的主要因素之一,也明確小頭最小直徑對單段原木價值有顯著影響,這與Washusen等研究結果一致。同樣,彎曲度是降低單段原木價值的主要因子,由去皮材積、小頭最小直徑、小頭直徑、彎曲度和節(jié)子數(shù)建立的單段原木價值預測模型,能夠較好的預測單段原木價值,這對木材的銷售、購買、檢尺等具有一定指導意義。致謝:參與本研究人員還有國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心學生及廣東省遂溪縣方興木業(yè)有限公司經(jīng)理,在此一并感謝。試驗林于2003年5月營造,共有10個桉樹雜種無性系,分別為:巨細桉(E.grandis×E.tereticornis)DH201-2;雷林1號(E.leizhouNo.1)SH7;尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)GL9、EC34、DH32-22、GL4;尾細桉(E.urophylla×E.tereticornis)UC184-1、M1、LH1LH5。試驗采用每個無性系3行隨機排列,每行40株,株行距2m×3m,1年生時追肥1次,期間多次除雜式中:VD為單株去皮材積(m3),H為樹高(m),D為胸徑(cm),T為樹皮厚(cm)。式中:V為原木材積(m3),L為原木長度(m),D1、D2、D3、D4分別為原木大頭長徑、短徑和小頭長徑、短徑(m)。式中:SI-2為單個端裂指數(shù),SLEND為端頭開裂長度(mm),SLSURFACE為端部開裂沿原木表面開裂長度(mm),RMEAN為原木端頭平均半徑(mm)。采用廣東省遂溪縣方興木業(yè)有限公司的無卡旋切機,型號:SHD1270-SK系列,功率:20.3kw,加工厚度:1.0mm~3.6mm,木料最大直徑:230mm,最長長度:1400mm。本試驗調(diào)整設備后的單板規(guī)格定為:1300mm×640mm×1.7mm。本研究的原木外觀形質指標由小頭最小直徑頭直徑、彎曲度、節(jié)子數(shù)、大頭圓潤度、小頭圓潤、尖削度和端裂指數(shù)這8個指標來體現(xiàn)(表2)。無系間原木小頭直徑、彎曲度、節(jié)子數(shù)、小頭圓潤度尖削度均無顯著性差異。對小頭直徑而言,LH5最大,平均值為12.6cm,SH7最小,平均值為10.8cm。彎曲度GL9最大(2.22%),而UC184-1的彎曲度最小,平均值為0.88%。節(jié)子數(shù)LH1最多,平均為9.0個,EC34最少,平均為5.8個。小頭圓潤度GL4(96.12%)最大,UC184-1(91.11%)最小。尖削度GL9最大,平均值為1.23%,LH5最小,平均值為0.74%。無性系間小頭最小直徑、大頭圓潤度和端裂指數(shù)皆存在顯著差異,說明這些性狀具有較大的選擇潛力。對小頭最小直徑而言,LH5的小頭最小直徑最大,平均值為12.3cm,UC184-1最小,平均值為10.33cm。大頭圓潤度M1(96.33%)最大,DH201-2(90.43%)最小。端裂指數(shù)DH201-2最大,平均值為2.87,DH32-22最小,平均值為1.36。單板出材率和質量等級決定單段原木價值和單位材積價值。從表5可知,對單段原木價值而言,無性系間單段原木價值存在顯著差異,其中EC34的單段原木價值最高,平均值為13.37RMB·log-1,DH201-2最低,平均值為5.97RMB·log-1,EC34是DH201-2的2.24倍,無性系單段原木價值從高到低可分為三類:第一類EC34,GL9;第二類GL4,LH1,DH32-22,LH5;第三類SH7,UC184-1,M1,DH201-2。對單位材積價值而言,EC34的單位材積價值最高,達到856.49RMB·m-3,DH201-2最低,為450.49RMB·m-3,EC34是DH201-2的1.90倍,無性系單位材積價值從高到低仍可分為三類:第一類EC34;第二類LH1,GL9,DH32-22,GL4;第三類SH7,UC184-1,LH5,M1,DH201-2。式中:Y為原木出材率(%),X1為去皮材積(m3),X2為彎曲度(%),X3為節(jié)子數(shù),X4為尖削度(%)。式中:Y為單段原木價值(RMB·log-1),X1為去皮材