大花序桉木材抗弯弹性模量变异研究

项东云，王明庥，黄敏仁，陈健波，阚荣飞，张照远，陈东林

(1 南京林业大学森林资源与环境学院，江苏南京 210037;2 广西林业科学研究院，广西南宁 530002;3 广西大学林学院，广西南宁 530001;4广西国营东门林场，广西扶绥 532108）

大花序桉Eucalyptus cloeziana为桃金娘科伞房属树种，自然分布于澳大利亚，我国引种大花序桉已有30多年的历史.早在广西东门桉树林项目执行期间(1983—1989年)，大花序桉就表现出较大的生长潜力，其生长量比当时的当家造林树种——窿缘桉E.exserta大77.2%［1］.在巴西，树龄为 20 ～22 年，胸径17～40 cm的大花序桉主要用于锯材生产［2］.近10年来广西把该树种作为锯材树种进行改良研究，开展了种源、家系试验，测试它们的生长变异程度，初步结果表明，大花序桉的树高、胸径、单株材积等生长性状无论在种源间，还是家系间均存在显著差异［3］.此外，大花序桉木材性质变异情况是另一方面的研究内容.项东云等［4］以18年生的大花序桉种源试验林的木材为研究对象，对木材基本密度、弦向干缩率、径向干缩率等物理性质进行了测定分析，发现不同种源间、相同种源不同树干高度间所测定的物理性质指标均存在显著的差异.随后，陈健波等［5］研究了18年生的大花序桉种源试验林木材的顺纹抗压强度，分析了种源间、单株间、树干高度上的木材顺纹抗压强度的变异情况，结果大花序桉部分种源间、株间及高度间木材顺纹抗压强度均有显著差异，B85号种源的顺纹抗压强度最大，为83.4 GPa;12195号种源的最小，为69.8 GPa;各种源木材顺纹抗压强度沿树干高度的变化并不相同，有的呈递增趋势，有的呈递减趋势，有的先增后减，有的先减后增.此前，罗玉华［6］对12年生大花序桉4个家系的木材表面性状进行了研究，分析了家系间、株间、树高方向、心边材的变异.Jiang ze-hui等［7］对大花序桉进行了吸声性能的研究，认为大花序桉板材的厚度影响其吸声性能.周少英等［8］对广西东门林场大花序桉木材干缩特性及变性特性进行了研究.姜笑梅等［9］对16年生大花序桉的木材解剖、物理力学性质进行了不同树干高度、不同径向位置以及同一高度的南北向的研究.

弹性模量(Modulus of elasticity，MOE)是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小.木材抗弯弹性模量代表木材的劲度或刚性，是木材产生一个一致的正应变所需要的正应力，亦即在比例极限之内，抵抗弯曲变形的能力.MOE是结构用材最重要的力学指标之一，而对于大花序桉木材MOE的研究鲜见报道.为了解大花序桉木材MOE水平及其变异情况，本文以18年生11个大花序桉种源木材为研究对象，进行MOE研究，以便为大花序桉木材利用与改良提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 样木选择 样木所在的林分为广西东门林场在执行中澳技术合作东门桉树示范林项目期间建立的11个大花序桉种源试验林(1989年，试验号:Expt55)，其中:10个种源从大花序桉原产地澳大利亚引进;1个为次生种源(种源号D47)，采自合作项目建立的树种与施肥试验(1983年，试验号:Expt1)的大花序桉种源小区，为原卡特威尔种源(种源号B47)的自由授粉子代，具体见表1.采伐样木时，树龄为18年生.试验样木按照国家标准［10］进行采集，即每个种源抽取5株平均木作为样木，11个种源，共55株.

1.1.2 木段截取与试验样品制作 伐倒木后，从离地1.3 m处起每隔2 m截取木段，共取3段，第1段为1.3～3.3 m处，第2段为5.3～7.3 m处，第3段为9.3～11.3 m处.经干燥室干燥后，按国家标准［10］的有关规定制作试样.

表1 大花序桉种源基本情况Tab.1 Basic profile of Eucalyptus cloeziana

1.2 测定方法

MOE测定基本按照国家标准［10］所规定的方法采用SANS型微机控制电子万能试验机进行.所不同的是:测定MOE时，采用一点加载法，即在试样中央加载.计算公式为:

式中:EW为试件的弹性模量/MPa;l为两支座间的距离/mm;b为 试件宽度/mm;h为试件厚度/mm;Δf为在载荷变形图中直线段内力的增加量/N;Δs为在力f1～f2区间试件变形量/mm.

1.3 数据统计与分析方法

各测定性状的平均值、标准差和变异系数采用EXCEL软件处理，对于各主要研究性状的方差分析、多重比较，采用SPSS8.0(Statistical program for social sciences)软件处理.

2 结果与分析

2.1 种源间木材MOE差异

表2为参试11个大花序桉种源木材MOE的数值统计，MOE平均值范围是23.50～26.71.其中，B47种源木材的MOE均值最大，为26.71 GPa，然后依次是 D47、17008和14127号种源，均值分别是26.28、26.16和 25.94 GPa;MOE均值最小的是12195号种源，为23.50 GPa.

表2 各种源木材抗弯弹性模量及其变异系数Tab.2 MOE value and coefficient of variation of each provenance

从变异系数上看，同一种源内，D47种源的变异系数最大，为15.09%;12196号种源的变异系数最小，仅为2.67%;11个种源中有6个种源(占参试种源数54.5%)的变异系数超过10%，其余5个种源的变异系数在10%以下.由此可见，不同种源木材的MOE不同，而且同一种源内也有差异，这是种源间遗传差异和个体生长差异所致.

方差分析结果表明，11个大花序桉种源木材MOE在种源间有显著差异(表3).邓肯氏多重比较发现，这种差异的具体表现是，种源B47显著高于种源14425、B82、B55和12195，而与D47等6个种源比较无显著差异;种源D47和种源17008又显著高于种源B55和12195，而与其余8个种源间比较无显著差异.其他种源间的差异情况见表2.

表3 种源间木材抗弯弹性模量方差分析结果1)Tab.3 Variance analysis of MOE among provenances

2.2 种源内株间木材MOE差异分析

从以上种源内的木材MOE变异系数可知，种源内存在着株间变异.通过分别对大花序桉11个种源进行株间木材MOE方差分析，结果表明，其中有7个种源的株间MOE差异达5%显著水平，它们是14127、14425、14427、17008、B47、B85 和 D47 号种源，这7个种源也是种源内变异系数最大的种源，正好与以上的分析相吻合.而其余4个种源的株间差异不显著(表4).

2.3 MOE沿树干高度的变异

从表5可知，各种源内树干高度间的木材MOE有一定差异，但表4的方差分析表明，只有12195和14127这2个种源的高度间差异显著，而其他9个种源树干高度间的木材MOE差异不显著.从表5各种源3个高度的MOE值来看，沿树干高度的变化趋势有2类，其中一类是木材弹性模量随树干高度的增加而增大，属于该类的种源有12195、14127、14425、14427、B47、B85、D47 共 7 个;另一类是沿树干高度呈先上升后下降的趋势，包括其余的4个种源.

表4 各种源单株间及树干高度间抗弯弹性模量方差分析结果1)Tab.4 Analysis of variance for MOE among individuals and tree heights

表5 大花序桉各种源不同树干高度抗弯弹性模量Tab.5 MOE of different tree heights of each provenance

3 讨论与结论

大花序桉种源间木材抗弯弹性模量有显著的差异，11个种源中，木材MOE最大的是B47种源，达26.71 GPa;其次是D47种源，为26.28 GPa;最小的种源是12195和 B55，MOE分别为23.50和23.54 GPa，均显著低于 B47、D47、17008这3个种源.由于种源不同，木材MOE有差异，在火炬松Pinus taeda、白桦Betula platyphylla等树种的种源间木材MOE差异也同样存在，种源间的差异程度达显著水平［11-12］，说明木材性状在同一树种内部的不同种源间仍有较大的选择空间.作为种源选择，有望获较好的选择效果.

MOE变异不仅在种源间存在，同时也存在于单株间，但不同种源有不同的表现，有的种源单株间差异显著，有的则不显著.本研究的11个种源有7个种源(占参试种源数的63.6%)的株间木材MOE差异显著，说明大部分种源存在株间差异显著的现象.有的树种株间差异大于种源间差异，如徐有明等［11］对30个火炬松种源间及种源内株间的木材MOE变异研究表明，株间差异大于种源间差异，因此在种源选择基础上，应结合改良需要，进行单株选择，以获取更高的改良效果.

MOE沿树干高度的变异有少量种源差异显著，而大部分种源高度间无显著差异.但存在2种变化趋势:一种为种源随树干高度的增加而增大;另一种为种源则随树干高度先增加后下降，这与马占相思Acacia mangium木材随树干高度的变化趋势相似，即以树干中部的MOE较大，而树干基部和上部的均较小［13］.木材是一种变异性较大的材料，即同一株树不同部位木材的物理、力学性质不同，这与人工制造或合成的材料在物理、力学性质上具有很好的同一性是不同的，这是研究不同部位木材性质的一个主要原因，对于合理利用木材、提高木材的利用率具有重要意义.

本文仅研究了木材MOE这一木材力学性状，未与其生长性状、木材物理性状及其他力学性状联合分析，有待于进一步完善研究，这样才能对该树种木材性质作出全面的评价，为利用该木材提供更准确可靠的信息.

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