湖北低山丘陵区泡桐无性系材色分析及综合选择1)

崔令军

(中国林业科学研究院林业研究所，北京，100091)

王保平 乔杰 杨代贵 张建国

(国家林业局泡桐研究开发中心) (湖北省荆门市林业局) (中国林业科学研究院林业研究所)

泡桐(Paulownia)是我国多用途乡土树种，具有分布广、种质资源丰富、优质、速生、用途广泛，并适于农林复合经营等优良特性［1-2］。从上世纪70 年代开始，我国主要面向黄淮海平原以速生为目标先后选育出30 多个泡桐优良无性系，但随着装饰业桐材利用途径和栽培区域向南方地区的拓展，适材适育、优材优价是泡桐木材生产的必然趋势，因此亟需在速生性基础上选育出材质优良的泡桐无性系。

材色是反映木材表面视觉和心理感觉的最为重要的特征［3-6］。由于泡桐木材在采伐、锯解、干燥等过程中会逐渐产生色变，在其表面出现深褐色或黑褐色色斑，严重影响其使用和制品价值，因此，材色成为评价泡桐木材质量乃至决定桐木制品尤其是装饰材制品价值的重要指标之一［7-8］。以往对于泡桐材色的研究，多集中于变色原因及其预防和脱色技术等方面［9-10］;对于通过选育材色优良无性系，实现材色改良的研究少见报道。国内已有的研究表明，不同泡桐种类、不同产地、不同无性系、不同单株的材色主要指标，尤其是白度指标，具有显著性差异［11-15］;泡桐材色性状表现为独立遗传，与其它性状的相关性不强［16-18］。这为直接选择材色优良的泡桐无性系和实现材色改良，提供了重要依据。但由于现有研究多集中在单一白度指标或少量指标的简单对比分析上，加之材色指标的多样性、不同材色指标评价的差异性以及试材采集的不可控性等原因，使得材色优良无性系的选育一直未获显著进展。

本研究以湖北低山丘陵区5 年生泡桐无性系测定林的19 个无性系为材料，选择明度(L*)、变红度(a*)、变黄度(b*)、总色差(ΔE*)、白度(W)5 个重要指标，对其材色进行分析和比较，以期筛选出适宜该区域发展的材色优良的泡桐无性系。

1 研究区概况

研究地点位于湖北省咸宁市崇阳县石城镇，海拔180 m，为典型的低山丘陵区，坡度15°～25°;土壤为黄红壤，质地为中壤土。该区属亚热带季风气候，日照充足，雨量充沛;平均气温15．8 ℃，年均降水量1 988．5 mm，相对湿度为80%。自然植被主要以杉木(Cvnninghamia lanceolata)、栎类(Quercus)、胡枝子(Lespedeza)、芒(Miscanthus)为主的稀树灌草丛及小块雷竹(CV． Ventricousinternode)丛。2008 年春季按梯田状整地，采用前期收集和初选的泡桐无性系根桩造林(1 年生根桩、基径3 ～4 cm);每个小区6株，株行距4 m×5 m，3 次重复;完全随机区组设计，统一定苗、定干、施肥、修枝等抚育管理措施;定期测定和分析各无性系的高、径、侧枝等生长状况。2013年4 月伐取解析木时，平均苗干高(3．5±0．8)m、一接干高(4．5±0．9)m、胸径(18．0±2．3)cm。

2 材料与方法

选择前期初选的18 个生长表现相对较好的泡桐无性系，并以当地白花泡桐优树无性系为对照(CK)，编号及来源见表1。按其来源，可分为毛泡桐、白花泡桐、兰考泡桐和人工杂交无性系4 大类。

表1 参试无性系编号及来源

在每个小区选择有代表性的样株，每株按3 个部位(基部、1．3 m、2．6 m)分别截取8 cm 长的样段;每个样段分4 个试件，纵向、径向、弦向尺寸，分别按70、50、12 mm 的规格制作试件。放置至气干状态时，采用柯尼卡美能达CR-400 色差计、D65 标准光源，对每个试件正、反两面各4 个点的三刺激值(X、Y、Z)进行测定。根据应用泡桐木材时对其色度指标的要求和前期相关研究，选择L*a*b*色空间的明度(L*)、红绿轴色品指数(a*)、黄蓝轴色品指数(b*)、总色差(ΔE*)、亨特Lab 色空间的白度(W)共5 个指标，按公式(1)～公式(8)进行计算和分析［6］。

式中:Xn、Yn、Zn分别为全反射漫射体的三刺激值95．054 6、100．000 0、108．925 8。

式中:ΔL*、Δa*、Δb*分别为试件与校正模板间L*、a*、b*的差值，校正模板L*=94．57、a*=-0．39、b*=4．31。

式中:L 为亨特Lab 色空间明度;a 为亨特Lab 色空红绿轴色度;b 为亨特Lab 色空间黄蓝轴色度。

各无性系木材的材色指标参数分别为3 株、3部位、4 个方向，共36 个试件测定的平均值;采用单因素方差分析方法和Duncan 多重比较方法，分析无性系间各材色指标的差异性。对18 个参试无性系和CK 的木材色度指标的平均值，统一标准化到均值为1 的范围内，采用欧氏距离和最远邻法进行分层聚类分析。采用Excel2003 和SPSS18．0 软件对数据进行处理和分析。

3 结果与分析

3．1 各项色度指标在泡桐无性系间的差异性

3．1．1 无性系间L*的差异性

L*的大小表明木材色泽鲜亮程度，是判断泡桐木材质量优劣的重要指标。明度高，木材表面色度明快、光亮，木材制成品的经济价值越高;明度低，木材表面灰暗、污浊，木材的经济价值越低。由表2 可见:19 个无性系间，L*的差异达极显著水平。但由于L*值范围在77．19～80．38 之间，最大值仅较最小值高4．13%，变异系数也仅为1．94%～3．97%，因此，L*值是一个相对稳定的指标，选择的增益相对较小。与CK 相比，有13 个无性系的L*值相对较高，高出幅度0．07%～2．07%之间。多重比较表明，仅有603 和702 二个无性系的L*值较CK 的分别高2．07%、1．55%，与CK 间的差异达显著水平;608、605、204、209、203、901 等6 个无性系的L*值，较CK的高0．77%～1．29%，与603 无性系间无显著差异，同属木材明度较高的无性系。

3．1．2 无性系间a*的差异性

a*表示米制(红绿轴)色度指数。正值偏红，负值偏绿;正值越大，木材色泽趋红;负值越小，木材越发灰暗;木材的a*值过高、过低，都会使木材失去本色［3］。由表2 可见:19 个无性系间，a*值的差异达极显著水平。a*值范围在3．60 ～4．84 之间，最大值较最小值高34．50%，变异系数为11．19%～27．28%;因此，a*值是一个相对变异明显的指标，有相对较大的选择增益。与CK 相比，有11 个无性系的a*值相对较低，低出幅度0．88%～13．08%之间。多重比较表明:603、702、204 等3 个无性系的a*值，分别较CK 的低13．08%、11．74%、11．58%，与CK 间的差异均达显著水平;605 无性系的a*值，较CK 的低6．94%，与上述3 个无性系间无显著差异，同属木材红绿轴色品指数较高的无性系。

3．1．3 无性系间b*的差异性

b*表示米制(黄蓝轴)色度指数。正值表明木材的颜色偏黄，负值表明木材的颜色偏蓝，值越大表明越偏离木材本身的颜色;其体现的木材黄色调差异显著，对木材的色泽、鲜亮、质感有影响，影响木材经济价值。由表2 可见:19 个无性系间，b*值的差异达极显著水平。b*值范围在13．79～15．69 之间，最大值较最小值高13．82%，变异系数为5．67%～12．65%;因此，b*值是一个相对稳定的指标，有相对较小的选择增益。与CK 相比，有10 个无性系的b*值相对较低，低出幅度0．13%～4．49%之间。多重比较表明:仅有702 无性系的b*值较CK 的低4．49%，与CK间的差异达显著水平;209、202、203、608、605、101、601、204 等8 个无性系的b*值，较CK 的低0．67%～3．57%，与603 无性系间无显著差异，同属木材黄蓝轴色品指数较高的无性系。

3．1．4 无性系间ΔE*的差异性

ΔE*表示色差变异程度和稳定性。值越大表明木材颜色变异大;值越小表明木材色泽越稳定，木材的经济价值越高。由表2 可见:19 个无性系间ΔE*值的差异达极显著水平。ΔE*值范围在17．92 ～21．37 之间，最大值较最小值高19．22%，变异系数为8．58%～16．06%;因此，ΔE*值是一个相对变异明显的指标，有相对较大的选择增益。与CK 相比，有13 个无性系的ΔE*值相对较低，低出幅度0．53%～7．52%之间。多重比较表明:仅有702 无性系的ΔE*值较CK 的低7．52%，与CK 间的差异达显著水平;603、608、209、605、204、203、901 等7 个无性系的ΔE*值，较CK 的低2．40%～5．49%，与702 无性系间无显著差异，同属木材总色差较低的无性系。

3．1．5 无性系间W 的差异性

W 对泡桐尤为重要，是评价泡桐木材等级的重要指标之一;其值越大，白度越好，质量等级越高。由表2 可见:19 个无性系间，W 值的差异达极显著水平。但由于W 值范围在68．92 ～72．42 之间，最大值仅较最小值高5．09%，变异系数也仅为2．43%～4．82%，因此，W 值与L*值一样是一个相对稳定的指标，选择的增益也相对较小。与CK 相比，有13 个无性系的W 值相对较高，高出幅度0．16%～2．14%之间。多重比较表明:仅有603、702 二个无性系的W值，较CK 的分别高2．14%、2．13%，与CK 间的差异达显著水平;608、209、605、204、203、901、101 等7 个无性系的W 值，较CK 的高0．59%～1．62%，与603、702 二个无性系间无显著差异，同属木材白度较高的无性系。

综合5 项色度指标在无性系间的差异性分析结果，702、605、204 三个无性系具有L*、W 较高，a*、b*、ΔE*较低的一致性趋势，可选为材色性状优良的无性系。

3．2 泡桐无性系木材材色指标的聚类分析

采用泡桐材色的L*、a*、b*、ΔE*、W 共5 项指标，选择最远邻系统聚类方法对18 个参试无性系和CK 的标准化数据进行聚类分析。结果表明:18 个无性系和CK 可分为3 类(见图1)。其中:Ⅰ类包括102、201、205、607 等4 个无性系;Ⅱ类包括601、202、901、203、209、608、301、604、606、101 和CK 等11 个无性系;Ⅲ类包括204、605、702、603 等4 个无性系。

对上述3 类无性系材色指标的比较和分析结果(见表3)可以看出:第Ⅰ类无性系具有L*、W 值最低，a*、b*、ΔE*最高等特点，为材色性状较差无性系;第Ⅱ类无性系各指标介于第Ⅰ类和第Ⅲ类无性系之间，为材色性状中等无性系;第Ⅲ类无性系包括的204、605、702 三个无性系，与综合各单项材色指标分析的结果相一致，除了603 无性系b*值较高外，该类无性系具有明度较高、白度较大、总色差较小、色品指数较高等特点，为材色性状较好的无性系，有望成为适宜在该区域发展的材色优良泡桐无性系。

图1 泡桐无性系材色指标聚类分析

表3 3 类泡桐无性系的材色指标比较

4 结论和讨论

参试泡桐无性系的L*、a*、b*、ΔE*、W 值，分别变化在77．19 ～80．38、3．60 ～4．84、13．79 ～15．69、17．92～21．37、68．92～72．42，在泡桐无性系间的差异性均达极显著水平，使得选择材色性状优良的无性系成为可能。

综合无性系间5 项材色指标的差异性分析结果和聚类分析的结果，204、605、702、603 等4 个无性系可选为材色性状优良的无性系。其中:204、605、702 三个无性系，L*、W 值分别提高0．97%～1．55%、1．22%～2．13%，a*、b*、ΔE*值分别降低6．94%～11．74%、0．67%～4．49%、4．04%～7．52%;603 无性系，L*、W 值分别提高2．07%、2．14%，a*、ΔE*值分别降低13．08%、5．49%，但b*值增加4．37%。

泡桐木材颜色对木材价格及其使用价值具有重要影响，色度指标好的品系，即亮度大、白度高、色差小、色泽均匀的泡桐木材价值高，利于生产高品质板材。与常德龙［12］对4 种泡桐木材材色的差异性所得出的结果相比较可以看出，本次试验的L*、a*、W等3 项指标偏高，而b*、ΔE*值2 项指标偏低，这与试材的树龄有关，因为木材的颜色随着树龄的增加会由于色素的逐步累积而逐渐变深，本次试验的泡桐为5 年生幼龄材，而常徳龙的试验材料均为18 年以上的成熟材，因此选择材色性状优良无性系的结果尚为初步的。本文只对泡桐无性系的材色指标进行研究，而泡桐木材品质的定向选育，还有物理、力学性质等诸多指标均需进一步深入研究。

［1］ 蒋建平．泡桐栽培学［M］．北京:中国林业出版社，1990．

［2］ 茹广欣． 泡桐遗传变异与改良研究［D］．北京:中国林业科学研究院，2004．

［3］ 刘一星．木材视觉环境学［M］．哈尔滨:东北林业大学出版社，1994:21-23．

［4］ 黄慧，王玉，程丽美．木材表面视觉物理量与感觉特性［J］．江西林业科技，2009(6):20-22．

［5］ 刘一星，李坚，郭明辉，等．中国110 树种种木材表面视觉物理量的分布特征［J］．东北林业大学学报，1995，23(1):52-58．

［6］ 李景镇．光学手册:上卷［M］．西安:陕西科学技术出版社，2010．

［7］ 张翔，申宗圻．木材材色的定量表征［J］．林业科学，1990，26(4):344-352．

［8］ 段新芳，常德龙．木材变色防治技术［M］．北京:中国建材工业出版社，2005．

［9］ 段新芳，常德龙，李增超，等．木材颜色调控技术［M］．北京:中国建材工业出版社，2002．

［10］ 祖勃荪，周勤．兰考泡桐木材成分的变色行为及其变色过程［J］．林业科学，1998，34(3):97-103．

［11］ 翟晓巧，张晓申，赵振利，等．四倍体白花泡桐木材的物理特性研究［J］．河南农业大学学报，2012，46(6):651-654，690．

［12］ 茹广欣，何瑞珍，朱秀红，等．泡桐无性系间木材性状的差异［J］．河南农业大学学报，2007，41(5):531-535．

［13］ 常德龙，黄文豪，张云岭，等．4 种泡桐木材材色的差异性［J］．东北林业大学学报，2013，41(8):102-104，112．

［14］ 邱乾栋．泡桐材色评价指标的筛选和材色优良单株选择［D］．北京:中国林业科学研究院，2013．

［15］ 王新建，张秋娟，杨玉金，等．31 个泡桐无性系性状相关性研究［J］．林业科技通讯，1999(2):7-11．

［16］ 武应霞．泡桐木材材色变异的研究［D］．郑州:河南农业大学，2000．

［17］ 武应霞，张玉洁，董小云，等．泡桐材色变异规律的研究［J］．林业科学研究，2003，16(3):319-322．

［18］ 许丽琴，康海法．泡桐材性变异的特点与取样方法研究［J］．河南农业大学学报，1994(增刊):117-125．