风驱动下的木材特性响应：南非辐射松与湿地松×加勒比松木材密度与微纤丝角的环境适应性研究

《Trees》：Influence of wind and other environmental variables on wood properties of South African-grown Pinus radiata and Pinus elliottii?×?caribaea

　　本研究针对气候变化下风扰加剧对人工林木材质量的影响，通过对比南非生长的辐射松（Pinus radiata）和湿地松×加勒比松（P. elliottii × caribaea）在不同风暴露条件下的木材密度与微纤丝角（MFA）变化，揭示了杂交种对风胁迫更敏感的特性。研究发现风暴露显著影响MFA的空间分布（尤其北向），且气象变量与木材特性存在显著相关性。该研究为优化人工林抗风育种和营林管理提供了关键理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，风扰已成为威胁人工林可持续经营的重要环境压力。树木在长期风力作用下会通过形态和木材特性的调整来增强机械稳定性，这一过程被称为接触形态建成（thigmomorphogenesis）。然而，这种适应性变化往往伴随着木材质量的下降，尤其是对结构用材而言，木材密度和微纤丝角（Microfibril Angle, MFA）的改变会显著影响其力学性能。南非作为重要的针叶树种植区，辐射松（Pinus radiata）和湿地松×加勒比松（P. elliottii × caribaea）是当地主要商用树种，但二者在风适应机制上的差异尚未明确。

为探究风暴露对木材特性的影响，研究人员在南非斯泰伦博斯设计了一项2×2因子试验，选取两种树种在高低风暴露区的14.5年生林木作为研究对象。通过太阳能风速计连续9个月监测风速，并利用SilviScan-3技术对树干1.3米处南北与东西方向的木芯样本进行高分辨率密度（0.025毫米间隔）和MFA（0.05毫米间隔）测定。研究结合混合效应模型分析了气象变量与木材特性的关系。

关键技术方法

研究通过布设太阳能风速计监测林分风速，采用增量钻取南北与东西方向的全树皮木芯，利用SilviScan-3进行木材密度和MFA的径向变异分析。通过线性混合模型评估物种、风向和风暴露水平对木材特性的影响，并采用Spearman等级相关分析气象变量与木材属性的关系。

风暴露水平与形态性状的差异

辐射松在胸径、树高和冠长生长上均显著优于杂交种，且其木材特性未受风暴露的显著影响。相反，湿地松×加勒比松在高风暴露区表现出更低的树高冠长比（p=0.004）和更高的MFA（p=0.02），表明其通过降低细长度和增加微纤丝角度来增强机械稳定性。二者在MFA（p=0.015）和树高冠长比（p=0.05）上存在显著的种间×风暴露互作效应。

木材特性的径向变异规律

辐射松的年轮界限模糊，晚材比例较高；而杂交种年轮分明，早材宽、晚材窄。近髓心处2-3年内生木材均无清晰年轮结构。MFA随树龄增加呈下降趋势，而密度在径向剖面上保持稳定，这与多数针叶树幼龄材密度递增的常见模式不同。

气象变量对木材特性的影响

在低风暴露区，MFA与降水量呈正相关、与温度负相关，密度则相反。高风暴露下，风速与MFA、密度均呈正相关。线性混合模型显示，物种、风向与风暴露存在三向互作（p<0.05），北向木材的MFA和密度对气象变量响应最显著，表明该方向为风应力主要作用面。

结论与意义

本研究首次系统揭示了南非主要针叶树种对风胁迫的差异化适应策略：辐射松表现出较强的环境稳定性，而湿地松×加勒比松则通过调整MFA和形态结构积极应对风扰。研究强调了北向木材特性对风响应的指示价值，为人工林抗风育种提供了关键性状筛选依据。然而，幼龄期木材形成的复杂性仍需深入解析，未来应结合长期气象数据与分子机制研究，进一步优化营林措施以平衡木材产量与质量。