Studier av contortasticklingar i väletablerade fältförsök

Projektets syfte

Detta projekt har haft två huvudsakliga syften. Vi ämnade dels studera effekten av konkurrens mellan träd av samma klon i klonplanteringar, dels studera hur pass klonbunden en hög frekvens av stamskador var och om dessa kunde kopplas till specifika ved- och fiberegenskaper. Vi skulle studera detta i ett sticklingsförsök med contortatall efter 16 år från plantering i fält.

Plantmaterial och försök

Studien har genomförts i ett sticklingsförsök med contortatall som planterades 1995. Moderplantorna var helksyskon-familjer från kontrollerade korsningar mellan plusträd från den första plusträdsinsamlingen 1970 av contorta för Sverige. Sticklingarna stacks för rotning i december 1993 och sticklingsplantorna planterades efter 1 års etablering i plantskola föregått av en inledande period på tre månader för rotning. Tillsammans med de knappt 3700 sticklingsplantorna planterades 1-åriga fröplantor av contorta (bland annat några av de kloner som sticklingsförökades) och tall från två referens-korsningar.

Det studerade fältförsöket, Fagerlund (IDA7614, Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi, SLU, Umeå) ligger 50 km väster om Umeå på latitud 64°05’N, longitud 19°48’E och altitud 210-230 m.ö.h. Försöket är uppdelat på tre block för att täcka in hög, genomsnittlig och låg bonitet.

Fältmätningar, insamling av vedprover och vedanalyser

Hela försöket mättes i maj och juni 2011. Förutom höjd, brösthöjdsdiameter och vitalitet registrerades olika stamkvalitetsegenskaper som rakhet, stambrott, stamböj, nedtryckt stam med eller utan rotvälta, sprötkvist och dubbeltopp. Under andra halvan av 2011 samplades sammanlagt 54 stycken träd från klonerna 6, 32, 48, 54, 66, 71, 73 och 90 för ingående studier av ved- och fiberegenskaper. Jämfört med ansökan ökade vi antalet från 45 för att få bättre fördelning på våra försöksled (plot-typ samt block). Två av dessa kloner (nr 32 och 71) valdes då de hade påfallande hög andel träd som var nedtryckta med böjd stam men opåverkad rotkontakt. Valet av de andra klonerna baserade sig på totalinventeringens data på nedtryckta träd och träd med stambrott. Syftet var att erhålla ett antal kloner som bildade en stabilitets-gradient. Detta skulle ge möjlighet att bedöma de olika vedegenskapernas påverkan på stammens böjhållfasthet och styrka. Sex till nio träd valdes slumpvis från de åtta klonerna men med förutbestämd fördelning på olika plot-typer och olika block. Även för klon 32 och 71 gjordes ett slumpmässigt urval av provträd och alltså valdes inte enbart nedtryckta träd utan även normalväxande raka träd av dessa kloner. Varje vedprov utgjordes av 10-12 årsringar.

Flertalet av ved- och fiberanalyserna gjordes med Silviscan-instrument och gav bland annat mikrofibrillvinkel, fiberdimensioner och veddensitet. De mätta egenskaperna erhölls för vårved, övergångsved och sommarved separat. Vedprover för de destruktiva stresstesterna (en meter långa stambitar från den nedre delen av stammen, stubbhöjd ca 1,5 dm) togs i augusti 2011. Rektangulära provbitar togs dessutom ut från samma höjd (ca 50 cm) för analys på Silviscan-instrumentet för ingående vedanalyser. Vid provprepareringen registrerades kambiell ålder så de registrerade egenskaperna jämfördes vid samma årsring.

Utöver de analyser som angavs i ansökan mättes även fibervinkel och hastigheten i veden för en ljudvåg (Acoustic velocity). Fibervikeln mättes genom att slå in en kil i veden varvid kilen vred sig efter fiberns vinkel. En visare pekade på en på ett lod fäst skala. På skalan avlästes fibervinkeln. Genom att mäta på båda sidor om stammen kompenserade man för eventuellt lutande träd. Denna mätning gjordes på provträden före avverkning. Acoustic velocity mättes med ett s.k. Hitman instrument (http://www.fibre-gen.com/st300.html [juni 2012]). Två kilar slogs in i stammen, den övre ca 1 meter rakt ovanför den nedre. Avståndet avläses med laser och genom att slå med en hammare på kilen skickades en ljudvåg till den andra kilen registrerades. Tiden för denna och avståndet gav Acoustic velocity. Då vi inte fick tillgång till instrumentet direkt mättes Acoustic velocity på träd som var kvar från de åtta utvalda klonerna.

Preliminära resultat, vedegenskaper

Ett syfte med studien var att analysera vedegenskaper i relation till stammens vedhållfasthet, det vill säga hur lätt stammen knäcks, böjs eller liknande. Detta var föranlett av de två väldigt frekvent snönedtryckta klonerna.

Vi har inte hunnit genomföra fullständiga analyser där vi kopplat samman alla typer av data vi har från den kompletta studien. MOE har dessutom inte analyserats färdigt men Densitet och MFA samvarierar under olika MOE. Hög MFA leder alltid till låg MOE även när densiteten ökar. Från de första analyserna är dock det klart viktigaste resultatet, vilket har betydelse för trädens stabilitet, de stora klonskillnaderna i mikrofibrillvinkel (MFA) och i än högre grad hur mikrofibrillvinkeln ändras vid ökande kambial ålder. Nära märg har alla kloner hög MFA (ca 40°) vilket är enligt den förväntade bilden. Den förväntade utvecklingen är sedan att MFA sjunker snabbt till 10-18° vid högre kambial ålder vilket också sker utom för de instabila klonerna nummer 32 och 71. De sjunker inte alls lika snabbt, detta speciellt klon 32 som bara sjunker till ca 25°. Bilden är densamma för MFA i vårved och höstved separat. Klon 32 har samtidigt har överlägset högst andel lutande, stambrutna eller nedböjda träd.

Tillväxtmätningar och konkurrens

Tillväxtmätningarna och effekten av konkurrens håller på att analyseras och några preliminära resultat kan ännu ej presenteras. Vissa egenskapssamband finns men det är för tidigt att ange säkerheten i dessa.

Med största sannolikhet tycks alltså MFA vara den starkast förklarande variabeln till de instabila stammarna hos klon 32. Fibervinkeln kan också ha viss betydelse även om den för klon 32 är på ungefär samma nivå som de andra klonerna. Här kan nämligen noteras att klon 71, som också hade förhöjd andel (20%) nedböjda, lutande och knäckta stammar har svagt negativ fibervinkel (‑1°) och klon 54 med 15% nedböjda stammar ‑2°. Dessutom har klon 90 relativt hög fibervinkel och den är samtidigt den minst stamskadade. Det kan alltså finnas ett samband mellan låg, kanske negativ, fibervinkel och högre andel stamskador även om klon 32 inte faller in i mönstret. Densiteten i veden uppvisar inte alls samma mönster, där är det i stället så att klon 32 har något högre densiteter än de andra i de yttre årsringarna medan den yttersta sommarveden för klon 32 och 71 har relativt låg densitet. Vissa antydningar om möjliga samband tycks kunna finnas och dessa ska analyseras vidare. Vad gäller Acoustic velocity (ljudhastighet i veden) finns två resultat att peka på. Klon 32 med högst frekvens stamskador har lägst Acoustic velocity medan klon 90 med knappt några stamskador har högst. I övrigt har klonerna ungefär samma värden. Det tydligaste resultatet från studien är dock att  MFA är en mycket starkt förklarande variabel till de instabila stammarna.

Diskussion

För att bättre beskriva betydelsen av mikrofibrillvinkeln så bifogar vi mer bakgrund kring mikrofibrillvinkelns betydelse för vedegenskaper nedan. Texten och figurerna nedan kommer från examensarbetet som studenten Björn Henningsson genomfört på ett mycket fint sätt vid institutionen för skogens ekologi och skötsel 2012 (Henningsson 2012). Thomas Ulvcrona handledde Björns examensarbete.

Mikrofibrillvinkelns betydelse

Mikrofibrillvinkeln är en av de viktigaste vedegenskaperna och påverkar vedens och enskilda fibrers mekaniska och fysikaliska egenskaper (Tsuomis, 1991; Desch & Dinwoodie, 1996). Höga vinklar resulterar i bland annat lägre styvhet i veden och vidare problem med ojämn krympning och också papper med sämre hållfasthet och styvhet (Daniel,2009; Donaldson, 2008; Page ,1977; Megraw, 1985). Mikrofibrillvinkeln definieras som vinkeln mellan mikrofibrillerna i S2-lagret och cellens längdaxel  (Lundgren, 2004).

Mikrofibrillvinkeln varierar inom trädet och i barrträd finner man de högsta i de första fem årsringarna räknat från märgen varefter de blir lägre mot barken (Donaldson, 2008). Sambandet med sjunkande mikrofibrillvinkel från märg till bark då den kambiala åldern ökar bekräftas också av Khalili (2001) & Eriksson (2006).  Mikrofibrillvinkeln varierar också mellan träd som vuxit upp på samma ståndort. Variationen är som störst i juvenilveden för att sedan minska efter ungefär 15 årsringar och av denna anledning tenderar mikrofibrillvinkeln att vara en signifikant förklarande variabel för styvhet i juvenilveden men däremot inte i den mogna veden (Donaldson, 2008).

Mikrofibrillvinkeln används ofta för att förklara styrkeegenskaper i ved och den är en allmänt accepterad variabel för att skatta timmer- och fiberkvalitet (Donaldson, 2008). Mikrofibrillvinkeln påverkar fiberns longitudinella styvhet och därmed även vedens elasticitetsmodul (Donaldson, 2008). Donaldson (2008) hävdar att egenskaperna hos enskilda fibrers cellväggar, då främst mikrofibrillvinkeln samt mängden cellvägg, det vill säga densiteten, är de variabler som bäst förklarar vedens styvhet.  Xu (2004) undersökte sambandet mellan mikrofibrillvinkeln, densitet och elasticitetsmodul i rotstocken på och fann att mikrofibrillvinkeln hade stor påverkan på elasticitetsmodulen på olika höjder i rotstocken. Mikrofibrillvinkeln påverkar också vedens maximala longitudinella töjning (Donaldson, 2008). Enligt Donaldson (2008) har en studie visat att den maximala longi­tudinella töjningen ökade från 0,5 % till 11 % då mikrofibrillvinkeln ökade från 5º till 50º samt att dragstyrkan minskade från 220 MPa till 35 MPa då mikrofibrillvinkeln var 5º resp. 50º.