生物質(zhì)能源柳優(yōu)良無(wú)性系引種試驗(yàn)1)

高文韜 孟慶繁 陳玉寶 林天喜 吳相菊 張顯龍

(北華大學(xué)，吉林，132013) (吉林市林業(yè)科學(xué)研究院) (吉林省蛟河林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)管理局)

柳樹具有生態(tài)適應(yīng)性廣、萌蘗力強(qiáng)、生長(zhǎng)快、成材早、生物產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，是適宜營(yíng)造短輪伐期生物質(zhì)能源林的優(yōu)良樹種之一。美國(guó)、瑞典、加拿大、巴西、丹麥等歐美國(guó)家于20世紀(jì)七八十年代開始生物質(zhì)能源林短周期培育技術(shù)的研究，篩選出了許多優(yōu)質(zhì)、速生、適應(yīng)性強(qiáng)的楊、柳樹品種及無(wú)性系和雜交新品種，并總結(jié)出了從品種選擇、栽培地選擇、造林材料的處理和栽植方法、林分管理、病蟲害控制、收獲方法等一整套培育技術(shù)［1－6］。我國(guó)20世紀(jì)90年代才有江蘇省林科院、西北農(nóng)林科技大學(xué)、南京林業(yè)大學(xué)、湖南省林科院等單位開展此類研究［2－5］。吉林省有柳樹37種［7］，大多數(shù)還處于野生未被開發(fā)利用狀態(tài)，吉林省乃至東北地區(qū)尚缺乏速生生物質(zhì)能源柳優(yōu)良無(wú)性系(品種)。為此，北華大學(xué)2003年開始，從美國(guó)引進(jìn)生物質(zhì)能源柳6種16個(gè)優(yōu)良無(wú)性系，旨在豐富吉林省的速生生物質(zhì)能源柳優(yōu)良無(wú)性系(品種)，滿足培育短周期生物質(zhì)能源林的需要。經(jīng)過(guò)9 a引種馴化取得了初步成功，為吉林省今后大面積開展培育短周期生物質(zhì)原料林提供了支持。

1 原產(chǎn)地與引種地自然概況

原產(chǎn)地為美國(guó)紐約州，引種試驗(yàn)地位于蛟河市前進(jìn)鄉(xiāng)吉林省蛟河林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)管理局境內(nèi)，原產(chǎn)地與引種地自然概況見(jiàn)表1。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為引自美國(guó)的生物質(zhì)能源樹種柳樹無(wú)性系。2008年5月，將經(jīng)過(guò)多年馴化篩選出的6個(gè)種15個(gè)柳樹無(wú)性系與吉林省當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)表現(xiàn)良好的柳樹2個(gè)對(duì)照種，定植在吉林省蛟河林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)管理局前進(jìn)鄉(xiāng)境內(nèi);面積1 hm2，采用壟植，株行距60 cm×70 cm，帶寬1.5 m。穗條長(zhǎng)度10 cm，粗度直徑0.5 cm。

6個(gè)種15個(gè)柳樹無(wú)性系:旱×白柳(Salix matsu-dana×S.alba)AAUSC、AAUSL，白柳 (S.alba)ASA2，毛枝柳(S.dasyclados)ASV1，鉆石柳(S.eriocephala)AS25、A95018、AS287、AS95316、AS625，歐洲紅皮柳(S.purpurea)A95042、APUR12、AFC189、AFC190、AB193，褪色柳(S.discolor)AS365(由于抗寒性極弱，淘汰1個(gè)無(wú)性系A(chǔ)S95311)。

2個(gè)對(duì)照種:ZA1(CK)(垂暴109 S.babylonica×S.fragilis)和ZA2(CK)(饅頭柳 S.Umbraculifera)。

表1 原產(chǎn)地與引種地自然概況

2.2 物候、生長(zhǎng)節(jié)律觀察及生長(zhǎng)量測(cè)定

在2年生不同無(wú)性系中，分別隨機(jī)選取30株生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲害的植株作為觀測(cè)樣株。在物候變化季節(jié)，1～2 d觀察一次，在其它季節(jié)，物候觀察與生長(zhǎng)節(jié)律測(cè)定一并進(jìn)行，即每月10日、20日、30日各一次，每日觀測(cè)時(shí)間為14:00—16:00。全株生長(zhǎng)量10月下旬測(cè)定。樹高、地徑生長(zhǎng)量分別用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺進(jìn)行量測(cè)，然后統(tǒng)計(jì)求算平均值。

2.3 抗逆性測(cè)定

5—9月份，在2年生不同無(wú)性系中，各隨機(jī)選取30株樹，按抗寒癥狀等級(jí)及抗寒性指數(shù)等級(jí)［8］和有關(guān)病、蟲害標(biāo)準(zhǔn)［9］進(jìn)行抗性調(diào)查?？购灾笖?shù)R=(1X1+2X2+3X3+4X4+5X5)/∑(X1+X2+X3+X4+X5)。其中:1～5為不同抗寒性指數(shù)等級(jí);X1～X5為相對(duì)于不同受害等級(jí)的株數(shù)，當(dāng)R值在1.00～1.50時(shí)為Ⅰ級(jí)(強(qiáng))、1.51～2.50 為Ⅱ級(jí)(較強(qiáng))、2.51 ～3.50 為Ⅲ級(jí)(中等)、3.51 ～4.50 為Ⅳ級(jí)(較弱)、4.51 ～5.01為Ⅴ級(jí)(極弱)［8］。

2.4 燃燒值測(cè)定

每個(gè)無(wú)性系隨機(jī)取樣3～5株，從基部砍伐后，全部帶到實(shí)驗(yàn)室。在烘箱中105℃經(jīng)8～10 h烘至恒質(zhì)量，然后粉碎混勻，過(guò)篩(0.25 mm)，晾干處理，制成試樣備用。將0.5 g的測(cè)定樣品，裝于純氧彈中在全自動(dòng)量熱儀zdhw－2000(河南省鶴壁，天宇)進(jìn)行燃燒。燃燒產(chǎn)生的熱為氧彈周圍已知質(zhì)量的蒸餾水及熱量計(jì)整個(gè)體系所吸收，并由貝克曼溫度計(jì)讀出水溫上升的溫度，該上升的溫度乘以熱量計(jì)體系和水的熱容量之和，即可得出樣品的熱值［8］。

3 結(jié)果與分析

3.1 生長(zhǎng)量及抗性

2009年5月—2010年4月，分別對(duì)2年生6個(gè)種15個(gè)柳樹無(wú)性系的生長(zhǎng)量及抗性進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 2年生柳樹各無(wú)性系生長(zhǎng)量及抗性對(duì)比

表3 地徑多重比較(α=0.01)

表4 樹高多重比較(α=0.01)

從表2～4可以看出:15個(gè)無(wú)性系均無(wú)凍害現(xiàn)象。絕大多數(shù)無(wú)性系也沒(méi)有發(fā)生病害，只有AS365無(wú)性系易感柳葉柵繡病(Melampsora arotica Rostr)。各無(wú)性系抗蟲能力強(qiáng)，蟲害非常少，僅有極少量的東方絹金龜(Serica orientalis Motschulsky)、柳十八斑葉甲(Chrysomela salicivorax Fairm)在春季及初夏時(shí)取食個(gè)別無(wú)性系葉芽或葉片。通過(guò)對(duì)15個(gè)無(wú)性系抗性及生長(zhǎng)量性狀綜合評(píng)價(jià)，初步篩選出8個(gè)無(wú)性系適合在蛟河生長(zhǎng)，即:旱×白柳AAUSC、AAUSL，白柳ASA2，毛枝柳 ASV1，鉆石柳 AS25、A95018，歐洲紅皮柳A95042、APUR12(樹高:F=4.14＞F(0.05)=1.71;地徑:F=11.27＞F(0.05)=1.71)。

3.2 物候、生長(zhǎng)節(jié)律

2011年對(duì)篩選出生長(zhǎng)較好的8個(gè)無(wú)性系物候、年生長(zhǎng)節(jié)律進(jìn)行了觀測(cè)，見(jiàn)表5、圖1和圖2。

表5 2年生柳樹各無(wú)性系的物候

從表5可見(jiàn)，引進(jìn)無(wú)性系與當(dāng)?shù)貙?duì)照品種(ZA1、ZA2)的物候期相差不大，大多數(shù)無(wú)性系高生長(zhǎng)始期、末期基本與當(dāng)?shù)仄贩N相同，少數(shù)無(wú)性系相差2～10 d，但都能完成生長(zhǎng)發(fā)育，形成冬芽。從圖1、圖2中可以看出，引進(jìn)8個(gè)無(wú)性系地徑生長(zhǎng)主要集中在5—9月，多數(shù)品種的生長(zhǎng)呈單峰型，生長(zhǎng)高峰期出現(xiàn)在6月份，只有ASA2與當(dāng)?shù)貙?duì)照種ZA1的地徑生長(zhǎng)高峰期出現(xiàn)在7月。AAUSC的生長(zhǎng)呈雙峰型，在6月出現(xiàn)一次生長(zhǎng)高峰之后，到了8月有出現(xiàn)了一個(gè)小的生長(zhǎng)高峰。高生長(zhǎng)也主要集中在5—9月，多數(shù)無(wú)性系的生長(zhǎng)呈單峰型，生長(zhǎng)高峰期出現(xiàn)在6—7月份。其生長(zhǎng)節(jié)律基本上與當(dāng)?shù)貙?duì)照種生長(zhǎng)節(jié)律相同。由此可見(jiàn)，引進(jìn)的柳樹無(wú)性系適應(yīng)引種地的氣候條件。

圖2 2年生柳樹各無(wú)性系高生長(zhǎng)節(jié)律圖(蛟河，2011)

3.3 熱值

熱值是指單位質(zhì)量干物質(zhì)在完全燃燒后所釋放出的熱量值［10］。它反映了綠色植物在光合作用中固定太陽(yáng)輻射的能力，是植物本身的重要特征，也是衡量第一性生產(chǎn)力的重要指標(biāo)［11］。通過(guò)對(duì)植物熱值的研究，不僅可以較充分揭示生態(tài)系統(tǒng)中的能量分布特征和能流過(guò)程;而且將植物的熱值和干物質(zhì)產(chǎn)量結(jié)合起來(lái)，可以較好地評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)生產(chǎn)力的狀況［12］。

2010年4月，對(duì)15個(gè)生物質(zhì)能源柳無(wú)性系的干重?zé)嶂颠M(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表6、干重?zé)嶂刀嘀乇容^見(jiàn)表7。由表6、表7可以看出，17個(gè)無(wú)性系之間干重?zé)嶂挡町悩O顯著(F=17.00＞F(0.001)=3.34)，與對(duì)照種ZA1(CK)相比，引進(jìn)的15個(gè)柳樹無(wú)性系干重?zé)嶂挡町惥鶚O顯著。篩選出生長(zhǎng)量高、抗性強(qiáng)的8個(gè)優(yōu)良柳樹無(wú)性系干重?zé)嶂刀急葘?duì)照種ZA1(CK)高，是標(biāo)準(zhǔn)煤熱值(25 384 J/g)的66.41% ～70.62%，具有較大的能量?jī)?chǔ)備和較高的干重?zé)嶂怠?/p>

表6 不同柳樹無(wú)性系的干重?zé)嶂档臏y(cè)定結(jié)果 J·g－1

表7 不同品種柳樹無(wú)性系干重?zé)嶂档亩嘀乇容^(α=0.01)

4 結(jié)論與討論

美國(guó)生物質(zhì)能源柳無(wú)性系在吉林省蛟河4月中旬芽萌動(dòng)，4月下旬—5月上旬完全展葉，5月中下旬開始高生長(zhǎng)，9月中旬結(jié)束，10月中旬落葉。高生長(zhǎng)呈單峰型，高峰期出現(xiàn)在6—7月;地徑生長(zhǎng)主要集中在5—9月，多數(shù)無(wú)性系的生長(zhǎng)呈單峰型，高峰期出現(xiàn)在6月。

根據(jù)邁依爾“氣候相似論”的原理［8］，將原產(chǎn)美國(guó)紐約的柳樹優(yōu)良無(wú)性系引種到氣候相似的吉林省中東部蛟河林區(qū)試種，通過(guò)9a的試驗(yàn)，篩選出生物質(zhì)能源柳 5種 8個(gè)無(wú)性系:旱×白柳 AAUSC、AAUSL，白柳 ASA2，毛枝柳 ASV1，鉆石柳 AS25、A95018，歐洲紅皮柳 A95042、APUR12。從生長(zhǎng)量、干重?zé)嶂岛瓦m應(yīng)性看，都好于或接近當(dāng)?shù)貙?duì)照種。吉林市林業(yè)科學(xué)研究院等單位，從美國(guó)、加拿大等地引種的美洲短葉松(Pinus banksiana)、白云杉(Picea glauca)等樹種，現(xiàn)已成功在吉林省造林推廣［13］。高文韜等［14］2007年從加拿大薩斯客徹溫(年平均溫度2.2℃，極端低溫50℃，相對(duì)濕度57%，年降水量350 mm，≥10℃積溫2 111℃)成功引進(jìn)榿葉唐棣(Amelanchier dlnioliaf)，栽植于吉林省蛟河林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)管理局(年平均溫度1.7℃，極端低溫－43.5，≥10℃積溫2 350℃)，現(xiàn)已進(jìn)入盛果期。這些事例都充分證實(shí)，引種地與原產(chǎn)地氣候條件基本相似的“氣候相似論”原理。吉林省中東部(蛟河)林區(qū)林木引種主要限制因子是低溫(年平均溫度，極端低溫)，此次引種的原產(chǎn)地美國(guó)紐約州，雖然年平均溫度、≥10℃積溫比引種地高，但極端低溫基本相同;同時(shí)，此次引種原產(chǎn)地與引種地緯度只相差1°10'，也符合林木引種規(guī)律中“一次引種緯度幅度5°～10°，經(jīng)度幅度只要無(wú)特殊地形和土壤影響，可以跨山越?！钡姆秶螅?5］。篩選出的美國(guó)生物質(zhì)能源柳無(wú)性系干重?zé)?值為17 367．71 J/g，是標(biāo)準(zhǔn)煤熱值(25 384 J/g)的66．41% ～70．62%，是長(zhǎng)白山林區(qū)蒙古櫟熱值(19 130J/g)、紫椴熱值(18 900 J/g)、色木槭熱值(18 420 J/g)、白樺熱值(18 290 J/g)等主要天然闊葉樹種熱值的88．12% ～96．35%［16］。由此可見(jiàn)，引進(jìn)的美國(guó)生物質(zhì)能源柳具有較好適應(yīng)性和較高的干重?zé)嶂?，可以將美?guó)生物質(zhì)能源柳優(yōu)良無(wú)性系，作為培育短周 期生物質(zhì)能源林在吉林省進(jìn)行擴(kuò)大引種栽培試驗(yàn)。

［1］ 方升佐，黃寶龍．瑞典柳樹能源林的研究及發(fā)展概況［J］．世界林業(yè)研究，1997(3):66－71．

［2］ 施士爭(zhēng)，潘明建，王保松，等．培育灌木柳生物質(zhì)能源林的前景［J］．江蘇林業(yè)科技，2006，33(3):1－5．

［3］ 尤應(yīng)忠，吳際友，童方平，等．高熱值速生能源林樹種選育及應(yīng)用研究進(jìn)展［J］．林業(yè)科技開發(fā)，2007，21(2):1－4．

［4］ 張文輝，何景峰，周建云．能源林研究現(xiàn)狀與國(guó)內(nèi)引種栽培［J］．生物質(zhì)化學(xué)工程，2006(1):38－44．

［5］ 萬(wàn)勁，方升佐，翟學(xué)昌．四個(gè)楊樹無(wú)性系苗期能源林相關(guān)特性的研究［J］．林業(yè)科技開發(fā)，2007，21(3):16－19．

［6］ 康樹珍，賈黎明，彭祚登，等．燃料能源林選育及培育技術(shù)研究［J］．世界林業(yè)研究，2007，20(9):27－33．

［7］ 具誠(chéng)，高瑋，王魁頤．吉林省生物種類與分布［M］．長(zhǎng)春:東北師范大學(xué)出版社，1997．

［8］ 胡建忠．植物引種栽培試驗(yàn)研究方法［M］．鄭州:黃河水利出版社，2002．

［9］ 項(xiàng)存悌．林病研究法［M］．哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社，1991．

［10］ 陳波，楊永川，周瑩．浙江天童常綠闊葉林內(nèi)七種優(yōu)勢(shì)植物的熱值研究［J］．華東師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006(2):105－111．

［11］ 官麗莉，周小勇，羅艷．我國(guó)植物熱值研究綜述［J］．生態(tài)學(xué)雜志，2005，24(4):452－457．

［12］ 韓國(guó)君，叢國(guó)祿，沈海龍．樟子松人工林熱值與能量結(jié)構(gòu)分析(I):林木及林下植被生物量、熱值和能量的結(jié)構(gòu)與分布［J］．東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35(6):21－23．

［13］ 高文韜，王繼志，夏富才．吉林省林木引種成就及今后發(fā)展設(shè)想［J］．吉林林業(yè)科技，2004，33(2):12－16．

［14］ 高文韜，孟慶繁，楊春波，等．榿葉唐棣引種試驗(yàn)［J］．東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35(1):16－18．

［15］ 謝孝福．植物引種學(xué)［M］．北京:科學(xué)出版社，1994:48．

［16］ 張英楠，張啟昌，其其格，等．長(zhǎng)白山闊葉紅松林5種優(yōu)勢(shì)樹種的熱值和能量現(xiàn)存量［J］．東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，38(4):3－5．