馬尾松天然林耐瘠薄優(yōu)樹選擇標(biāo)準(zhǔn)

王友生，簡麗華，王益和，林秀鳳

(1.人工林可持續(xù)經(jīng)營福建省高校工程研究中心，福建 福州 350002；2.福建省龍巖市林業(yè)科學(xué)研究所，福建 龍巖 364000)

馬尾松(PinusmassonianaLamb.)是我國松屬樹種中分布、用途與栽培范圍皆最廣的鄉(xiāng)土樹種，具有對土壤、氣候適應(yīng)性強、速生、豐產(chǎn)、全樹綜合利用程度高、纖維優(yōu)良等特性，是我國長江流域以南廣袤酸性土壤荒山荒地的先鋒樹種[1]。馬尾松造林實踐表明，同樣立地條件、同一起源的林分中，馬尾松個體間的生長情況差異較明顯，因此可通過良種選育來提高馬尾松單位面積產(chǎn)量。目前馬尾松遺傳改良已被我國列為國家重點科研項目[2]，且已選育出各種特定用途的優(yōu)良馬尾松種源/家系[3-7]。閩西是福建省馬尾松中心產(chǎn)區(qū)與優(yōu)良種源區(qū)，馬尾松遺傳改良取得了一定成績。目前已推廣的馬尾松家系，其優(yōu)樹選擇是在立地條件較好且人工合理培育下篩選出來的，在土壤貧瘠的Ⅲ、Ⅳ林地以及沙漠化地區(qū)仍然表現(xiàn)出生長慢、產(chǎn)量低、林分質(zhì)量差等問題[8-10]，因此解決該地區(qū)營建高質(zhì)量馬尾松林分的難題迫在眉睫。鑒于此，本研究通過調(diào)查長汀水土流失山地馬尾松天然林分，以生長量指標(biāo)結(jié)合形質(zhì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)線法篩選出困難立地馬尾松優(yōu)良個體，旨在豐富南方馬尾松優(yōu)良種質(zhì)資源，進(jìn)一步對馬尾松的遺傳改良提供依據(jù)，同時對提高馬尾松林分質(zhì)量與林地生產(chǎn)力，特別是為困難立地馬尾松次生林改造、荒漠化地區(qū)高質(zhì)量造林提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 選優(yōu)林分概況

經(jīng)過前期踏查后，耐瘠薄馬尾松優(yōu)樹選擇林分位于福建省長汀縣水土流失較嚴(yán)重的河田、三洲鎮(zhèn)，共調(diào)查馬尾松面積2106.73 hm2，優(yōu)樹所在地位于東經(jīng)116°21′—116°27′、北緯25°35′—25°41′，海拔258～329 m。氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫17～19.5 ℃，最高氣溫39.8 ℃，最低氣溫-4.9 ℃，年無霜期265 d，年均降水量1700 mm，年均日照時間1924.6 h。土壤是粗晶花崗巖母質(zhì)發(fā)育的砂壤土，養(yǎng)分極度匱乏，其0～20、20～40、40～60 cm土層土壤理化性質(zhì)見表1。

1.2 優(yōu)樹選擇方法

在水土流失區(qū)馬尾松天然林調(diào)查的基礎(chǔ)上選出天然優(yōu)良林分，再選出候選優(yōu)良單株，然后采用數(shù)量指標(biāo)與形質(zhì)指標(biāo)相結(jié)合的方法確定優(yōu)樹[11]。數(shù)量指標(biāo)采用基準(zhǔn)線法，即相同立地條件的優(yōu)良林分中，用生長錐測出優(yōu)勢木的年齡，同時將取出的木心用游標(biāo)卡尺測量樹皮厚度，以5 a為1個齡級，實測其樹高、胸徑，并根據(jù)馬尾松二元材積修訂方程[12]計算材積。形質(zhì)指標(biāo)采用綜合評分法，即通過主成分分析，選出優(yōu)樹評價的主要因子及其權(quán)重，每個因子采用3分制評分，最后計算總分。

1.2.2 形質(zhì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化 采用多目標(biāo)決策的一維比較法[13]，對候選優(yōu)樹形質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，冠幅和枝下高采用公式：Y=1-0.9×(Xmax-X)/(Xmax-Xmin)換算，高徑比和冠徑比采用公式：Y=1-0.9×(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)換算，式中：X為候選優(yōu)樹的形質(zhì)指標(biāo)測定值；Xmax、Xmin分別為每個指標(biāo)的最大值、最小值。

1.3 土壤取樣及分析方法

分別在候選林分中布設(shè)3個10 m×10 m的樣方，每個樣方按梅花型取5個土壤剖面，每個土壤剖面用環(huán)刀法采集0～20、20～40、40～60 cm土層的土壤容重圈各1個，同時采集以上3層土樣各1 kg，用于分析土壤理化性質(zhì)。有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法；全氮采用半微量凱氏法；水解性氮測定采用堿解-擴散法；全磷采用堿熔-鉬銻比色法；速效磷測定采用鹽酸-硫酸浸提法；全鉀采用堿熔-火焰光度法；速效鉀測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法；pH值采用電位法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel統(tǒng)計軟件計算候選優(yōu)樹及優(yōu)勢木的樹高、胸徑和材積的總生長量及年均生長量，形質(zhì)指標(biāo)的主成分分析采用DPS 7.0統(tǒng)計軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)勢木數(shù)量指標(biāo)分析

耐瘠薄馬尾松候選優(yōu)樹年齡介于15～35 a，其樹高、胸徑、材積的年均生長量隨齡級的增加其變化規(guī)律不盡相同，其中樹高年均生長量隨齡級的上升而下降，而胸徑和材積的年均生長量隨樹齡的上升呈先提高再下降，可見馬尾松在土壤貧瘠的林地其生長量主要表現(xiàn)為胸徑的生長，因此在制定耐瘠薄馬尾松優(yōu)樹選擇方法時可適當(dāng)降低樹高生長量。根據(jù)各齡級優(yōu)樹生長量標(biāo)準(zhǔn)線(表2)，從70株馬尾松優(yōu)勢木中選出 20 株初選優(yōu)樹。

2.2 初選優(yōu)樹形質(zhì)指標(biāo)分析

通過調(diào)查馬尾松天然林中優(yōu)勢木的冠幅、枝下高、樹皮厚、高徑比、冠徑比共5項指標(biāo)，為簡化形質(zhì)指標(biāo)數(shù)量提高選優(yōu)效率，先對各形質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表3。由表3可以看出，主成分1中冠徑比的特征向量最大，主成分2中高徑比的特征向量最大，主成分3中樹皮厚度的特征向量最大，且這3個主成分累計貢獻(xiàn)率已達(dá)82.904%，可見形質(zhì)指標(biāo)的決定因子是冠徑比、高徑比和樹皮厚度。

表2 各齡級優(yōu)勢木生長量與標(biāo)準(zhǔn)線

*：括號內(nèi)為年均生長量值；標(biāo)準(zhǔn)線指年均生長量標(biāo)準(zhǔn)線。

表3 優(yōu)樹形質(zhì)指標(biāo)

通過各指標(biāo)的特征向量與方差貢獻(xiàn)率計算每個指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果可得冠徑比、高徑比、樹皮厚度的權(quán)重系數(shù)分別為0.4828、0.2566、0.2363，將各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)歸一化處理后的結(jié)果分別為0.4948、0.2630、0.2422。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[14]結(jié)合林分的實際情況，將以上3個指標(biāo)按3分制評分，具體評定方法見表4，各指標(biāo)分值范圍均為1～3分，分值越小，形質(zhì)越優(yōu)良。根據(jù)優(yōu)樹形質(zhì)指標(biāo)得分標(biāo)準(zhǔn)，形質(zhì)指標(biāo)小于2為入選標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)評分法從20株候選優(yōu)良單株中確定耐瘠薄馬尾松優(yōu)樹11株(表5)。

表4 優(yōu)樹形質(zhì)指標(biāo)評定標(biāo)準(zhǔn)

表5 入選優(yōu)樹性狀指標(biāo)

表5(續(xù))

*：“√”為最終入選優(yōu)樹。

3 討論與結(jié)論

優(yōu)樹選擇是馬尾松遺傳改良的關(guān)鍵，馬尾松優(yōu)樹選擇已有大量報道，但現(xiàn)有的選優(yōu)方法主要集中在人工林方面，其選出的優(yōu)樹進(jìn)行繁殖后在土壤貧瘠的山地仍然表現(xiàn)出低產(chǎn)低效等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了土地生產(chǎn)力，因此通過耐瘠薄優(yōu)樹選擇是解決該問題的重要途徑，而耐瘠薄優(yōu)樹選擇需在天然林進(jìn)行。有大量研究表明，5株優(yōu)勢木對比法與多性狀聯(lián)合選擇法不適用于天然林優(yōu)樹選擇，而生長量標(biāo)準(zhǔn)線法結(jié)合形質(zhì)指標(biāo)是天然林優(yōu)樹選擇較適宜的方法[12]，因此本研究采用此方法在福建長汀水土流失山地馬尾松天然林進(jìn)行耐瘠薄型優(yōu)樹選擇。優(yōu)樹人工選擇的關(guān)鍵是消除候選林分環(huán)境因素的干擾，本研究馬尾松林分在福建長汀水土流失較為嚴(yán)重的河田鎮(zhèn)與三洲鎮(zhèn)，土壤異質(zhì)性比人工林地小，且通過分齡級制定標(biāo)準(zhǔn)線較大程度消除了優(yōu)樹個體間的環(huán)境誤差。從調(diào)查的70株優(yōu)勢木中初選出20株優(yōu)樹。優(yōu)樹的復(fù)選往往是根據(jù)形質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行，本研究通過枝下高、樹皮厚度、冠幅、高徑比、冠徑比5個形質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，最終確定高徑比、冠徑比作為優(yōu)樹復(fù)選的主要因子，這與謝維斌等[5]的研究不盡相同，可能是由于本研究的馬尾松是生長在土壤瘠薄的水土流失山地上，其生長特性與人工林不同引起的。本研究是在經(jīng)過自然選擇的馬尾松優(yōu)良天然林中進(jìn)行人工選擇優(yōu)樹，通過生長量標(biāo)準(zhǔn)線與形制指標(biāo)相結(jié)合的方法選出11株優(yōu)樹，該優(yōu)樹選擇標(biāo)準(zhǔn)對提高馬尾松經(jīng)濟(jì)性狀以及拓寬遺傳基礎(chǔ)均有較大的現(xiàn)實意義。