新疆灰楊優(yōu)良林分和優(yōu)良單株種質(zhì)資源調(diào)查及現(xiàn)狀分析

員紀(jì)勇，韓曉麗，李志軍，韓占江，焦培培 ，梁繼業(yè)

(1.新疆維吾爾自治區(qū)林業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，新疆 烏魯木齊 830001；2.塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/胡楊研究中心，新疆 阿拉爾 843300；3.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

林木種質(zhì)資源是林木品種選育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，是維持國家生態(tài)安全的重要保證，也是科技創(chuàng)新增強(qiáng)國力的必需。截至目前，全世界至少有600多萬份植物種質(zhì)資源被收集和保存[2]。林木在長期生長過程中，由于受復(fù)雜的自然環(huán)境影響和多種人為的干預(yù)，個(gè)體的遺傳性狀不斷發(fā)生變化，致使同一樹種的不同個(gè)體在生長速度、木材產(chǎn)量與質(zhì)量及對病蟲害的抗性上均有差異,其中有些單株表現(xiàn)出優(yōu)良特性[3]。優(yōu)良林分和優(yōu)良單株就是具有優(yōu)良特性的林木種質(zhì)資源。選擇優(yōu)樹就是選擇表現(xiàn)十分突出的單株，但需要在選擇優(yōu)良類型的基礎(chǔ)上從中選擇優(yōu)良單株，這是利用物種的自然變異，實(shí)現(xiàn)良種化的重要途徑之一。目前，相關(guān)研究主要集中在優(yōu)良林分及優(yōu)良林木種質(zhì)資源調(diào)查[4-9]、優(yōu)良單株選擇和等級劃分[10-11]、優(yōu)樹選擇技術(shù)研究[12]等方面。

灰楊(Populuspruinosa)與胡楊(Populuseuphratica)同屬于楊柳科(Salicaceae)楊屬(PopulusL.)胡楊組(PopulusScet.Turanga)，在中國僅分布在新疆，集中分布在新疆塔里木盆地和田河、葉爾羌河及塔里木上游沿岸，常常與胡楊一起形成大面積的混交林[13]，不僅是天然的抗逆林木資源基因庫，而且在維持新疆極端干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定方面發(fā)揮著極其重要的作用。在選擇灰楊優(yōu)良類型的基礎(chǔ)上，根據(jù)灰楊個(gè)體的生長速率、抗逆性強(qiáng)弱及特性選擇優(yōu)良單株，是建立良種基地實(shí)現(xiàn)灰楊良種化的起點(diǎn)。國內(nèi)外有關(guān)胡楊組植物選優(yōu)方面的工作主要集中在胡楊優(yōu)樹選育方面[14-18]，灰楊種質(zhì)資源調(diào)查、收集和評價(jià)等基礎(chǔ)性工作少有報(bào)道。開展灰楊種質(zhì)資源調(diào)查，有助于查清新疆灰楊種質(zhì)資源的分布、數(shù)量和保護(hù)利用狀況，有助于完善新疆林木種質(zhì)資源信息庫數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)新疆林木種質(zhì)資源保護(hù)利用、生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究基于新疆維吾爾自治區(qū)林業(yè)和草原局組織的2012—2018年全疆胡楊(含灰楊)專項(xiàng)種質(zhì)資源調(diào)查(試點(diǎn))工作，系統(tǒng)開展了灰楊優(yōu)良林分和優(yōu)良單株種質(zhì)資源調(diào)查，旨在掌握其在新疆的分布特點(diǎn)及生存現(xiàn)狀，為灰楊優(yōu)良種質(zhì)資源保存和規(guī)劃利用提供第一手資料，并為進(jìn)一步挖掘灰楊優(yōu)異種質(zhì)資源奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時(shí)間

胡楊專項(xiàng)種質(zhì)資源調(diào)查(試點(diǎn))工作于2012—2018年在阿克蘇地區(qū)、巴音郭楞蒙古自治州開展，2014—2015年開展全疆其他有胡楊(含灰楊)分布地州(縣市)的種質(zhì)資源調(diào)查工作，2017—2018年在全疆又進(jìn)行了一次胡楊(含灰楊)種質(zhì)資源補(bǔ)充調(diào)查工作。

1.2 調(diào)查方法

依據(jù)《林木種質(zhì)資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程》、《新疆維吾爾自治區(qū)林木種質(zhì)資源調(diào)查手冊》相關(guān)要求，胡楊、灰楊種質(zhì)資源調(diào)查均采用資料查詢、知情人訪談、踏查、樣地調(diào)查、單株調(diào)查等方法。

1)踏查：根據(jù)現(xiàn)有資料和了解的情況，確定當(dāng)?shù)匦枰{(diào)查的樹種，利用森林資源分布圖和行政區(qū)劃圖，按一定的線路，了解資源分布區(qū)胡楊林分的起源、組成、林齡、生長情況、地形地勢、立地條件等。

2)樣地調(diào)查：在踏查的基礎(chǔ)上，對集中分布的優(yōu)良林分或單株進(jìn)行樣地調(diào)查，樣地面積為400 m2，長方形或正方形。在各樣地調(diào)查胡楊優(yōu)良林分資源數(shù)量、單株胸徑和樹高等形態(tài)特征及其生長狀況等。

1.3 優(yōu)良林分確定及調(diào)查

1)優(yōu)良林分確定原則：目的樹種集中分布、處于中齡和近熟階段的林分。宜選同齡林或相差2個(gè)齡級以內(nèi)的異齡林，密度適宜，郁閉度不低于0.6，面積宜在0.3 hm2以上。選擇林木生長整齊、生長量及其他經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良，沒有人為破壞或未進(jìn)行上層疏伐的林分。

2)標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置：在確定的優(yōu)良林分內(nèi)，選擇代表性地段設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地。標(biāo)準(zhǔn)地形狀為正方形或長方形，調(diào)查面積應(yīng)占候選林分總面積的2%，其面積不小于400 m2。

3)每木調(diào)查：在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)實(shí)測每木胸徑，調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地對角線上的林木樹高、冠幅，目測樹干通直度、結(jié)實(shí)情況。同時(shí)調(diào)查林分面積、地形、樹種起源、林齡及郁閉度等。

1.4 優(yōu)良單株確定及調(diào)查

1)林內(nèi)選優(yōu)：在確定的優(yōu)良林分中選擇或者在種源清楚且表現(xiàn)優(yōu)良的林分中選擇。

2)散生木選優(yōu)：散生木因找不到對比樹，選擇時(shí)多以形質(zhì)指標(biāo)為主，同時(shí)考慮并比較其年生長量，確定是否入選。散生木候選優(yōu)樹應(yīng)該是實(shí)生起源的成年植株，還應(yīng)注意其周圍的立地條件和栽培措施，其土壤條件應(yīng)具有一定的代表性。

3)本次調(diào)查采用優(yōu)勢木對比法、優(yōu)良性狀入選法等選擇優(yōu)良單株。調(diào)查優(yōu)良單株的樹高、胸徑、冠幅、重要經(jīng)濟(jì)性狀、特異性狀等。

1.5 樹齡調(diào)查

采用生長錐取樣芯實(shí)測和樹木年平均生長量推算的方法確定單株樹齡。

1.6 生境調(diào)查

實(shí)地調(diào)查記錄采樣點(diǎn)經(jīng)緯度、海拔、生境類型及相關(guān)信息，并結(jié)合遙感影像分析。胡楊(含灰楊)種質(zhì)資源生境分析采用2017、2018年衛(wèi)星遙感影像資料，分辨率為5M、15M。

2 結(jié)果分析

2.1 優(yōu)良林分和優(yōu)良單株種質(zhì)資源行政區(qū)域分布特點(diǎn)

2.1.1優(yōu)良林分種質(zhì)資源行政區(qū)域分布特點(diǎn)

本次調(diào)查共收集到新疆灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源14份，分布在新疆2個(gè)地區(qū)的8個(gè)縣，其行政單元數(shù)占新疆縣(市、區(qū))行政單元總數(shù)(95)的8.42%，反映了灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源在新疆行政分布范圍較窄，只在阿克蘇地區(qū)的4個(gè)縣及和田地區(qū)的4個(gè)縣有分布。阿克蘇地區(qū)及和田地區(qū)優(yōu)良林分分布縣(市、區(qū))行政單元數(shù)占優(yōu)良林分分布縣(市、區(qū))行政單元總數(shù)的比例均為50%，但阿克蘇地區(qū)種質(zhì)資源份數(shù)占比為71.42%，說明阿克蘇地區(qū)種質(zhì)資源數(shù)量較豐富(表1)。

表1 灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源行政區(qū)域分布

2.1.2優(yōu)良單株種質(zhì)資源行政區(qū)域分布特點(diǎn)

15份灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源分布在新疆3個(gè)地(州、市)的9個(gè)縣(市、區(qū))，灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源分布縣(市、區(qū))行政單元數(shù)占新疆縣(市、區(qū))行政單元總數(shù)的9.48%。3個(gè)地(州、市)中，喀什地區(qū)灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源分布縣(市、區(qū))行政單元數(shù)占新疆灰楊優(yōu)良單株分布行政單元總數(shù)的66.67%，種質(zhì)資源數(shù)量占比為66.67%，表明喀什地區(qū)灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源分布及數(shù)量均最豐富(表2)。

表2 灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源行政區(qū)域分布

2.2 優(yōu)良林分和優(yōu)良單株種質(zhì)資源地理分布特點(diǎn)

灰楊優(yōu)良林分、優(yōu)良單株種質(zhì)資源僅分布在新疆南部。其中，優(yōu)良林分分布在79° 56′ ～83° 51′E、36°49′～41° 9′N,海拔936～1 455 m的范圍，具體分布在塔里木河(阿克蘇地區(qū))、和田河(喀拉喀什河)、臺蘭河(溫宿縣)、玉龍喀什河(喀什地區(qū))、喀希河(于田縣)沿岸；優(yōu)良單株分布在75° 20′～ 80° 59′E、38° 01′～40° 27′N,海拔999～1 416 m的范圍，具體分布于葉爾羌河(喀什地區(qū))、烏魯克吾斯塘河(葉城縣)、買爾干蘇、庫山河(疏勒縣)、依格孜牙河(阿克陶縣)、塔里木河上游(阿克蘇地區(qū))沿岸，其中買爾干蘇、庫山河、依格孜牙河沿岸分布較多。

2.3 優(yōu)良林分和優(yōu)良單株生長階段

2.3.1優(yōu)良林分生長階段

灰楊生長發(fā)育規(guī)律與胡楊相似，從種子發(fā)芽到 3～4 a的幼株為幼年階段，4～14 a生為干材階段，15～35 a生為中年階段，35～60 a生為成熟階段，60～80 a生為老熟階段，80 a生以上為衰老(或死亡)階段[18]。

調(diào)查表明，14份灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源樹齡為10～108 a，平均樹齡51 a；樹高為2.9～14.7 m，平均樹高10 m；胸徑為10.6～60 cm，平均胸徑33.3 cm。優(yōu)良林分整體上干性較好，長勢均勻，病蟲害輕或無病蟲害。根據(jù)生長階段來分析，14份灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源中處于干材、中年、成熟、老熟及衰老階段的比例依次為14.3%、14.3%、35.7%、28.6%、7.1%，整體上成年階段和老熟階段占優(yōu)勢(圖1)。

圖1 新疆灰楊優(yōu)良林分生長階段

在各地(州、市)，和田地區(qū)灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源處于干材階段和中年階段的各占50%；阿克蘇地區(qū)灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源處于成熟、老熟、衰老階段的各占50%、40%、10%，缺乏干材階段和中年階段的種質(zhì)資源(圖2)。

圖2 各地(州、市)灰楊優(yōu)良林分的生長階段

2.3.2優(yōu)良單株生長階段

調(diào)查表明，15份灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源樹齡為18～142 a，平均樹齡55.9 a；樹高為10.5～26 m，平均樹高16.8 m；胸徑為24～100 cm，平均胸徑42.5 cm。優(yōu)良單株整體上干性較好，長勢均勻，病蟲害輕或無病蟲害。15份灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源中處于干材、中年、成熟、老熟及衰老階段的比例依次為6.7%、20%、40%、20%、13.3%，整體上以成年階段的種質(zhì)資源占優(yōu)勢(圖3)。

圖3 新疆灰楊優(yōu)良單株的生長階段

各地(州、市)中，喀什地區(qū)不同生長階段的優(yōu)良單株種質(zhì)資源最豐富，其中以中年階段優(yōu)良種質(zhì)資源數(shù)量占絕對優(yōu)勢(圖4)。

圖4 各地(州、市)灰楊優(yōu)良單株的生長階段

2.4 優(yōu)良林分和優(yōu)良單株生境特點(diǎn)

灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源生境類型以荒漠河岸為主，干旱荒漠、荒漠河岸、農(nóng)田生境比例依次為7.1%、85.8%、7.1%(圖5)。

圖5 新疆胡楊優(yōu)良林分生境類型

和田地區(qū)灰楊優(yōu)良林分干旱荒漠、荒漠河岸、農(nóng)田生境分別占25%、50%、25%，表明灰楊優(yōu)良林分現(xiàn)有資源中有25%的生境受人為活動干擾；阿克蘇地區(qū)優(yōu)良林分全部為荒漠河岸生境(圖6)。

圖6 各地(州、市)灰楊優(yōu)良林分生境類型

灰楊優(yōu)良單株干旱荒漠、荒漠河岸、農(nóng)田、市區(qū)生境類型比例依次為6.7%、20%、46.6%、26.7%，其中73.3%的生境受到人為干擾活動的影響，其原生境基本不存在(圖7)。

圖7 新疆灰楊優(yōu)良單株生境類型

具體到各地(州、市)，克孜勒蘇柯爾克孜自治州優(yōu)良單株種質(zhì)資源全部為農(nóng)田生境；喀什地區(qū)優(yōu)良單株種質(zhì)資源荒漠河岸、農(nóng)田、市區(qū)生境的占比分別為20%、40%、40%；阿克蘇地區(qū)優(yōu)良單株種質(zhì)資源干旱荒漠、荒漠河岸、農(nóng)田生境的占比分別為33.3%、33.3%、33.3%，表明克孜勒蘇柯爾克孜自治州和喀什地區(qū)灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源的生境受人為活動干擾影響嚴(yán)重(圖8)。

圖8 各地(州、市)灰楊優(yōu)良單株生境類型

3 討論

3.1 優(yōu)良林分和優(yōu)良單株種質(zhì)資源在新疆的分布特點(diǎn)

本次調(diào)查收集到的14份灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源僅分布在南疆的和田地區(qū)(策勒縣、和田縣、洛浦縣、墨玉縣)和阿克蘇地區(qū)(沙雅縣、阿瓦提縣、庫車縣、溫宿縣)的8個(gè)縣，這與灰楊種質(zhì)資源主要分布南疆區(qū)域直接相關(guān)。2個(gè)地區(qū)灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源分布縣(市、區(qū))行政單元數(shù)占新疆灰楊優(yōu)良林分分布行政單元總數(shù)的50%，但阿克蘇地區(qū)灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源份數(shù)是和田地區(qū)的2.5倍。15份灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源分布在南疆喀什地區(qū)(莎車縣、疏勒縣、伽師縣、疏附縣、英吉沙縣、澤普縣)、阿克蘇地區(qū)(阿瓦提縣、阿拉爾市)及克孜勒蘇柯爾克孜自治州(阿克陶縣)?？κ驳貐^(qū)灰楊優(yōu)良單株縣(市、區(qū))分布行政單元數(shù)占灰楊優(yōu)良單株分布行政單元總數(shù)的66.7%，種質(zhì)資源份數(shù)是阿克蘇地區(qū)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州份數(shù)之和的2倍。

3.2 種質(zhì)資源生存現(xiàn)狀

14份灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源平均樹齡為51 a，平均樹高10 m，平均胸徑33.3 cm。其處于干材、中年、成熟、老熟及衰老階段的比例依次為14.3%、14.3%、35.7%、28.6%、7.1%，整體上成年和老熟階段占優(yōu)勢?；覘顑?yōu)良林分種質(zhì)資源主要分布在荒漠河岸(老河道)，分布在農(nóng)田附近的只占生境類型總數(shù)的14.3%，說明灰楊優(yōu)良林分種質(zhì)資源原生境受到農(nóng)田開墾活動的影響較少。

15份灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源平均樹齡55.9 a，平均樹高16.8 m，平均胸徑42.5 cm。其處于中年、老熟及衰老階段的比例依次為86.6%、6.7%、6.7%，整體上中年階段的單株種質(zhì)資源占優(yōu)勢?；覘顑?yōu)良單株種質(zhì)資源分布在干旱荒漠、荒漠河岸、農(nóng)田附近、城區(qū)內(nèi)，其中分布在農(nóng)田附近、城區(qū)內(nèi)的占生境類型總數(shù)的73.3%，說明灰楊優(yōu)良單株種質(zhì)資源生境受到人為活動干擾(農(nóng)田開發(fā)利用、城區(qū)規(guī)劃活動)的影響最大。分布在干旱荒漠(老河岸、老河道)、荒漠河岸(河道附近)的種質(zhì)資源主要受生境地下水位變化的影響，而分布在農(nóng)田附近的種質(zhì)資源，雖然生境土壤水分等條件要好于干旱荒漠(老河岸、老河道)、荒漠河岸(河道附近)，但也會更多地受到人為活動的干擾而減少甚至消失。因此，灰楊優(yōu)良林分和優(yōu)良種質(zhì)資源無論分布在什么樣的生境條件下都應(yīng)該被重點(diǎn)加以保存。

3.3 種質(zhì)資源保護(hù)建議

1)加強(qiáng)保護(hù)的法律保證

建議將優(yōu)良林分和優(yōu)良單株種質(zhì)資源的保護(hù)納入到環(huán)境法保護(hù)的范疇之內(nèi)，以期實(shí)現(xiàn)優(yōu)異資源的可持續(xù)利用。建議各地(州、市)根據(jù)實(shí)際情況制定地方保護(hù)條例及相配套的規(guī)章制度，加大對《森林法》、《森林法實(shí)施條例》等法律法規(guī)的宣傳落實(shí)力度，嚴(yán)禁人為破壞，同時(shí)保護(hù)或改善其生存環(huán)境，使這些優(yōu)異的種質(zhì)資源能夠保存下去，實(shí)現(xiàn)胡楊種質(zhì)資源的創(chuàng)新利用。

2)加大優(yōu)良林分和優(yōu)良單株資源的調(diào)查力度

從調(diào)查數(shù)據(jù)分析，新疆灰楊優(yōu)良林分、優(yōu)良單株資源是匱乏的，可能與基礎(chǔ)性資源調(diào)查工作不足有關(guān)。建議繼續(xù)開展更為細(xì)致的優(yōu)良林分、優(yōu)良單株資源調(diào)查，特別是人工林中優(yōu)良單株資源的收集(人工林內(nèi)可能存在更多的優(yōu)異種質(zhì))，為優(yōu)異資源保護(hù)利用奠定基礎(chǔ)。

3)加強(qiáng)對現(xiàn)有資源的原地和遷地保護(hù)

建議對現(xiàn)有優(yōu)良林分和優(yōu)良單株種質(zhì)資源生存現(xiàn)狀開展進(jìn)一步的評價(jià)研究(缺水危機(jī)還是人為干擾活動影響)，優(yōu)先保護(hù)那些原生境受到破壞、處于衰老生長階段的優(yōu)良單株種質(zhì)資源。在原地保護(hù)的基礎(chǔ)上開展遷地保護(hù)和DNA保存，并建立相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫。

4)加強(qiáng)對現(xiàn)有資源的保護(hù)管理

目前，由于知識、技術(shù)和資金的局限性，保護(hù)意識相對薄弱，又或者法律制度不完善，種質(zhì)資源保護(hù)迫切需要一種切實(shí)可行的方式讓保護(hù)工作信息化、系統(tǒng)化、透明化[19]。建議建立胡楊種質(zhì)資源保護(hù)和監(jiān)測系統(tǒng)，林業(yè)環(huán)保部門可通過系統(tǒng)及時(shí)了解種質(zhì)生長狀況及其生長環(huán)境，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)保護(hù)的動態(tài)管理，從而提高種質(zhì)資源保護(hù)效率。