內(nèi)蒙古林科院樹木園云杉屬植物的物候特征

張 南，張海東，趙 燕，曹恭祥，韓珊珊，楊溢文

(內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

云杉屬植物是世界上壽命較長的樹種，約有40種，中國有20種9變種，是我國北方寒溫帶主要的針葉樹種，抗逆性強(qiáng)，分布廣泛，在我國的三北各地、西南地區(qū)及臺灣均有分布或引種栽培[1-3]。云杉屬植物不僅是涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙的主要造林樹種[4]，又因云杉冠型優(yōu)美常綠，常以孤植、列植、叢植等方式栽植于公園、校園、風(fēng)景區(qū)等休閑娛樂場所造景[5-8]，此外也是優(yōu)質(zhì)的工業(yè)用材樹種[9]。林木引種馴化是利用、改造和保護(hù)樹種資源的重要手段[4,10-12]，不僅可豐富造林樹種、調(diào)整林分結(jié)構(gòu)、改善森林景觀，還可以為品種改良提供新的基因資源[8,10]。內(nèi)蒙古林科院樹木園自20世紀(jì)60年代開始引入云杉，先后引入22種，1變種，現(xiàn)成功引種栽植的有16種，1變種，1種待定[4]。眾所周知，植物生長特性的最直接的外觀表現(xiàn)就是物候期的差異[13]。因此，為了解內(nèi)蒙古林科院樹木園引種馴化云杉屬植物的生長發(fā)育狀況，于2016—2019年對該樹木園內(nèi)10種云杉屬植物的物候規(guī)律進(jìn)行了觀測，以期為相關(guān)研究、管理、生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

地處陰山山脈中段南側(cè)的內(nèi)蒙古呼和浩特市屬于典型的蒙古高原大陸性氣候，四季分明，春秋干燥風(fēng)大，夏季雨熱同期，冬季漫長寒冷。近57 a氣象數(shù)據(jù)顯示(圖1)，多年平均氣溫為 6.82 ℃，年均氣溫變化范圍為 4.86～8.98 ℃，7月最高，多年平均氣溫為 22.58 ℃；多年平均降水量為 402.6 mm，年降水量波動范圍為 155.1～685.9 mm，降水主要集中在7—8月；平均大氣相對濕度為 52.38%，平均風(fēng)速為 1.89 m·s-1，平均蒸發(fā)量為 1 802.32 mm，無霜期135 d左右。土壤類型以潮土、鹽土、灰褐土、粗骨土、栗鈣土、森林土壤、山地草甸土為主。

圖1 研究區(qū)1960—2016年的年均氣溫和年降水量Fig.1 Annual mean temperature and precipitation in study area from 1960 to 2016

內(nèi)蒙古林科院樹木園(40°49′N，111°41′E)位于市區(qū)，占地 21.7 hm2，海拔1 056 m，始建于1954年，是內(nèi)蒙古自治區(qū)最早建立的樹木園。截至目前，各類喬灌木樹種達(dá)到500種以上。其中，針葉樹引種有62種，比較豐富的屬有云杉屬、松屬、落葉松屬；闊葉樹引種有440種以上，比較豐富的屬有丁香屬、錦雞兒屬、檉柳屬、忍冬屬、白蠟屬等。豐富的植物資源不僅是物種、基因、遺傳多樣性遷地保護(hù)及林木引種栽培馴化、樹木理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究基地，還為當(dāng)?shù)丶鞍敫珊殿愃茪夂騾^(qū)的防風(fēng)固沙林、水源涵養(yǎng)林、水土保持林、城市綠化等林業(yè)生產(chǎn)、園林綠化中的樹種選擇提供了科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

以樹木園內(nèi)生長良好、樹冠勻稱、枝繁葉茂的青海云杉(Piceacrassifolia)、青杄(P.wilsonii)、白杄(P.meyeri)、紅皮云杉(P.koraiensis)、粗枝云杉(P.asperata)、歐洲云杉(P.abies)、天山云杉(P.schrenkianavar.tianschanica)、北美藍(lán)云杉(P.pungens)、紫果云杉(P.purpurea)和西伯利亞云杉(P.obovata)為試驗(yàn)對象，以上10種云杉種源分別為內(nèi)蒙古大青山、內(nèi)蒙古多倫縣、山西關(guān)帝山、吉林長春、四川理縣米亞羅、遼寧熊岳樹木園、新疆鞏留及烏蘇、北京植物園和新疆阿爾泰山。

對10種云杉屬植物進(jìn)行每木調(diào)查，調(diào)查其分布位置、胸徑、樹高、冠幅、雌花分布、雄花分布等指標(biāo)。由表1可知，歐洲云杉、紫果云杉和紅皮云杉的生長量最好，胸徑分別達(dá)到 33.52 cm、32.75 cm和 30.25 cm，胸徑在20～30 cm有青海云杉和白杄，分別為 21.32 cm和 27.72 cm，青杄、粗枝云杉、天山云杉和北美藍(lán)云杉的胸徑在10～20 cm，分別為 15.29 cm、14.42 cm、19.82 cm、15.63 cm，西伯利亞云杉的胸徑最小，僅有 5.45 cm。10種云杉的樹高在 3.65～12.83 m之間，冠幅變化范圍為465～723 cm。

表1 云杉屬植物基本特征Tab.1 Basic characteristics of Picea species

2.2 物候期觀測

采用定株記錄的方法觀測植物物候期，觀測時間為14∶00—15∶00，每1～3 d觀察1次，重疊期每天觀察1次，果實(shí)成熟后停止觀察。物候期觀測指標(biāo)包括：頂芽萌動始期、頂芽膨大始期、展葉始期、雄球花始花期、雌球花始花期、頂芽封頂始期、種子成熟始期等7個時期。物候觀測方法主要參考《中國物候觀測方法》和《陸地生態(tài)系統(tǒng)生物觀測規(guī)范》，觀測年限為2016—2019年。

3 結(jié)果與分析

3.1 頂芽的物候觀測

2016—2019年間，10種云杉屬植物進(jìn)入頂芽萌動、膨大、封頂?shù)雀鱾€物候期的時間相差不大(圖2～圖5)，均在3月底或4月上旬進(jìn)入頂芽萌動始期，最早進(jìn)入頂芽萌動始期是青海云杉、白杄、粗枝云杉和歐洲云杉，頂芽萌動始期開始較晚的是天山云杉和北美藍(lán)云杉；從頂芽萌動到膨大需要3～15 d不等，頂芽膨大期出現(xiàn)在4月中上旬，2個時期的相差天數(shù)相對較多的是北美藍(lán)云杉和紅皮云杉。7月下旬云杉屬樹種進(jìn)入頂芽封頂始期，停止當(dāng)年的生長，停止生長最早的是青海云杉、白杄、粗枝云杉。

3.2 展葉的物候觀測

由圖2～圖5可知，在不同年份，10種云杉屬植物基本在4月中下旬或5月初進(jìn)入展葉始期。其中，青海云杉、白杄和粗枝云杉最早進(jìn)入展葉期，一般在4月上旬左右開始展葉；之后，歐洲云杉、紫果云杉、天山云杉、青杄、紅皮云杉依次進(jìn)入展葉期，一般在4月中下旬；西伯利亞云杉和北美藍(lán)云杉展葉最晚，一般在4月底或5月初。但是受氣候的影響，2016年展葉期比其他年份要提前10 d左右。

3.3 雄雌球花的物候觀測

由圖2～圖5可看出，雄花開花最早的是青海云杉、白杄、粗枝云杉、歐洲云杉，一般在4月中下旬；青杄、紅皮云杉、天山云杉、紫果云杉次之，一般在4月底5月初；西伯利亞云杉和北美藍(lán)云杉開花最晚，一般在5月上旬。從雄花開花到雌花開花需要1～10 d不等，雌花開花始期出現(xiàn)在4月下旬5月初，雌花始花期相對最早的是青海云杉、粗枝云杉、歐洲云杉，北美藍(lán)云杉和西伯利亞云杉相對最晚。此外，歐洲云杉和紫果云杉的雄球花枝比例較高，粗枝云杉、白杄的雄球花枝比例次之，青杄和西伯利亞云杉的雄球花枝比例最少；雌花枝比例相對較高的是白杄和紫果云杉，紅皮云杉、青杄和西伯利亞云杉的雌球花枝相對最少。花枝比例高低主要與林分密度有關(guān)，青杄和西伯利亞云杉栽植密度大，樹冠重疊，樹冠下部采光較差，導(dǎo)致花球較少且主要分布于樹冠的上部。

圖2 2016年10種云杉屬植物的物候期Fig.2 Phenological period of 10 Picea species in 2016

3.4 種子成熟的物候觀測

云杉花謝之后，果實(shí)在前期生長較快(圖2～圖5)，進(jìn)入9月份，果實(shí)生長較慢，松塔不再膨大，珠鱗發(fā)育成種鱗，部分云杉種的種鱗背面開始變色，種子一般在10月上、中旬相繼成熟。從花謝后幼果膨大到種子成熟一般需要140 d左右。通過觀察得知：種子成熟較早的云杉有青海云杉、青杄、粗枝云杉；種子成熟相對較晚的云杉有天山云杉、西伯利亞云杉、北美藍(lán)云杉、紫果云杉。種子成熟期受開花時間、溫度等環(huán)境因素的綜合影響。

圖3 2017年10種云杉屬植物的物候期Fig.3 Phenological period of 10 Picea species in 2017

圖4 2018年10種云杉屬植物的物候期Fig.4 Phenological period of 10 Picea species in 2018

圖5 2019年10種云杉屬植物的物候期Fig.5 Phenological period of 10 Picea species in 2019

4 結(jié)論

通過對內(nèi)蒙古林科院樹木園10種云杉屬植物的物候觀測，獲得了2016—2019年物候數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：10種云杉屬植物進(jìn)入各個物候發(fā)生時間隨年度不同出現(xiàn)波動，但差別不大，基本在3月底4月上旬進(jìn)入頂芽萌動始期，4月中下旬進(jìn)入展葉期，4月底5月初進(jìn)入始花期，雄球花成熟1～10 d后進(jìn)入雌球花始花期。7月中下旬進(jìn)入頂芽封頂始期，結(jié)束生長；10月上中旬云杉屬植物的種子進(jìn)入成熟始期。

此外，青海云杉、白杄、粗枝云杉和歐洲云杉最早進(jìn)入頂芽萌動始期，天山云杉和北美藍(lán)云杉頂芽萌動始期相對較晚；青海云杉、粗枝云杉和白杄是進(jìn)入展葉期和雄花始期最早的云杉種，西伯利亞云杉和北美藍(lán)云杉展葉期和雄花始期相對最晚。種子成熟始期較早的有青海云杉、青杄、粗枝云杉，種子成熟始期相對較晚的有天山云杉、西伯利亞云杉、北美藍(lán)云杉、紫果云杉。