廣東木荷優(yōu)良碳匯家系選育研究*

堯 俊 汪迎利 唐昌亮 林 瑋 何波祥 陳 勇 陳雪梅 連輝明

（1.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州510520;2.廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院，廣東 廣州510405; 3.佛山市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 佛山528222）

根據(jù)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局 (NOAA)報(bào)告，在歷史高排放水平的推動(dòng)下，人為造成的溫室氣體污染在大氣中滯留的額外熱量繼續(xù)加劇了全球變暖，而CO2是迄今為止人類(lèi)排放量最大的溫室氣體[1]。2020 年全球平均CO2水平為412.5 cm3/m3，達(dá)到近300 年的最高值。因此，減少碳排放，同時(shí)通過(guò)綠化造林，增加森林覆蓋面積，吸收大氣中的CO2是達(dá)到碳中和、碳達(dá)峰的最有效途徑，而選育高效優(yōu)良碳匯樹(shù)種，精準(zhǔn)提升碳匯森林質(zhì)量是提高我國(guó)森林整體的固碳能力的重要手段[2-4]。

木荷Schima superba是我國(guó)亞熱帶地區(qū)常見(jiàn)的常綠喬木樹(shù)種，防火性能好、耐貧瘠、生態(tài)位較寬，具有良好的生態(tài)效應(yīng)，常作為先鋒樹(shù)種種植和防火林帶建設(shè)[5-6]。前期，本課題組對(duì)廣東主要不同樹(shù)種純林的碳儲(chǔ)量和含碳量進(jìn)行了分析[7-8]，本文結(jié)合廣東實(shí)際情況，以固碳能力強(qiáng)、種植面較廣的速生物種木荷為研究對(duì)象，根據(jù)連續(xù)多年跟蹤調(diào)查數(shù)據(jù)，通過(guò)生物量模型、遺傳力等多方面分析，篩選優(yōu)良木荷碳匯家系。

1 材料與方法

1.1 林地概況

試驗(yàn)林位于廣東省東江林場(chǎng)，該場(chǎng)地處廣東省河源市紫金縣，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，終年氣候溫和濕潤(rùn)，日照充足，熱量豐富，年均氣溫20.9～21.5 ℃，極端高溫為38 ℃，極端低溫-2℃。1 月均溫11.5～12.5 ℃,7 月均溫27.5～28.5 ℃,年日照時(shí)間1 800～2 100 h，年均積溫6 997.6 ℃，年均相對(duì)濕度81%，年均降雨量1 600 mm，豐水期在6-8 月；植被屬南亞熱帶季雨林區(qū)，林下灌木以芒萁Dicranopteris dichotoma、桃金娘Rhodomyrtus tomentosa、雜竹為主，草本植物以蕨類(lèi)、大芒、攀纏植物為主。試驗(yàn)林位于東江林場(chǎng)桂林工區(qū)七寨林班17 小班（東經(jīng)22°25′02″，北緯114°40′03″），面積14.3 hm2，林地海拔在100～250 m，坡度15°～35°；土壤主要由花崗巖及部分砂巖發(fā)育而成的赤紅壤，呈酸性，土壤有機(jī)質(zhì)含量2%～2.5%，土層厚度45～70 cm。

1.2 選育方法

本課題組于2001 年起，采用5 株優(yōu)勢(shì)木法選擇優(yōu)樹(shù)，在廣東全省共計(jì)選擇了木荷優(yōu)樹(shù)306 株，分布于全省15 個(gè)地級(jí)市29 個(gè)縣（區(qū)）。2001—2002 年在全省各地開(kāi)展種質(zhì)資源調(diào)查，2003 年開(kāi)始大規(guī)模選擇優(yōu)樹(shù)，2003 年冬項(xiàng)目組收集到162份優(yōu)樹(shù)材料（包括種子和穗條），2004 年進(jìn)行苗木培育。2005 年，利用優(yōu)樹(shù)種子培育的苗木，在廣東省東江林場(chǎng)等多地營(yíng)建了優(yōu)樹(shù)半同胞家系子代測(cè)定試驗(yàn)林，并以當(dāng)?shù)仄胀ㄉa(chǎn)種為對(duì)照（CK）。試驗(yàn)林水平帶狀整地，穴規(guī)格為50 cm×50 cm×40 cm，株行距為2.5 m×3.0 m，種植密度為1 600 株/hm2。試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用完全隨機(jī)區(qū)組種植，162 個(gè)參試家系，8 個(gè)重復(fù)，4 株小區(qū)，每個(gè)家系32 株，3 個(gè)地點(diǎn)共計(jì)96 株。子代測(cè)定林建成后，分別在2006、2007、2008、2010、2013、2015 和2020 年7 個(gè)年度開(kāi)展試驗(yàn)林生長(zhǎng)量調(diào)查測(cè)定，本研究選取了廣東省東江林場(chǎng)連續(xù)調(diào)查數(shù)據(jù)完整保存完好的71 個(gè)家系進(jìn)行分析評(píng)選。

1.3 林分生物量及碳儲(chǔ)量估算

整株生物量計(jì)算公式[8]：

W1=0.120 45D2.06446H0.38265

W2=0.081 769D2.32395H-0.24289

W=W1+W2

碳儲(chǔ)量計(jì)算公式：碳儲(chǔ)量(CS)=W×C

式中：W1為平均木地上生物量（kg）；W2為平均木地下生物量（kg）；W為平均木生物量（kg）；D為胸徑（cm）；H為樹(shù)高（m）；CS 為單株碳儲(chǔ)量（kg）；C為加權(quán)平均含碳率（%）[8]。

1.4 數(shù)據(jù)整理與分析

用Excel 統(tǒng)計(jì)15 年生木荷生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，利用SAS9.4 軟件分析計(jì)算其選擇差、選擇強(qiáng)度、選擇響應(yīng)、表型增益、遺傳增益、遺傳力等相關(guān)參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 各家系生物量及加權(quán)平均含碳量估算

連續(xù)調(diào)查數(shù)據(jù)完成的71 個(gè)家系來(lái)源于廣東省內(nèi)廣州、梅州、韶關(guān)、河源等13 個(gè)市的18 個(gè)區(qū)縣，主要分布在粵東、粵西、粵北，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠三角地區(qū)也有少量?jī)?yōu)良家系（表1）。根據(jù)2020 年8 月調(diào)查的15 年生木荷生長(zhǎng)量，利用木荷立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)，以前期實(shí)驗(yàn)室計(jì)算的木荷平均加權(quán)含碳量為47.27%，計(jì)算各家系的單株生物量（kg）及單株碳儲(chǔ)量（kg），結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 木荷優(yōu)良家系編號(hào)及產(chǎn)地Table 1 Numbers and origin of Schima superba superior families

表2 木荷優(yōu)良家系15 年生生長(zhǎng)量與碳儲(chǔ)量Table 2 Growth and carbon storage of 15-year-old Schima superba families

2.2 木荷優(yōu)良家系評(píng)選與增益估算

通過(guò)多重比較，按10%入選率評(píng)選出碳儲(chǔ)量排名前7 位中，樹(shù)高、胸徑和碳儲(chǔ)量均大于對(duì)照的家系5 個(gè)。這5 個(gè)優(yōu)良家系15 年生時(shí)的樹(shù)高、胸徑和碳儲(chǔ)量的年均值分別0.78 m、1.24 cm 和5.31 kg，與普通生產(chǎn)種相比，現(xiàn)實(shí)增益分別達(dá)到7.86%、30.80%和79.56%（表3）。

表3 木荷優(yōu)良家系15 年生年均碳儲(chǔ)量與選擇增益Table 3 Annual average carbon storage and selection gain of 15-year-old Schima superba families

家系編號(hào)Family number平均高/m Mean height高標(biāo)準(zhǔn)差Height standard deviation平均胸徑/cm Mean DBH胸徑標(biāo)準(zhǔn)差DBH standard deviation生物量/kg Biomass碳儲(chǔ)量/kg CS 42 10.39 1.72 15.43 2.03 110.45 52.21 43 11.80 3.33 14.65 4.76 102.04 48.23 44 9.25 0.55 14.11 3.11 89.03 42.08 45 7.95 4.52 10.02 5.73 41.45 19.60 53 12.09 3.73 15.72 6.65 119.13 56.31 54 8.83 1.04 12.96 2.85 73.43 34.71 56 10.61 1.61 14.52 3.86 97.54 46.11 58 9.98 2.84 11.62 4.56 59.92 28.32 59 11.10 1.18 16.02 3.87 121.51 57.44 62 8.99 0.55 15.46 1.04 107.43 50.78 63 10.20 2.14 13.86 5.48 87.56 41.39 65 8.74 1.57 13.06 3.56 74.48 35.21 67 9.88 0.87 17.10 1.95 136.02 64.30 69 9.87 2.37 14.24 2.99 92.03 43.50 73 10.71 2.44 15.81 4.65 117.27 55.43 74 9.59 3.09 14.23 3.87 91.27 43.14 76 11.33 3.87 14.41 4.08 97.48 46.08 78 10.03 1.47 13.46 2.90 81.95 38.74 79 9.49 1.34 15.23 5.48 105.36 49.80 82 10.28 0.52 15.86 1.41 116.89 55.25 84 13.10 1.62 18.14 2.92 164.60 77.80 85 9.45 1.41 13.82 1.56 85.50 40.41 86 11.10 2.53 14.43 2.53 97.36 46.02 98 10.11 1.30 13.29 3.86 79.97 37.80 99 9.40 1.31 16.33 3.92 121.84 57.59 102 8.93 1.90 14.71 3.67 96.53 45.63 105 8.51 1.04 11.33 3.98 54.72 25.86 107 10.41 2.87 18.47 2.55 162.06 76.61 109 11.25 2.73 20.65 3.23 209.28 98.93 112 9.80 1.68 12.48 3.58 69.40 32.80 116 9.75 1.35 13.62 3.33 83.46 39.45 118 11.56 2.27 11.30 4.44 58.52 27.66 119 9.93 1.08 15.14 3.22 105.07 49.67 121 9.27 1.82 11.87 3.19 61.58 29.11 124 9.95 1.39 12.12 1.79 65.51 30.97 128 9.98 2.02 14.71 2.88 98.96 46.78 130 10.40 1.30 13.73 2.13 86.22 40.76 131 9.62 1.28 14.77 2.84 98.95 46.77 132 9.36 0.74 16.84 3.79 130.06 61.48 133 7.47 1.13 10.44 2.88 44.68 21.12 134 8.94 1.57 14.56 3.39 94.43 44.63 139 9.54 3.47 13.25 5.05 78.36 37.04 143 9.10 0.59 11.51 2.75 57.42 27.14 144 11.10 2.63 13.30 4.07 81.87 38.70

家系編號(hào)Family number平均高/m Mean height高標(biāo)準(zhǔn)差Height standard deviation平均胸徑/cm Mean DBH胸徑標(biāo)準(zhǔn)差DBH standard deviation生物量/kg Biomass碳儲(chǔ)量/kg CS 150 9.78 2.19 12.36 2.60 68.00 32.14 152 9.20 2.08 11.16 4.58 53.98 25.52 153 10.17 2.07 12.37 3.42 68.74 32.49 155 10.48 0.82 13.81 2.23 87.48 41.35 157 12.35 2.55 16.87 3.49 139.13 65.77 158 9.94 1.59 14.69 3.58 98.56 46.59 159 8.88 1.02 14.86 3.40 98.41 46.52 160 9.78 0.87 14.40 2.56 94.13 44.49 CK 10.47 1.76 14.27 3.99 93.84 44.36

2.3 遺傳參數(shù)分析

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)15 年生木荷包括胸徑、樹(shù)高等的基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)，利用SAS9.4 分析軟件，總結(jié)了樹(shù)高、胸徑以及碳儲(chǔ)量等的遺傳參數(shù)，主要包括選擇差、選擇強(qiáng)度、選擇響應(yīng)、表型增益和遺傳增益等。結(jié)果顯示，候選5 個(gè)家系碳儲(chǔ)量遺傳增益大于40%，選且擇差較小（表4）。經(jīng)SAS 分析得出家系遺傳力為0.667～0.746。

表4 15 年生木荷優(yōu)良家系樹(shù)高、胸徑、碳儲(chǔ)量遺傳參數(shù)Table4 Genetic parameters of height,diameter at breast height,carbon storage of 15-year-old Schima superba families

3 結(jié)論與討論

木荷是我國(guó)南方亞熱帶地區(qū)重要的用材樹(shù)種，其適應(yīng)性強(qiáng)，可在貧瘠干旱地區(qū)生長(zhǎng)，從固碳增匯角度出發(fā)，且木荷各家系間含碳率差異較小[9]，故以木荷的樹(shù)高、胸徑作為重要的生長(zhǎng)性狀數(shù)據(jù)，測(cè)算木荷的碳儲(chǔ)量，通過(guò)遺傳相關(guān)系數(shù)計(jì)算，得出以下結(jié)論。

（1）15 年生71 個(gè)木荷半同胞家系測(cè)定林碳儲(chǔ)量差異性較大。15 年生木荷各家系的碳儲(chǔ)量分布在15.21～98.93 kg 之間，最高值是最低值的6.5倍，相對(duì)于對(duì)照CK，有50%的家系呈正増長(zhǎng)。

（2）木荷測(cè)試林的性狀遺傳穩(wěn)定。木荷遺傳力較高，其家系遺傳力在0.667～0.746 之間，說(shuō)明其性狀主要由遺傳因素決定。區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)也驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)，入選的優(yōu)良家系在不同地點(diǎn)、不同環(huán)境條件下生長(zhǎng)趨勢(shì)與測(cè)定林保持一致，說(shuō)明遺傳力較高。

（3）綜合考慮胸徑因子和樹(shù)高因子，采用雙元公式[8]，結(jié)合選擇差、選擇強(qiáng)度、選擇響應(yīng)、表型增益和遺傳增益[10-12]，篩選出性狀遺傳穩(wěn)定，碳儲(chǔ)量增益較大的109、5、84、24、28 等5 個(gè)優(yōu)良家系，該優(yōu)良家系可應(yīng)用于次生林改造、防火林帶建設(shè)、針闊混交林營(yíng)建等，適生范圍廣，可有效提高營(yíng)造林固碳增匯能力，特別是在土壤相對(duì)貧瘠或干旱地區(qū)[13]。