適合雪峰山區(qū)的杉木大徑材無性系選擇

徐清乾， 張 勰， 黃 帆， 王湘瑩， 徐少東，蔣宏春， 楊海英， 彭 偉

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.會同縣廣坪國有林場， 湖南 會同 418300； 3.會同縣坪村鎮(zhèn)人民政府， 湖南 會同 418300； 4.攸縣林業(yè)科學(xué)研究所， 湖南 攸縣 412300)

實行林木良種戰(zhàn)略是林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，采用良種造林是高效培育杉木大徑材的首要前提條件。北歐國家及加拿大在云杉上，美國在火炬松及花旗松上，新西蘭和澳大利亞在雜種松利用上已把優(yōu)良雜交組合的混合無性繁殖作為近期重點發(fā)展方向，并逐步向遺傳測定的無性系林經(jīng)營過渡。國內(nèi)的研究和營林實踐已證明，經(jīng)營無性系林是提高林分產(chǎn)量、降低加工成本、穩(wěn)定終點品質(zhì)的重要保障[1-2]。湖南20世紀(jì)80～90年代營造了大量的杉木無性系(扦插)測定林，現(xiàn)在部分保存完好，本文利用會同縣原有試驗林近期調(diào)查數(shù)據(jù)，選擇出適合在雪峰山區(qū)培育杉木大徑材的優(yōu)良無性系，以便在生產(chǎn)中應(yīng)用推廣。

1 試驗地概況

試驗地位于雪峰山區(qū)會同縣廣坪國有林場地靈鄉(xiāng)大坡村科研基地，中心點地理坐標(biāo)109°36′34″E，26°41′50″N，屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，光熱充足，氣候溫和，雨量充沛。年均日照1 480 h，日均氣溫17.2 ℃，年均降水量1 470 mm，年均相對濕度81.6%，年均無霜期288 d。海拔360～440 m，坡度25°。林地土壤為板頁巖發(fā)育而成的山地紅黃壤，平均土層厚70 cm，有機(jī)質(zhì)含量2.4%，pH值6.6，立地指數(shù)20級，是高效培育杉木大徑材理想地。試驗林行列成直線放樣，初植密度為1 800株·hm-2，按40 cm×40 cm×35 cm穴規(guī)整地，每株施尿素0.5 kg作基肥，于1986年3月造林。通過1996年、2006年兩次間伐，現(xiàn)保留密度為1 050株·hm-2，造林后未施追肥。

2 研究方法

2.1 試驗設(shè)計

無性系測定林造林采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(即RCB設(shè)計)。參試材料26個，其中扦插繁殖的無性系25個，本地會同種源生產(chǎn)種對照(CK)1個。按坡位重復(fù)5次，4株單列小區(qū)，順坡排列。

2.2 數(shù)據(jù)采集

2020年12月，對35年生的會同杉木無性系測定林胸徑、樹高進(jìn)行每木測定。

2.3 指標(biāo)計算方法

對于活立木，杉木大徑材指胸高1.3 m處帶皮直徑達(dá)到25 cm以上的單株。

單株立木材積計算公式：

V單株材積=0.000 058 770 42D1.969 983 1H0.896 461 57

(1)

單位面積蓄積量計算公式：

V公頃蓄積=V單株材積平均值×N

(2)

單株出材量計算公式：

V單株出材量=0.000 036 024 375 8D1.947 520 76

H1.007 937 69

(3)

單位面積出材量計算公式：

V公頃出材量=V單株出材量平均值×N

(4)

式(1)(2)(3)(4)中:D—胸徑(cm)；H—樹高(m)；N為單位面積立木株數(shù)(1 050株·hm-2)。

單株立木出材率計算公式：

K單株出材率=V單株出材量/V單株材積

(5)

大徑材出材率計算公式：

K大徑材出材率=V大徑材總出材量/V蓄積

(6)

式中:V大徑材總出材量為單位面積大徑級立木總出材量(m3·hm-2)；V蓄積為單位面積所有立木的總蓄積(m3·hm-2)。

方差分析的線性模型：

Yijk=μ+Fi+Bj+εijk

(7)

式中:Yijk為第i造林材料在第j重復(fù)中的第k個觀測值；μ表示群體平均值；Fi表示造林材料效應(yīng);Bj表示重復(fù)效應(yīng)；εijk表示機(jī)誤。重復(fù)和造林材料間的交互效應(yīng)不作計算[3-5]。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析軟件采用Excel 2010 和 SPSS 19.0。

3 結(jié)果與分析

3.1 胸徑、樹高、單株材積方差分析

樹高、胸徑、單株材積方差分析結(jié)果列表1。由表1可知，無性系之間平均樹高、胸徑、單株材積的差異均達(dá)到極顯著水平。無性系生長水平的極不一致，為大徑材培育從平均樹高、胸徑、單株材積的生長速度角度選擇優(yōu)良無性系提供了科學(xué)依據(jù)[6-7]。同樣，各重復(fù)(不同立地條件)之間以上指標(biāo)的差異也達(dá)到極顯著水平，說明選地對無性系生長也極其重要。

表1 樹高、胸徑、單株材積方差分析Tab.1 Variance analysis of tree height, DBH and individual volume來源因變量III 型平方和df均方FSig.樹高59 975.700301 999.2003 743.100.001模型胸徑93 520.900303 117.400281.900.002單株材積51.180301.70661.300.004樹高45.390251.8163.400.003無性系胸徑942.8402537.7103.410.003單株材積2.295250.0923.300.003樹高65.550416.3906.140.015重復(fù)胸徑67.840416.9602.800.036單株材積0.28940.0722.590.041樹高267.0501002.670誤差胸徑605.0001006.050單株材積2.7821000.028 注: Sig>0.05為無顯著差異,0.01≤Sig<0.05為顯著差異,Sig≤0.01為極顯著差異。下同。

3.2 樹高、胸徑、單株材積多重比較

杉木無性系測定林各無性系樹高、胸徑、單株材積多重比較結(jié)果列表2。

表2 樹高、胸徑、單株材積多重比較Tab.2 Multiple comparison of tree height, DBH and individual volume among clones系號 樹高/m 胸徑/cm材積/(m3·株-1)系號 樹高/m 胸徑/cm材積/(m3·株-1)幼1522.2±1.42 a31.1±5.10 a0.841 1±0.305 5 a伐1822.3±0.80 a30.6±1.75 a0.807 3±0.103 6 a伐4221.6±1.02 a30.1±2.55 a0.781 7±0.148 8 a幼121.8±1.16 a29.9±5.31 a0.764 1±0.3019 a幼621.9±1.42 a29.7±4.77 a0.751 2±0.3025 a超121.7±0.83 a29.4±1.63 a0.738 9±0.099 1ab 伐4621.8±1.10 a29.0±3.46 ab0.708 4±0.180 8ab伐3121.6±0.59 a28.6±3.67 ab0.691 1±0.173 7 ab超321.0±1.02 ab28.6±2.48 ab0.696 2±0.132 1 ab幼821.4±0.70 ab28.3±0.84 ab0.675 9±0.049 9 ab幼5521.4±1.54 ab28.1±5.11 ab0.659 5±0.297 2 ab堡3121.3±0.62 ab27.8±1.34 ab0.646 7±0.065 7 ab伐1421.1±1.32 ab26.9±5.06 b0.593 7±0.244 9 b幼4421.1±0.72 ab26.8±0.54 b0.592 2±0.106 6 b超1920.8±0.71 ab26.6±0.82 b0.585 7±0.044 6 b伐3021.0±0.85 ab26.5±1.78 b0.576 8±0.092 1 b伐120.9±1.23 ab26.3±0.53 b0.565 7±0.111 2 bc伐1020.8±0.63 ab25.7±1.79 bc0.541 4±0.079 1 bc CK20.1±0.77 b24.6±2.79 c0.486 7±0.128 0 c超2220.2±1.31 b 24.6±4.20 c0.484 3±0.203 1 c超1620.3±1.01 b24.4±1.38 c0.472 2±0.066 6 c幼1419.8±1.28 b23.9±3.82 cd0.452 2±0.169 1 c伐3319.7±1.11 b23.6±2.46 cd0.439 9±0.106 6 cd超5019.6±0.93 b23.1±1.79 cd0.418 0±0.068 0 cd伐1919.5±1.77 b22.6±5.33 d0.395 9±0.230 0 cd伐3618.6±1.41 c21.2±4.04 d0.343 2±0.154 1 d平均20.926.90.604 2 注:按平均胸徑從大到小排序;小寫字母為LSD比較分級。下同。

由表2可知，各參試材料(無性系、對照)35年生平均樹高介于18.6～22.3 m之間，分為a、b、c 3個級別；平均胸徑介于21.2～31.1 cm之間，分為a、b、c、d 4個級別；平均單株材積介于0.343 2～0.841 1 m3·株-1之間，分為a、b、c、d 4個級別。材積生長前12名無性系幼1、幼6、幼8、幼15、幼55、伐18、伐31、伐42、伐46、超1、超3、堡31達(dá)到a級或ab級的較高水平[8]。

3.3 蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率方差分析

對35年生杉木無性系測定林各參試材料蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率進(jìn)行方差分析，結(jié)果列表3。

表3 蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率方差分析Tab.3 Variance analysis about volume and proportion, yield, outturn rate of large-diameter timber來源因變量III 型平方和df均方FSig.大徑材株比例5.757 0300.191 9085.300.000模型大徑材出材量2 172 7323072 424142.000.000大徑材出材率4.746 0300.158 2085.500.000蓄積量3 358 48530111 949135.400.000大徑材株比例0.192 8250.007 713.430.000無性系大徑材出材量64 212252 568.55.040.000大徑材出材率0.212 7250.008 514.600.000蓄積量143 210255 7286.930.000大徑材株比例0.033 440.008 353.710.000重復(fù)大徑材出材量4 26641 0662.090.002大徑材出材率0.027 140.006 773.660.000蓄積量8 99142 2472.720.001大徑材株比例0.225 01000.002 25誤差大徑材出材量50 985100509.85大徑材出材率0.185 01000.001 85蓄積量82 650100826.500 00

由表3可知，無性系之間蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率的差異均達(dá)到極顯著水平，說明各無性系蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率存在真實的遺傳變異[9]，為大徑材培育從出材角度選擇優(yōu)良無性系提供了科學(xué)依據(jù)。重復(fù)(不同立地條件)之間以上指標(biāo)的差異也達(dá)到極顯著水平，說明出材情況與立地條件密切相關(guān)。

3.4 蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率多重比較

對杉木無性系測定林各無性系蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率進(jìn)行多重比較，結(jié)果列表4。

表4 蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率多重比較Tab.4 Multiple comparison about volume and proportion, yield, outturn rate of large-diameter timber among clones系號大徑材株比例/%蓄積量/(m3·hm-2)大徑材出材量/(m3·hm-2)大徑材出材率/%伐18100.0±0.0 a848.1±128.4 a680.1±108.4 a80.2±0.0 a伐4693.3±12.3 a743.9±118.8 a596.5±116.9 a80.2±1.8 a幼691.8±12.7 a789.1±112.5 a597.5±101.2 a75.8±2.1 a伐1485.0±0.0 a623.4±114.3 ab472.4±91.2 ab75.8±2.0 a幼1582.7±9.7 ab883.6±113.1 a652.0±105.7 a73.8±3.5 a幼178.8±11.0 b802.7±82.7 a580.8±91.2 a72.4±3.4 ab幼880.0±11.2 ab692.4±102.6 ab499.9±93.4 ab72.2±3.7 ab堡3181.7±13.4 ab679.1±95.8 ab487.1±93.4 ab71.7±4.2 ab超175.6±7.8 b775.8±84.3 a552.6±93.4 a71.2±2.8 ab伐4270.0±8.2 b821.2±102.6 a583.8±103.2 a71.1±3.0 ab幼4475.0±9.3 b621.8±92.5 ab428.8±102.1 b69.0±3.3 b幼5576.0±8.8 b709.7±93.9 a485.1±93.6 ab68.4±3.2 b超373.3±10.5 b731.1±88.8 a495.8±94.6 ab67.8±3.6 b伐172.7±9.0 b594.0±82.8 b383.7±82.9 bc64.6±2.8 bc伐3166.7±7.3 bc725.7±87.8 a465.6±87.7 ab64.2±2.5 bc伐1075.0±8.7 b568.5±73.9 b347.1±82.9 bc61.1±2.6 c

續(xù)表4 蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率多重比較Continued Tab.4 Multiple comparison about volume and proportion, yield, outturn rate of large-diameter timber among clones系號大徑材株比例/%蓄積量/(m3·hm-2)大徑材出材量/(m3·hm-2)大徑材出材率/%超1961.5±7.7 bc615.0±72.4 b366.0±83.9 bc59.5±2.2 c伐3054.5±6.2 c605.6±68.3 b359.9±83.9 bc59.4±2.3 cCK50.0±5.8 c511.3±66.7 bc257.5±74.8 c50.4±2.3 cd幼1440.0±5.5 cd474.8±52.8 c214.3±75.4 c45.1±2.2 cd超2236.4±5.1 cd508.5±50.6 bc196.5±60.7 c38.6±2.0 d伐3327.3±4.4 d461.9±66.8 c157.9±58.1 c34.2±1.9 d超1622.2±4.7 d495.8±38.7 c131.1±57.7 c26.4±1.8 e伐3618.2±4.1 e360.3±32.8 d91.9±55.9 cd25.5±1.7 e超5018.2±4.5 e438.9±26.2 cd97.6±51.3 cd22.2±1.5 e伐1918.2±4.3 e415.7±21.4 cd88.6±65.8 d21.3±1.6 e平均61.8634.4395.058.5注:按大徑材出材率從大到小排序。

由表4可知，各參試材料(無性系、對照)35年生大徑材株比例介于18.2%～100.0%之間，分為a、b、c、d 、e 5個級別；蓄積量介于360.3～883.6 m3·hm-2之間，分為a、b、c、d 4個級別；大徑材出材量介于88.6～680.1 m3·hm-2之間，分為a、b、c、d 4個級別；大徑材出材率介于21.3%～80.2%之間，分為a、b、c、d、e 5個級別；大徑材出材率前10名無性系為幼1、幼6、幼8、幼15、伐14、伐18、伐42、伐46、超1、堡31，其均達(dá)到了a級或ab級的較高水平[10-11]。

3.5 高產(chǎn)大徑材優(yōu)良無性系選擇

綜合表2各無性系平均樹高、胸徑、單株材積和表4各無性系蓄積量及大徑材的株比例、出材量、出材率，以生長量指標(biāo)與出材量指標(biāo)均達(dá)到a級或ab級較高水平為標(biāo)準(zhǔn)，評選出幼1、幼6、幼8、幼15、伐18、伐42、伐46、超1、堡31等9個高產(chǎn)大徑材優(yōu)良無性系[12-14]。該批優(yōu)良無性系35年生時平均樹高達(dá)21.3 m以上，胸徑達(dá)27.8 cm以上，單株材積達(dá)0.646 7 m3以上，大徑材的株比例達(dá)70.0%以上，蓄積量達(dá)679.1 m3·hm-2以上，大徑材出材量達(dá)487.1 m3·hm-2以上，大徑材出材率達(dá)71.1%以上。7項指標(biāo)相比本地會同種源及試驗林平均值的增益列表5。

表5 高產(chǎn)大徑材無性系增益Tab.5 Gain of high yield large-diameter timber clones %統(tǒng)計指標(biāo)優(yōu)良無性系相比當(dāng)?shù)胤N源增益優(yōu)良無性系相比試驗林平均值增益樹高6.01.9胸徑13.03.3單株材積32.97.0蓄積32.87.0大徑材比例40.013.3大徑材出材量76.823.3大徑材出材率41.121.5

4 結(jié)論與討論

(1)杉木無性系之間平均樹高、胸徑、單株材積、蓄積量及大徑材株比例、出材量、出材率的差異均達(dá)到極顯著水平，無性系生長及出材情況的極不一致，為高產(chǎn)大徑材優(yōu)良無性系選擇提供了科學(xué)依據(jù)。

(2)本試驗評選出幼1、幼6、幼8、幼15、伐18、伐42、伐46、超1、堡31等高產(chǎn)大徑材優(yōu)良無性系9個，35年生時蓄積量達(dá)679.1 m3·hm-2以上，大于當(dāng)?shù)胤N源32.8%；大徑材株比例達(dá)70.0%以上，大于當(dāng)?shù)胤N源40.0%；大徑材出材量達(dá)487.1 m3·hm-2以上，大于當(dāng)?shù)胤N源76.8%。

(3)在杉木人工選育的雜合群體和天然群體的基礎(chǔ)上，通過選擇優(yōu)良個體，以其實生苗或無性苗建立采穗圃，再從采穗圃采集根際萌條進(jìn)行扦插形成無性系造林是杉木無性系林的主要繁殖途徑。其優(yōu)點是無性系可以將優(yōu)良基因復(fù)制性的傳下去，保障其優(yōu)良品質(zhì)保持相對不變[15-16]。

(4)無性系育種是工業(yè)原料林育種的重要發(fā)展方向，如巴西桉樹無性系林占領(lǐng)世界闊葉材紙漿市場的份額已是有目共睹，剛果和南非也把發(fā)展桉樹無性系作為提高單位面積紙漿纖維產(chǎn)量的基本策略。本試驗的參試杉木無性系只在雪峰山區(qū)造林測試，沒有在省內(nèi)布局3個區(qū)試點，故選擇出的9個高產(chǎn)大徑材優(yōu)良無性系，只局限于雪峰山區(qū)域應(yīng)用，若在其他區(qū)域推廣需進(jìn)一步作引種試驗。