杉木種子園自由授粉子代測(cè)定及大徑材家系選擇

楊海英， 張 勰， 黃 帆， 劉曄嘉

(1.會(huì)同縣坪村鎮(zhèn)人民政府農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心， 湖南 會(huì)同 418302； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004；3.沅陵縣林業(yè)局, 湖南 沅陵 419699)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我國(guó)特有用材樹(shù)種，也是湖南省最重要的造林用材樹(shù)種之一。杉木生長(zhǎng)快，產(chǎn)量高，材性好，用途多，在湖南省廣泛栽植，深受產(chǎn)區(qū)群眾喜愛(ài)。我國(guó)杉木遺傳改良研究走在各樹(shù)種前列。我省在杉木種子園營(yíng)建、子代測(cè)定、人工林培育等方面已做了大量的工作[1-6]。長(zhǎng)期以來(lái)，由于市場(chǎng)對(duì)中小徑材的需求較大，杉木育種目標(biāo)旨在提高其速生性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)大徑材的需求與日俱增，如何高效培育大徑材已成為杉木商品林建設(shè)研究的一個(gè)熱點(diǎn)[7]。良種是林木速生豐產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是杉木大徑材培育的質(zhì)量保證[8]。上世紀(jì)八九十年代，湖南營(yíng)造了大量的子代測(cè)定林，部分現(xiàn)在保存完好。本研究利用25年生試驗(yàn)林調(diào)查數(shù)據(jù)，篩選一批適合本區(qū)域培育的杉木大徑材優(yōu)良造林材料，為杉木大徑材高效培育適用家系選育提供參考，以充分發(fā)掘保存杉木種質(zhì)資源的應(yīng)用潛力。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖南省會(huì)同縣林業(yè)科學(xué)研究所，中心點(diǎn)地理坐標(biāo)109°61′38″E，26°70′30″N，處于光熱充足、氣候溫和、雨量充沛的中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。年均日照時(shí)長(zhǎng)1 475 h，日均氣溫17.1 ℃，年均降水量1 446 mm，年均相對(duì)濕度81.4%，年均無(wú)霜期288 d。試驗(yàn)區(qū)處于中低群山延綿起伏、地形復(fù)雜的大環(huán)境，海拔240～430 m，坡度15°～25°。土壤為板頁(yè)巖發(fā)育而成的山地紅黃壤，土層厚度為60～80 cm，pH值6.1～6.7。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用的苗木為會(huì)同縣林業(yè)科學(xué)研究所杉木第1.5代種子園自由授粉子代1年生裸根苗。造林試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(即RCB設(shè)計(jì))，參試家系24個(gè)，以母樹(shù)林混合種為對(duì)照(CK)，重復(fù)4次，采用15株單列小區(qū)，順坡排列。1996年3月造林，株行距為2.5 m×2.5 m。造林后的前三年每年除草除萌2次，之后每年除草除萌1次，不施肥。2020年12月，調(diào)查每木胸徑。

2.2 研究方法

按照《杉木大徑材培育技術(shù)規(guī)程》(LY/T 2809—2017)[9]所規(guī)定的大徑材標(biāo)準(zhǔn)(指樹(shù)齡20年以上，胸徑≥25 cm的原木)，并參考相聰偉等[10]的方法設(shè)定立木徑級(jí)類型如下：胸徑≥25 cm為大徑材、16 cm<胸徑<25 cm為中徑材、6 cm≤胸徑≤16 cm為小徑材。

2.3 指標(biāo)計(jì)算方法

單株立木材積計(jì)算公式：

V=0.000 058 77042D1.969 983 1H0.896 461 57

(1)

大徑材出材量計(jì)算公式：

V規(guī)(原條)=3.602 437 58×10-5×D1.947 520 76×H1.007 937 69

(2)

出材率計(jì)算公式：K=V規(guī)(原條)/V

(3)

式(1)(2)(3)中:V為單株材積，單位m3；D為胸徑，單位cm；H為樹(shù)高，單位m。

以單株為單位進(jìn)行方差分析和遺傳參數(shù)估算，方差分析的線性模型為：

Yijk=μ+Fi+Bj+εijk

(4)

式(4)中:Yijk表示第i家系在第j重復(fù)中的第k個(gè)觀測(cè)值，μ表示群體平均值，F(xiàn)i表示家系效應(yīng)，Bj表示重復(fù)效應(yīng)，εijk表示機(jī)誤。其中,重復(fù)和家系的交互效應(yīng)不顯著，在模型擬合過(guò)程中予以舍棄。

家系遺傳力計(jì)算公式：

(5)

遺傳增益計(jì)算公式：

(6)

每個(gè)家系性狀育種值的估算公式：

(7)

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 21.0和ASReml-R 3.0 軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 家系胸徑生長(zhǎng)變異及遺傳力估算

杉木第1.5代種子園子代胸徑生長(zhǎng)性狀的方差分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，家系間胸徑生長(zhǎng)差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)，其表型變異系數(shù)(CV)為5.74%。杉木第1.5代種子園建園無(wú)性系雖經(jīng)歷了去劣留優(yōu)，但家系間差異仍然較大，這也為選擇優(yōu)良大徑材家系奠定了基礎(chǔ)。在方差分析結(jié)果顯著的基礎(chǔ)上，對(duì)各參試家系胸徑生長(zhǎng)性狀進(jìn)行遺傳力估算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)胸徑家系遺傳力為0.621，說(shuō)明胸徑生長(zhǎng)在家系水平上受較高的遺傳控制。

表1 杉木家系胸徑方差分析及遺傳力估算Tab.1 DBH variance and heritability estimation of the Chinese fir families家系平均胸徑/cmF值家系表型變異系數(shù)/%家系遺傳力單株遺傳力24.55±1.412.269**5.740.621±0.1770.141±0.102注:“**”表示在0.01水平上有顯著性差異。

3.2 家系胸徑生長(zhǎng)水平及育種值估算

由表2可知，25年生杉木家系平均胸徑最大值為28.59 cm，最小值為20.19 cm，平均胸徑靠前的家系為24、Ⅱ、33、20，平均胸徑分別為28.59 cm、27.50 cm、27.10 cm、25.52 cm；家系大徑材立木占比最大值為77.78%，最小值為9.09%。以胸徑生長(zhǎng)量為目標(biāo)，對(duì)參試的24個(gè)家系及1個(gè)對(duì)照系的育種值進(jìn)行估算并排序可知，24、33、Ⅱ、20等4個(gè)家系排名靠前，且明顯高于對(duì)照，育種潛力更大。

表2 家系育種值排名及胸徑生長(zhǎng)水平Tab.2 Breeding value rank and DBH growth levels of the Chinese fir familiescm家系號(hào)育種值排名平均胸徑家系號(hào)育種值排名平均胸徑24128.59 a±2.26441424.18 b±4.1133227.10 a±2.19371524.14 bc±2.64Ⅱ327.50 a±2.4521624.39 bc±2.9020425.52 ab±2.83401724.46 bc±1.7336525.37 ab±1.9051824.05 bc±2.449625.52 ab±1.44301923.85 bc±2.5931725.12 ab±2.23122023.42 bc±0.78Ⅲ825.48 ab±2.1242122.81 bc±1.4139925.09 ab±2.59CK2222.69 bc±1.5811024.89 ab±1.29322321.98 c±1.27251124.67 b±2.4782420.19 c±2.94431224.09 b±2.11Ⅰ2520.84 c±1.69111324.32 b±1.49 注: 各家系間不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上有顯著差異。

3.3 杉木家系各徑級(jí)立木占比及大徑材家系選擇

鑒于試驗(yàn)林為成熟林，適于立木徑級(jí)類別劃分。本研究進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)了家系內(nèi)大徑材、中徑材、小徑材立木占比，結(jié)果如圖1所示。大徑材、中徑材、小徑材立木占比變化范圍分別為9.09%～77.80%、22.22%～72.73%、0%～22.22%，大徑材立木占比變幅最大。大徑材立木占比靠前的家系為24、1、33、Ⅱ，分別為77.78%、65.22%、65.22%、61.54%。值得注意的是，24、33、Ⅱ這3個(gè)家系是上述所選家系中育種值靠前的家系。

圖1 杉木家系的徑級(jí)立木占比Fig.1 Ratio of trees at different diameter grade for the different Chinese fir families

鄭仁華[2]的研究表明，開(kāi)展家系選擇時(shí)，早期(4年生以前)采用低強(qiáng)度(入選率30%)進(jìn)行選擇，中期(7～10年生)以中等強(qiáng)度(入選率20%)選擇，后期(18年生以后)以高強(qiáng)度(入選率10%～15%)進(jìn)行決選?？紤]到試驗(yàn)林為25年生，故采用16%的入選率，綜合考慮育種值及大徑材出材率，終選出24、33、Ⅱ、20共4個(gè)家系為參試家系中培育大徑材的最優(yōu)家系(見(jiàn)表3)。入選家系平均胸徑≥25 cm占比為66.52%，平均遺傳增益為7.07%，平均大徑材出材率為66.97%，大徑材出材率變化范圍為62.33%～71.50%，平均大徑材出材率比CK提高了23.26%。

表3 杉木優(yōu)良家系遺傳增益及大徑材出材率Tab.3 Genetic gain and percentage of outturn of large-diameter timber of selected families%家系號(hào)育種值排名胸徑≥25 cm占比遺傳增益大徑材出材率大徑材出材率比CK提高比率24177.78 10.6771.5031.6033265.22 6.8866.0221.52Ⅱ361.54 7.8962.3314.7220461.54 2.8468.0125.18均值 66.527.0766.9723.26

4 結(jié)論與討論

林以種為本，種以質(zhì)為先。良種是定向培育杉木大徑材的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[11]，胸徑關(guān)乎木材產(chǎn)量，也是選育大徑材良種的首要指標(biāo)[7]。本研究分析了25年生湖南杉木第1.5代種子園自由授粉子代林的胸徑變異，篩選出了優(yōu)良家系，為培育大徑材提供了育種材料。試驗(yàn)結(jié)果表明，家系間胸徑差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)，其表型變異系數(shù)(CV)為5.74%，家系遺傳力為0.621。綜合考慮育種值及大徑材出材率，終選出24、33、Ⅱ、20共4個(gè)家系為參試家系中培育大徑材的最優(yōu)家系。入選家系平均胸徑≥25cm占比為66.52%，平均遺傳增益為7.07%，平均大徑材出材率為66.97%，平均大徑材出材率比CK提高了23.26%。

我省杉木遺傳改良工作開(kāi)始于上世紀(jì)八十年代，收集、保存、選擇、創(chuàng)制了一大批優(yōu)良的杉木種質(zhì)資源。歷經(jīng)三十余年，目前已進(jìn)入第三輪回選擇育種階段[12-13]。由于林木生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，以往的杉木遺傳改良都是以早期選擇和中期選擇為主[14-16]。本研究以胸徑生長(zhǎng)為選擇目標(biāo)，對(duì)25年生子代測(cè)定林開(kāi)展晚期決選，研究結(jié)果不僅為大徑材培育篩選了材料，也為高世代育種群體提供了建園材料。