杉木優(yōu)良無性系采穗圃復(fù)壯技術(shù)

李 勇

(福建省洋口國有林場，福建 順昌 354000)

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook)是我國南方重要的造林樹種，因其具有速生、豐產(chǎn)和材質(zhì)優(yōu)良等特點被廣泛種植，主要分布在我國南方16個省區(qū)[1]。據(jù)第八次全國森林資源清查結(jié)果顯示，杉木人工林面積占我國人工喬木林面積的19.01%，蓄積量占人工林蓄積量的25.18%，面積和蓄積量均居于我國主要造林樹種人工林的首位，因此在我國林業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位[2]。近年來，隨著生活水平的不斷提高，國家和社會對木材的需求不斷增加，杉木人工林造林面積不斷增大，對杉木優(yōu)質(zhì)苗木的需求也不斷增加。目前，杉木苗木的繁育主要以有性繁殖如種子繁殖為主，然而由于有性繁殖會使后代發(fā)生基因重組，導(dǎo)致后代發(fā)生遺傳變異，無法穩(wěn)定保持親本的優(yōu)良性狀，進(jìn)而極大地限制杉木優(yōu)質(zhì)苗木的規(guī)模化生產(chǎn)和杉木良種的推廣應(yīng)用。無性繁殖如扦插繁殖則能很好地克服有性繁殖帶來種種問題，保持親本優(yōu)良性狀，加快繁殖速度，縮短育種周期，從而提高經(jīng)濟(jì)效益，因此扦插育苗已逐漸成為杉木優(yōu)質(zhì)苗木培育的另一重要途徑[3-5]。然而杉木扦插育苗的規(guī)模和質(zhì)量主要取決于采穗圃生產(chǎn)的穗條數(shù)量和質(zhì)量。杉木采穗圃是集中生產(chǎn)大量優(yōu)良品種穗條的基地，同時也是杉木扦插繁殖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采穗圃管理技術(shù)的高低不僅直接關(guān)系到穗條的產(chǎn)量和扦插苗木的質(zhì)量，而且還會對扦插后幼苗的生長產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。因此，針對市場對杉木優(yōu)質(zhì)苗木需求不斷增加的背景下，開展杉木優(yōu)良采穗圃復(fù)壯技術(shù)研究，構(gòu)建適合于杉木優(yōu)良采穗圃的高效促萌技術(shù)體系，大幅提高杉木采穗圃穗條的產(chǎn)量和質(zhì)量，對于加快杉木優(yōu)良品種的推廣應(yīng)用，促進(jìn)杉木產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

早在20世紀(jì)90年代，我國就已經(jīng)有學(xué)者開展杉木采穗圃營建技術(shù)的研究[6-10]。近年來，一些學(xué)者圍繞圃地選擇、樹體管理和插條選擇、密度管理和培萌措施等方面對杉木采穗圃的營建以及管理措施展開了大量探索[11-17]，提高了杉木采穗圃穗條產(chǎn)量，降低了苗木生產(chǎn)成本。上述研究結(jié)果表明杉木采穗圃穗條的產(chǎn)量與管理措施，如水肥管理、修剪技術(shù)以及外源植物生長調(diào)節(jié)劑處理等管理技術(shù)密切相關(guān)。但是目前有關(guān)杉木采穗圃高效管理的技術(shù)體系尚未完全建立，特別是對于一些因人為疏忽而造成荒廢的采穗圃再利用的復(fù)壯技術(shù)研究鮮見報道。鑒于此，本文以建成多年的杉木采穗圃為研究對象，首先分析不同的“人為失管”因素(平伏干裸露、不施肥、干旱和樹冠不修剪)對采穗圃產(chǎn)量的影響；并在此基礎(chǔ)上開展相關(guān)采穗圃復(fù)壯技術(shù)研究，分析不同的管理措施(樹面重建、采條面重建和土壤改造和施肥)以及植物生長調(diào)節(jié)劑處理對杉木穗條產(chǎn)量的影響，探討不同管理措施和植物生長調(diào)節(jié)劑處理對采穗母樹促萌效果和穗條產(chǎn)量的影響，構(gòu)建與杉木優(yōu)良無性系采穗圃相配套的復(fù)壯技術(shù)體系，為杉木優(yōu)良無性系采穗圃的復(fù)壯提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料來源

試驗地位于福建省南平市順昌縣洋口鎮(zhèn)道坪村福建省洋口國有林場采穗圃，東經(jīng)117°53′、北緯26°50′，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。年均氣溫18.6 ℃，極端高溫43.3 ℃，極端低溫-6.8 ℃，年均降水量1300～2100 mm，年無霜期305 d。地形屬于武夷山脈的低山丘陵地帶，平均海拔300～700 m。參試采穗圃為2010年建立的“帶冠埋干”杉木采穗圃，建圃材料為2010年初從福建省洋口國有林場培育的杉木3代種子園實生后代群體中選擇的超級苗。

1.2 試驗設(shè)計與方法

1.2.1 “人為失管”因素對“帶冠埋干”采穗圃產(chǎn)量的影響 2012年，采用隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計對參試的采穗母樹進(jìn)行不同“人為失管”因素的處理。包括5個處理(X1：覆土減少，使部分平伏干裸露；X2：不施肥；X3：干旱；X4：樹冠不修剪；CK：以正常管理的采穗母樹作為對照。每個處理(試驗小區(qū))包含5株采穗母樹，重復(fù)3次。經(jīng)過180 d處理之后，連續(xù)調(diào)查8—10月的穗條產(chǎn)量(指有效穗條產(chǎn)量。有效穗條，即頂芽飽滿，葉輪生，莖≥0.2 cm的出土的萌芽條)。

1.2.2 “人為失管”的“帶冠埋干”采穗圃復(fù)壯技術(shù) 2013年，在“人為失管”1 a的“帶冠埋干”杉木采穗圃中選擇生長狀況中等的采穗母樹35株(2010年建成)作為試驗材料，進(jìn)行復(fù)壯技術(shù)處理，并與立地類型相似的相鄰地塊新建2 a的采穗圃平均穗條產(chǎn)量進(jìn)行比較。對于“人為失管”的采穗圃采取的復(fù)壯技術(shù)處理措施為：①樹冠重建(通過截干，將樹干降到40 cm高度，將殘留的側(cè)枝從距離主干5 cm處截斷；在主干、一級側(cè)枝的截口至下方3 cm左右部位涂抹細(xì)胞分裂素20 mg·kg-1，促進(jìn)潛伏芽萌發(fā)；待萌條長出一輪側(cè)枝后，輪枝以上剪除，隨后用馬來酰肼2.6 g·kg-1、6-BA 65.5 mg·kg-1處理樹冠)；②采條面重建(在離平伏干1～1.5 cm處將新生萌條平茬，接著用沾有IAA 36.5 mg·kg-1的棉花平敷切口；對萌蘗幼樹經(jīng)平茬保留的干基密度過大的，需沿平伏干截除一部分干基，調(diào)整至合理密度，截口平敷用生長素濕潤的棉花團(tuán)；而對于局部干基太稀的，則用利刃刻傷平伏干樹皮，隨后用IAA 40 mg·kg-1將切口噴霧濕潤；處理結(jié)束，取掉棉花團(tuán)，覆上土壤，適當(dāng)壓實，用清水澆濕；待萌條出土7～8 cm時，在距離平伏干高度1～2 cm處平茬，保留下來的芽基用IAA 40 mg·kg-1噴濕，然后覆土，覆土高度6～7 cm)；③土壤改造與施肥(在處理萌蘗和平伏干前，進(jìn)行除草、松土和施肥作業(yè)，每株施0.5 kg專用肥，隨后覆蓋在平伏干、干基、芽基上，覆土高度6 cm；整理施肥溝，深挖50 cm，以后每月定量在施肥溝內(nèi)施專用肥)。以上處理完成后，噴甲基托布津500倍液滅菌，搭弓棚覆蓋薄膜，到3月初撤除竹弓棚、薄膜，進(jìn)入正常管理，并開始采條。調(diào)查2015年3月—2016年2月的穗條產(chǎn)量，與新建2 a的“帶冠埋干”采穗圃中采穗母樹的同期穗條產(chǎn)量進(jìn)行比較。

1.2.3 “人為失管”的“帶冠埋干”采穗圃植物生長調(diào)節(jié)劑和施肥處理效果對比試驗 為進(jìn)一步優(yōu)化采穗母樹復(fù)壯技術(shù)，2015年1月在前期“帶冠埋干采穗圃”復(fù)壯研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用4因素二元回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計研究萌蘗幼樹干基截口平敷棉花團(tuán)蘸IAA濃度(y1)、時間(y2)、平伏干刻傷后IAA噴霧處理濃度(y3)和土壤改良施放專用肥用量(y4)對采穗圃復(fù)壯效果的影響，以萌蘗幼樹干基截口平敷棉花團(tuán)蘸IAA濃度、處理時間、平伏干刻傷后IAA噴霧處理濃度和土壤改良施放專用肥數(shù)量為主效影響因子(yi)，因素和水平見表1。每個組合處理50株的采穗母樹，共計處理1350株。以有效穗條產(chǎn)量為響應(yīng)變量(Z)，擬合二次回歸方程。同時，檢驗方程的擬合度，以獲得最優(yōu)的處理條件。調(diào)查統(tǒng)計各參試采穗母樹2015年5月—2016年4月的穗條總產(chǎn)量。

表1 因素和水平編碼表

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)利用SPL3419.0軟件進(jìn)行方差分析、差異顯著性檢驗和回歸方程建立模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同影響因素對“帶冠埋干”采穗圃母樹穗條產(chǎn)量的影響

采穗圃母樹平伏干上覆土減少致使部分平伏干裸露、不施肥、干旱和樹冠不修剪是采穗圃經(jīng)營管理過程中常見的由“人為失管”而引起的現(xiàn)象，這些“人為失管”因素對母樹穗條產(chǎn)量的影響見表2。從表2可以看出，與對照相比，不同處理下母樹穗條產(chǎn)量均呈現(xiàn)不同程度的下降，其中以樹冠不修剪對母樹穗條產(chǎn)量的影響最大，比對照下降81.41%；其次是平伏干裸露，比對照下降53.19%；干旱處理對母樹穗條產(chǎn)量的影響小于前者，其產(chǎn)量比對照下降35.03%；而不施肥對母樹穗條產(chǎn)量影響最小，其產(chǎn)量僅比對照降低18.24%。方差分析結(jié)果表明，不同因素對母樹穗條產(chǎn)量存在極顯著的影響(P<0.01)。由此可見，在杉木采穗圃管理中，樹冠修剪是影響母樹穗條產(chǎn)量最關(guān)鍵的因素。

2.2 復(fù)壯技術(shù)對杉木“伏干埋干法”采穗圃母樹穗條產(chǎn)量的影響

經(jīng)復(fù)壯處理的采穗母樹年平均生產(chǎn)有效穗條數(shù)量為1653.6條·株-1，顯著大于對照處理(1468.4條·株-1)。經(jīng)t檢驗差異達(dá)極顯著水平(t=16.206>t0.01(35)=2.724)。復(fù)壯處理不僅能有效恢復(fù)“人為失管”采穗圃母樹穗條的生產(chǎn)能力，而且通過復(fù)壯后采穗圃的穗條產(chǎn)量比新建采穗圃穗條產(chǎn)量更高。

表2 不同處理對穗條產(chǎn)量的影響

2.3 不同植物生長調(diào)節(jié)劑處理對杉木“帶干埋冠法”采穗圃母樹穗條產(chǎn)量的影響

從表4可以看出，在4個一次項中，所有系數(shù)均為正數(shù)，表明這些因素對穗條產(chǎn)量均具有正向的調(diào)控作用，在一定范圍內(nèi)提高這4個因素的值能增加穗條產(chǎn)量。4個一次項中系數(shù)從大到小排序為：y2>y1>y4>y3，表明這4種影響因素對母樹產(chǎn)量的影響由大到小依次為：干基截口平敷蘸IAA處理時間>IAA濃度>土壤改良施放專用肥用量>平伏干IAA噴霧處理濃度。另一方面，在交互作用中，y1y2、y1y3、y1y4、y2y3、y2y4、y3y4的系數(shù)同樣均為正數(shù)，說明4個因素對穗條產(chǎn)量形成的調(diào)控中具有協(xié)同的交互促進(jìn)作用。其中，y1y4的系數(shù)最大，達(dá)97.6642，說明干基截口IAA處理濃度與土壤改良施肥量的交互作用對最終穗條產(chǎn)量的影響最大；而y3y4的系數(shù)最小，僅為16.1615，說明平伏干刻傷后IAA噴霧處理濃度和土壤改良施放專用肥用量的交互作用對最終穗條產(chǎn)量的影響最小。此外，由表5可知，在α=0.05時，該模型失擬不顯著，回歸顯著；在α=0.01時，回歸達(dá)到極顯著程度。決定系數(shù)R2為93.72%，表明該模型與實際情況擬合良好。

表3 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣及試驗結(jié)果

表3(續(xù))

*：表中穗條產(chǎn)量為處理后整1 a的有效穗條產(chǎn)量。

表4 回歸方程系數(shù)估算

表5 母樹穗條產(chǎn)量回歸模型的擬合測驗

2.4 植物生長調(diào)節(jié)劑優(yōu)化試驗結(jié)果的驗證

根據(jù)數(shù)學(xué)原理，欲使總效應(yīng)最大，必須滿足目標(biāo)函數(shù)Z對各因素yi的一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，因此利用SPL3419.0軟件對試驗結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳植物生長調(diào)節(jié)劑和肥力組合處理：萌蘗幼樹干基截口平敷棉花團(tuán)蘸IAA 55 mg·kg-1處理13.6 min，平伏干刻傷后IAA 50 mg·kg-1噴霧處理，土壤改良施放專用肥數(shù)量0.82 kg·株-1，在此條件下，年有效穗條產(chǎn)量為2469.5條·株-1。為進(jìn)一步驗證結(jié)果的可靠性，在上述試驗范圍中隨機(jī)選取5組數(shù)據(jù)，在對應(yīng)條件下用回歸方程求算出回歸值Z，與試驗值進(jìn)行比較，結(jié)果見表6。實際值與模型計算值比較，誤差在-0.92%～5.23%之間波動，平均誤差±1.91%，表明本研究建立的穗條產(chǎn)量與不同植物生長調(diào)節(jié)劑和肥料組合關(guān)系的數(shù)學(xué)回歸模型是相對可靠的。

3 結(jié)論與討論

1)本研究表明覆土減少(使部分平伏干裸露)、不施肥、干旱、樹冠不修剪等4個因素，均會導(dǎo)致“帶冠埋干”杉木采穗圃母樹穗條產(chǎn)量下降，其中以樹冠不修剪對母樹穗條產(chǎn)量的影響最大。

表6 實測值與回歸值比較

2)杉木“帶冠埋干”采穗圃中如果發(fā)生由于人為失管引起的采穗母樹衰敗與退化，可采用包括樹冠重建、采條面重建和土壤改造和施肥在內(nèi)的復(fù)壯技術(shù)予以恢復(fù)，而且通過復(fù)壯的采穗圃母樹平均穗條年產(chǎn)量顯著高于建成后2 a的采穗圃母樹，不僅省時、費用低，而且高效。與前人研究結(jié)果類似[6，8-9，12]，本研究發(fā)現(xiàn)施肥和植物生長調(diào)節(jié)劑與穗條產(chǎn)量呈正相關(guān)，施肥和植物生長調(diào)節(jié)劑處理均能一定程度上增加穗條產(chǎn)量，而且復(fù)壯的采穗母樹穗條產(chǎn)量比新建第2年的采穗圃穗條產(chǎn)量還高。這可能由于“人為失管”的采穗圃采穗母樹因失管導(dǎo)致其萌芽能力暫時弱化甚至完全失去，降低對母樹養(yǎng)分的消耗，同時樹體營養(yǎng)生長還在繼續(xù)，旺盛的樹冠生長為復(fù)壯后穗條萌發(fā)、生長積累了大量碳水化合物和養(yǎng)分；而新建第2年采穗圃，由于母樹樹冠較小，營養(yǎng)積累少，導(dǎo)致穗條產(chǎn)量顯著低于前者。值得注意的是，對樹皮進(jìn)行切割的采條面重建是進(jìn)行采穗母樹復(fù)壯處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因為直接在平伏干上涂抹6-BA 20、50、100 mg·kg-1，其誘導(dǎo)效果并不明顯。這可能與平伏干長期暴露土外，在強(qiáng)烈日光照射下，使樹皮木栓化并增厚變硬，直接涂抹植物生長調(diào)節(jié)劑無法滲入組織內(nèi)部，導(dǎo)致效果不佳；而對樹皮進(jìn)行切割后涂抹植物生長調(diào)節(jié)劑，能使植物生長調(diào)節(jié)劑迅速滲入組織，從而在樹皮形成層薄壁細(xì)胞中誘導(dǎo)形成愈傷組織，再由愈傷組織分化出芽。綜上所述，對“人為失管”的“帶冠埋干”采穗圃，通過制定合理的復(fù)壯技術(shù)措施，可以有效恢復(fù)母樹穗條產(chǎn)量。

3)采用四因素二元回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，對采穗圃復(fù)壯技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，擬合得到多項式回歸方程模型為：Z=1380.3+85.6085y1+183.5306y2+5.8744y3+84.68y4+27.8352y1y2+89.8725y1y3+97.6642y1y4+49.6583y2y3+53.8057y2y4+16.1615y3y4- 13.3240y12-13.4583y22-5.4587y32-32.5614y42。獲得最佳采穗圃復(fù)壯處理條件：萌蘗幼樹干基截口平敷棉花團(tuán)蘸IAA 55 mg·kg-1處理13.6 min，平伏干刻傷后IAA 50 mg·kg-1噴霧處理，土壤改良施放專用肥數(shù)量0.82 kg·株-1。在此條件下，年有效穗條產(chǎn)量為2469.5條·株-1，與未經(jīng)優(yōu)化的采穗母樹年有效穗條產(chǎn)量1653.6條·株-1比較，增幅高達(dá)49.34%。