鲁西南地区8个黑杨无性系生长性状比较研究

2016-12-15曹振玉台秀国杨振亚王树梅王显福曹帮华

西南林业大学学报 2016年6期

关键词：桑迪材积丹红

曹振玉台秀国杨振亚王树梅李波王显福曹帮华

(1. 山东农业大学森林培育重点实验室，山东泰安 271000；2. 鄄城县国有经济林一场，山东鄄城 274600)

鲁西南地区8个黑杨无性系生长性状比较研究

曹振玉1台秀国1杨振亚1王树梅1李波1王显福2曹帮华1

(1. 山东农业大学森林培育重点实验室，山东泰安 271000；2. 鄄城县国有经济林一场，山东鄄城 274600)

以鄄城县国有第一林场7个8年生美洲黑杨无性系 (丹红、桑迪、NL351、中菏1号、239、W07、T26) 试验林为研究对象，以欧美杨I-107为对照，通过每木检尺、树干解析，研究其生长动态及树高、胸径、材积、形数、冠幅、分枝角度、冠长率、根冠比等生长指标的差异性，并对8个无性系进行聚类分析。结果表明：8个无性系间树高、胸径、材积、分枝角度、根冠比差异显著；形数、冠幅、冠长率差异不显著。从生长动态看，丹红、桑迪生长量大，生长高峰出现早，且持续时间长，生长优于其余无性系；NL351、239生长变化规律与丹红、桑迪相似，但生长量小于前者；中菏1号、I-107、W07、T26整体生长量较低，生长高峰出现较晚。从聚类分析看，第8年树高、胸径、材积生长量相近的无性系归为一类，共分3类，生长量低 (I-107、中菏1号、W07、T26)、生长量中等 (NL351、239) 和生长量高 (桑迪、丹红)。

黑杨派；无性系；试验林；生长性状；聚类分析

杨树具有生长快、适应性广、易繁殖等特点，是平原地区重要的栽培树种，在人工用材林和生态林的建设中占有重要地位[1]。我国自20世纪50年代开始，在北方大规模营造以杨树为主的速生丰产林，目前，我国杨树人工林总面积约700万hm2，居世界首位[2]。黑杨派 (SectionAigeiros) 在杨树 (Populusspp.) 人工林栽培中占有重要经济地位。美洲黑杨 (Populusdeltoids) 原产于北美密西西比河沿岸，是美洲和欧洲重要的造林树种，美洲黑杨与欧洲黑杨的杂交种——欧美杨 (P.×euramericana) 的优良无性系在欧洲、北美洲和亚洲国家的杨木生产中占重要地位[3]。

我国自20世纪50年代开始有计划地引进黑杨派无性系，通过种内或种间杂交成功筛选出很多优良品系，如I-107 (Populus×euramericana(Dode) Guineir cl.‘74/76’)、丹红 (PopulusdeltoidsCL. Dan Hong.)、桑迪、NL351、W07、中菏1号、T26等，并得到了大面积的推广应用。但各地杨树栽植及经营条件和技术参差不齐，无性系生长差异显著，未能做到适地适无性系。生长迅速、生物量大是杨树无性系选育的重要指标。本研究对引进的8年生8个杨树无性系试验林进行分析，比较无性系间的生长能力，研究各无性系的生长规律，以期为筛选适宜山东地区推广的无性系良种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在山东省鄄城县国有第一林场，地处北纬35°22′，东经115°19′，位于黄河滩涂流域，属暖温带半湿润季风型大陆性气候，四季分明，雨热同季，春冬干旱多风、夏秋湿润多雨。年平均气温13.5 ℃，年均降水量589.2 mm，年均无霜期207 d，地下水资源量2.59亿m3，土质松散，土地肥沃，水、肥、气、热等供给协调，地理环境优越。

1.2 试验设计

试验用8个无性系于2008年春用1年生无性系扦插苗 (苗高2.5 m左右，地径3.5 cm左右) 营造试验林，采用随机区组设计，每小区9株，3次重复，造林密度3 m × 6 m，南北行向。试验林占地4.26 hm2，试验林四周设保护行 (5行)。造林前3年试验林每年10月上旬间作冬小麦，每年春季灌溉3次。

2015年1月对试验林进行每木检尺，测树高、胸径和冠幅。根据林分平均胸径和平均树高，在标准地中选出生长正常，无病虫害的平均木作为解析木，每个无性系3株。伐倒前，先准确标出胸径位置和南北方向，确定根径位置。伐倒后，进行树干解析，并用全挖法对根系进行挖掘，计算根冠比 (地上部鲜质量/地下部鲜质量)。

1.3 树干解析

杨树植株伐倒后，测量整株树干高度及每轮分枝的长度、粗度和角度。以2 m为1个区分段进行树干解析，采用中央断面积区分求积法，截取2～5 cm厚的圆盘。根颈处圆盘为0号盘，其他圆盘编号应依次递增标记。之后对圆盘工作面进行刨光处理，确定各圆盘年轮数、各龄阶直径和树高。

通过伐倒木区分求积法计算材积，其中，梢端不足1个区分段的视为梢头。计算方法如下：

第1区分段材积 (V1) 为：

V1=π/4 ×d2× 2.6/10 000

其余区分段材积为：V2=π/4 ×d2× 2/10 000

梢头材积 (V3) 为：V3=π/12 ×d2×l/10 000

式中：d为断面直径；l为梢头长。

总材积 (V) 为：V=V1+V2+V3

形数计算方法：胸高形数f1.3=V/g1.3h式中：V为立木材积；g1.3为胸高断面积；h为树干高度。

1.4 统计分析

试验数据采用SPSS统计软件处理。对无性系主要生长指标进行聚类分析，通过双因素和单因素方差分析对8年生杨树树高、胸径、材积生长量等生长性状进行差异性检验。

2 结果与分析

2.1 无性系生长动态

通过树干解析得到8个参试无性系每年的树高、胸径、材积值，经计算得出其平均、连年生长量和总生长量，并绘出生长动态折线图。

2.1.1 树高生长动态

各无性系间树高平均生长量差异极显著 (F=5.433，P=0.000)，林龄对树高平均生长量影响显著 (F=2.308，P=0.031)。随林龄的增加，丹红和桑迪树高平均生长量呈先上升后下降的趋势，第3年达最大值，后期下降缓慢；NL351、239、中菏1号、W07也呈先上升后下降的趋势，但高峰出现在第5年，且整体生长量较低；T26第2年生长量即达最大,后迅速下降；I-107前期生长较快，后期一直处于下降趋势 (图1)。无性系与生长年份之间交互作用不显著 (F=2.300，P=0.415)。

图1 树高平均生长量变化曲线

Fig.1 Growth curve of tree height

各无性系间树高连年生长量差异不显著 (F=0.434，P=0.879)，林龄对树高连年生长量影响极显著 (F=6.528，P=0.000)，各无性系年际间树高生长量变化较大，可能与气候等环境因素有关 (图2)。无性系与生长年份之间交互作用极显著 (F=1.806，P=0.005)。

图2 树高连年生长量变化曲线

Fig.2 Successive growth curve of tree height

各无性系间树高总生长量差异极显著 (F=6.665，P=0.000)，林龄对树高总生长量影响极显著 (F=291.573，P=0.000)。8个无性系树高总生长过程相似，其中丹红、桑迪树高总生长量增幅较大，表现为前期较小后期大；其他无性系生长量相差不大 (图3)。无性系与生长年份之间交互作用不显著 (F=0.454，P=0.999)。

图3 树高总生长量变化曲线

Fig.3 Total growth curve of tree height

2.1.2 胸径生长动态

各无性系之间胸径平均生长量差异极显著 (F=13.428，P=0.000)，林龄对胸径平均生长量影响极显著 (F=26.603，P=0.000)。各无性系胸径平均生长量总体呈先上升后下降的趋势，丹红、桑迪在第4年达到最大值，整个生长期生长量均保持较高水平；其余无性系在第5年生长量达最大值，其中对照I-107前期生长量较大，后期降幅大 (图4)。无性系与生长年份之间交互作用显著 (F=1.528，P=0.035)。

图4 胸径平均生长量变化曲线

Fig.4 Average growth curve of DBH

各无性系之间胸径连年生长量差异不显著 (F=0.852，P=0.547)，林龄对胸径连年生长量影响极显著 (F=20.057，P=0.000)。胸径连年生长量趋势呈单峰型，丹红、桑迪初始生长量较高且在第4年达到最大值；其余无性系均于第5年达到最大 (图5)。无性系与生长年份之间交互作用显著 (F=1.623，P=0.019)。

图5 胸径连年生长量变化曲线

Fig.5 Successive growth curve of DBH

各无性系之间胸径总生长量差异极显著 (F=16.040，P=0.000)，林龄对胸径总生长量影响极显著 (F=231.027，P=0.000)。各无性系生长量呈近 “S” 形增长，丹红、桑迪生长量始终较其他无性系大，NL351、239前期生长量较小，后期较大，增幅大；I-107杨前期生长量较大，第5年开始增速减小，第8年时总生长量最小 (图6)。无性系与生长年份之间交互作用不显著 (F=0.823，P=0.777)。

图6 胸径总生长量变化曲线

Fig.6 Total growth curve of DBH

2.1.3 材积生长动态

各无性系之间材积平均生长量差异极显著 (F=9.272，P=0.000)，林龄对材积平均生长量影响极显著 (F=184.992，P=0.000)。丹红、桑迪材积平均生长量较其他无性系大，丹红呈不断上升的趋势，第6年开始增速放缓，桑迪第7年开始减小；其余无性系生长量也呈不断上升的趋势，6年后增速变缓；I-107杨前期生长量小于丹红、桑迪，大于其他无性系，但后期增速缓慢 (图7)。各无性系与生长年份之间交互作用不显著 (F=0.510，P=0.968)。

图7 材积平均生长量变化曲线

Fig.7 Average growth curve of volume

各无性系之间材积连年生长量差异不显著 (F=0.918，P=0.496)，林龄对材积连年生长量的影响极显著 (F=44.026，P=0.000)。各无性系材积连年生长量总体呈先上升后下降的趋势，丹红、中菏1号、T26在第6年材积生长量最大，且丹红具有较大的优势；NL351、W07和T26则在第7年达最大；I-107第5、6、7年生长量基本不变，但总体生长量较小；桑迪第8年生长量达最大水平 (图8)。无性系与生长年份之间交互作用不显著 (F=0.701，P=0.918)。

各无性系之间材积总生长量差异极显著 (F=7.726，P=0.000)，生长年份对材积总生长量影响极显著 (F=333.444，P=0.000)。材积总生长量变化规律与材积平均生长量变化规律相似 (图9)。无性系与生长年份之间交互作用不显著 (F=0.691，P=0.926)。

图8 材积连年生长量变化曲线

Fig.8 Successive growth curve of volume

图9 材积总生长量变化曲线

Fig.9 Total growth curve of volume

2.2 参试杨树无性系生长性状的差异性比较

8个参试无性系8年累积树高、胸径、材积生长量指标，以及各个无性系的形数、分枝角度、冠幅、冠长率、根冠比等指标见表1。

由表1可知，无性系之间在树高、胸径、材积、分枝角度和根冠比上差异极显著。其中，树高生长量最大的前3位依次是丹红 (19.25 m)、桑迪 (18.43 m)、NL351 (17.70 m)；两两比较结果显示，丹红显著大于I-107及其他无性系，桑迪显著大于中菏1号和T26，NL351与其他无性系差异不显著。胸径生长量最大的前3位依次是丹红 (21.78 cm)、桑迪 (20.71 cm)，239 (20.32 cm)；两两比较结果显示，丹红与桑迪和239杨差异不显著，但显著大于其他无性系，桑迪和239显著大于W07，但与其他无性系差异不显著。材积生长量最大的前3位依次是丹红 (0.247 m3)、桑迪 (0.190 m3)、NL351 (0.183 m3)；两两比较结果显示，丹红显著大于其他无性系，桑迪、NL351与其他无性系差异不显著。综合生长量特性，丹红、桑迪和NL351优于I-107，其他无性系低于I-107或差异不显著。对于分枝角度，丹红最大 (59.67°)，显著大于其他无性系；其次是NL351 (52.1°) 和桑迪 (51.57°)，I-107分枝角度最小，为 (44.56°)。不同无性系之间根冠比变化范围为0.205～0.451，最大无性系是T26和239，其次是I-107、W07，NL351最小。无性系间形数、冠幅和冠长率无显著差异。

相关性分析表明，分枝角度与树高、胸径、材积呈极显著正相关，表明分枝角度是杨树生长的重要影响因子之一 (表2)；冠长率与树高、胸径呈显著相关，与材积没有显著相关性；根冠比和形数都与生长量呈负相关，其中形数与胸径呈极显著负相关；冠幅与胸径呈显著正相关，而与树高、材积相关性不显著。

表1 无性系生长性状及形数多重比较

表2 无性系生长性状与形态特征的相关系数

2.3 无性系间主要生长指标聚类分析

根据树高、胸径、材积生长量对各个无性系进行聚类分析，在欧式距离约10处将8个无性系分为3类 (图1)，第1类群包括I-107、中菏1号、W07、T26共4个无性系，该类群树高、胸径、材积生长量最小。第2类群包括NL351、239杨2个无性系，树高、胸径、材积生长量居中。第3类群包括桑迪、丹红，其特点为树高、胸径、材积生长量最大。

图10 8个无性系主要生长特性聚类分析

Fig.10 Cluster analysis of main growth characters of 8 clones

3 结论与讨论

山东省杨树工业用人工林从造林到砍伐时间一般不超过10 a，本研究结果为造林8 a后数据分析而得，与生产实际基本相符，对指导杨树工业用人工林营造选择杨树良种有重要参考意义[4-5]。

1) 林木胸径、树高和材积生长量是反映林木生长特性的重要指标，能够反映无性系在试验地区的生长特性表现情况[6]。对8个无性系的生长量比较发现，各无性系间在树高、胸径、材积生长量上差异明显。丹红生长量最大，显著大于其他无性系，在试验地表现出优良的速生、丰产性；其次是桑迪，树高、胸径、材积生长量都较大，在试验地区表现出较好的生长适宜性。对照I-107杨树高、胸径、材积生长量较丹红、桑迪小。通过对生长指标进行聚类分析，将8个无性系分为3类，同一类群无性系生长量相近：第1类包括I-107、中菏1号、W07、T26共4个无性系，该类群生物量最小，生长能力差；第2类群包括NL351、239杨2个无性系，该类群生物量居中，生长能力较好；第3类包括桑迪、丹红，该类群生长量最大，生长能力最强。

2) 无性系间在形态指标上也有显著差别。丹红分枝角度最大且显著大于其他无性系，冠长率也大；桑迪分枝角度和冠长率都较大；对照I-107杨分枝角度最小，冠长率也较小。树干分枝角度受遗传和环境两方面的影响，树冠内分枝角度的差异也是对周围环境适应的一种表现[7-8]，表明其对空间资源的利用程度[9]。分枝角度与树高、胸径、材积生长量之间均具有极显著的正相关性，说明分枝角度越大，对空间资源的利用能力越强，生长能力也就越强。树冠是树木进行光合作用的重要场所，冠幅大小影响树木的生活力和生产力，能够反映树木生长过程中的竞争水平[10]。冠幅与胸径生长量有显著正相关性，这与卢妮妮等的研究结果相似[11]。Monserud认为，冠长率是一个树木利用可获得资源来促进生长的能力指标[12]。冠长率与树高生长量、胸径生长量呈显著正相关。因此，丹红和桑迪的快速生长与其高的空间资源利用能力密切相关。根系作为植物吸收水分养分、合成激素等化学物质的重要器官，对地上部分生长发育以及生物量形成具有重要作用[13-14]。对于根冠比，虽然无性系之间差异显著，但与生长没有显著相关性，这表明无性系的适应方式对其生长没有显著影响，可能与其生存有关系。

3) 在树高、胸径、材积生长量的动态趋势上，无性系之间也有着显著差别。丹红3个指标的速生期早，且较为持久；桑迪生长量小于丹红但普遍大于其他无性系，连年生长趋势与丹红相似；I-107前期生长量较高，但持续时间短且后期下降快；其他无性系没有突出的表现。早期的快速生长有利于杨树更快成材，而维持较高的生长速率较长时间则有利于缩短轮伐期，对木材生产有着重要意义[15]。

黑杨派美洲黑杨和欧美杨在我国的适生区存在差异，欧美杨适宜我国华北中原地区栽植，而美洲黑杨在水热条件好的长江以北淮河以南地区生长更具优势[16]。所以I-107杨在山东被较早的引种并得到广泛种植。本试验中丹红、桑迪就生长表现来看优于107杨，可能是因为试验地鲁西南地区的气候偏暖，相比欧美杨，更适宜于美洲黑杨无性系的生长。同时，其速生期早且持续时间长，有利于尽早成材，缩短栽植周期，具有重要的现实意义。但丹红、桑迪能否在其他地区推广，还需进一步试验详细掌握其生物生态学特性、适生范围和对立地条件的要求，才可为这些杨树新品种的推广应用提供参考依据。

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(责任编辑赵粉侠)

Comparative Analysis on Growth Characters of 8 Clones ofPopulusdeltoidesin Southwest Shandong Province

Cao Zhenyu1, Tai Xiuguo1, Yang Zhenya1, Wang Shumei1, Li Bo1, Wang Xianfu2, Cao Banghua1

(1. Key Laboratory of Silviculture Ecology and Environment, Shandong Agricultural University, Taian Shandong 271000, China;2. State-owned Economic Forest Farm of Juancheng County, Juancheng Shandong 274600, China)

The growth indexes such as growth dynamics, tree height, DBH, volume, stem form-factor, crown diameter, branching angle, crown-length ratio and root-shoot ratio of 7 clones of 8-year-oldPopulusdeltoids(Dan Hong, Sang Di, NL351, Zhong He 1, 239, W07, T26) in State-owned forest farm of Juancheng County, withP.×euramericanaI-107 as control, were investigated by way of the wood seized feet and the stem analysis. The cluster analysis were performed in the 8 clones The result showed that height, DBH, volume, root-shoot ratio, branching angle had significant difference among different clones, height, DBH, volume growth of the difference of stem form-factor, crown diameter, crown-length ratio was not significant. The growth of Dan Hong and Sang Di was larger than the others, and the growth peak appeared early and lasted for a long time. The growth and change rule of NL351 and 239 were similar to Dan Hong and Sang Di, but the growth was smaller than that of the former. The overall growth of Zhong He 1, I-107, W07 and T26 was relatively low, and the growth peak appeared late. The eighth year clones with similar tree height, DBH and volume growth should be classified as a class from the results of cluster analysis. It was divided into 3 categories, low growth (I-107, Zhong He 1, W07, T26), medium growth (NL351, 239), high growth (Sang Di, Dan Hong).

SectionAigeiros, clone, test plantation, growth character, cluster analysis