经济林学科方向预测及其技术路线图

谭晓风，李新岗，李建安，曹福亮，3

（1.中南林业科技大学 经济林培育与保护教育部重点实验室，湖南 长沙 410004；2.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100；3.南京林业大学 南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037）

经济林学科（Non-wood forest discipline）是我国于1958年创立的林学二级学科，现在已得到国际社会和学术界的普遍认可。由于经济林产业的快速稳定发展，特别是在精准扶贫和乡村振兴中发挥的重要作用，经济林学科越来越显示其强大的生命力，已经成为林学一级学科的重要组成部分，成为林业产业的重点发展对象，经济林科学技术的显示度也越来越大。本文旨在对经济林学科的发展趋势、重点发展领域、重大技术、重点任务和未来发展路线图进行科学分析和中长期预测。

1 经济林与经济林学科

经济林（Non-wood forest）是指以生产果品、食用油料、饮料、调料、工业原料和药材等为主要目的的林木。经济林产品（Non-wood forest products, NWFPs）是指除用作木材以外树木的果实、种子、花、叶、皮、根、树脂、树液等直接产品或是经加工制成的油脂、食品、能源、药品、香料、饮料、调料、化工产品等间接产品，也称之为非木材（质）林产品。经济林是我国五大林种之一，也是五大林种中经济效益、生态效益和社会效益兼顾最好的林种。经济林产业是我国林业产业中的第一大产业，在我国精准扶贫和乡村振兴中发挥着无法替代的重要作用。经济林产业和学科建设是我国发达的林业产业体系、完备的林业生态体系和繁荣的森林文化体系的重要内容，是保障国家粮油安全的重要内容。根据经济林直接产品或间接产品的主要化学成分与主要经济用途，经济林树种资源主要划为八大类：木本食用油料类（Woody oil-bearing for eating）、木本粮食与果品类（Woody food and fruits）、木本药材类（Woody medicinal materials）、木本调料与香料类（Woody condiment and perfume）、木本饮料类（Woody drinks）、木本蔬菜类（Woody vegetables）、木本工业原料类（Woody industry raw materials）和其他经济林资源类。

经济林学科是在总结经济林产业技术和科学试验研究成果，吸收现代生命科学、园艺学等学科的科学理论成就以及技术成果的基础上，经系统归纳整理形成的林学重要的分支学科，是一门综合性强的应用学科。经济林学科由理论科学体系和技术科学体系组成。经济林学科的理论科学体系包括经济林树种的遗传学、生理学、生态学等科学内容，用来指导经济林生产中合理地利用环境资源和生物资源；经济林学科的应用技术科学体系,包括林业技术、生物技术和工程技术三个方面。这一技术科学体系具体地应用在经济林树种的资源类别与利用途径、良种选育、良种繁殖、优质丰产栽培、科学经营、产品加工、产品品质检验检测、商品流通等各个生产环节，支撑着经济林科技进步和产业发展。经济林学科领域覆盖经济林全产业链，设置有经济林资源、经济林育种、经济林栽培、经济林产品加工利用等4个学科方向。其科学体系应用在经济林树种的资源开发、遗传改良、良种繁殖、高效栽培、科学经营、产品贮藏加工、综合利用、产品销售等环节，支撑着经济林科技进步和产业发展。

2 经济林学科科学研究现状

2.1 经济林树种基础生物学研究

进入21世纪以来，随着组学技术的快速发展，国内外相继开展了20多个经济林树种的核基因组、叶绿体基因组和线粒体组的测序研究，以及蛋白组、转录组、代谢组等的相关研究。国内核基因组测序包括油桐Vernicia fordii、枣Ziziphus jujuba、山核桃Carya cathayensis、银杏Ginkgo biloba、杜仲Eucommia ulmoides、茶Camellia sinensis、桑Morus alba、猕猴桃Actinidia chinensis、沙棘Hippophae rhamnoides、橡胶树Hevea brasiliensis、麻风树Jatropha curcas、甜橙Citrus sinensis、柑橘Citrus reticulate、梨Pyrusspp.等，国外有核桃Juglans regia、番木瓜Carica papaya、咖啡Coffeaspp.、可可Theobroma cacao、白蜡树Fraxinus chinensis、油棕Elaeis guineensis等。通过基因组测序分析，注释了大量的功能基因。在多组学技术分析基础上，研究解析了经济林树种群体演化、甲基化与种群演化；驯化和演化历史、物种起源；糖酸风味驯化与品质形成、风味遗传基础、果实Vc 代谢和糖代谢；自交不亲和特性与石细胞代谢、非结构多酚合成、色泽的基因调控；油脂合成通路基因家族扩张、种子贮油机理、（油茶）种子角鲨烯代谢、脂肪酸生物合成；杜仲胶生物合成及抗逆机理、乙烯刺激产胶机理、橡胶合成基因扩张以及病虫防御等重要性状或代谢，发现很多重要驯化演化过程、品质形成与重要物质代谢机制，等等。这些研究成果显著提升了经济林树种的研究水平，为经济林树种的分子遗传学和分子育种研究奠定了良好的基础。

2.2 经济林种质创新研究

种质创新核心是种质改良和经济林科技创新的重要内容。经过两代人的持续工作，基本上摸清了我国主要经济林树种的遗传资源；建立了油茶Camellia oleifera、油桐、板栗Castanea mollissima、枣、柿Diospyros kaki、核桃、乌桕Sapium sebiferum等一些重要经济林树种的国家级种质资源圃54 个，国家重点经济林良种基地40 多处；在种质资源收集保存与种质资源库建设基础上，开展了遗传多样性评价和性状研究，初步开发了一批分子标记，正在着手对大量经济林树种种质资源进行系统评价工作；开展了部分经济林树种的杂交、自交试验，创制了一批新的种质资源；编写了《中国油茶品种志》等一批经济林树种的种质资源专著；为经济林树种的遗传改良及相关基础遗传学研究提供了材料。

经济林种质创新已经转向以优质、丰产、高抗、适应轻简化栽培的育种目标，以无性系育种为重点。传统的选择育种、杂交育种和引种驯化继续加强，倍性育种、细胞育种、分子育种等新技术已成为重要创新手段，大批种质资源，包括新物种、新品种、新株系、新基因，被发掘、选育或引进。目前，我国选育了大批的主要经济林树种优良无性系及家系。据不完全统计，我国各地通过审（认）定的经济林良种超过1 000 个，其中国审300 多个。

利用分子生物学手段开展经济林树种的遗传多样性、品种的分子鉴别、遗传图谱构建、重要基因分离克隆等基础研究工作，为我国进一步开展分子育种和科学经营提供了科学依据和基因材料。自交不亲和特性与机理的研究，为经济林树种品种配置和杂交育种提供了科学依据。在细胞水平的研究方面，已经在油茶、油桐、核桃、麻疯树等树种中开展，建立了一些树种的再生体系，为经济林树种的快繁和转基因育种奠定了基础。

2.3 经济林优质高效栽培技术及其栽培生理研究

优质安全省力高效栽培是经济林栽培的趋势。重点研究了经济林树种花芽分化与成花机理，筛选出高座果率的品种组合，建立了品种配置技术体系；探明了树体生长发育规律；开展了省力化树形培育，构建了新型树体管理模式；建立了叶片矿质营养诊断和科学施肥技术体系，以及高效肥水生态经营管理体系；针对经济林低产林问题，研究了低产林低产原因和有效的低产林改造技术。

经济林良种苗木繁育技术水平显著提升，无性繁殖和轻基质容器育苗技术广泛应用，核桃、板栗、柿子等一些含单宁物质高的树种嫁接及扦插技术取得突破，快速繁殖、苗木脱毒、工厂化设施育苗等技术有新的进展，采穗圃、轻型容器工厂化育苗、菌根化育苗、芽苗砧嫁接繁育等技术不断完善，并在生产上大面积应用。菌根化育苗有了新突破，大幅度提高了良种繁育能力和栽植成活率；组培技术不断普及，很多树种已建立了组培技术体系，有的已经实现工厂化育苗。

针对经济林的生态效益和品质安全问题，各地均积极开展了经济林生态经营和安全栽培模式研究，如北方山地生态经济林产业化体系建设技术、南方红壤丘陵经济林生态经营关键技术及浙江山核桃生态栽培技术，有效推动了经济林产业的“生态化”和优质高效安全生产。

经济林优质高产栽培理论基础不断完善。阐明了油茶、梨、锥栗Castanea henryi、枣、杏Armeniaca vulgaris、扁桃Amygdalus communis等经济林树种的雌雄配子体发育生物学基础。解析了梨等树种自交不亲和性机理，突破了我国自交不亲和性的技术瓶颈，解决了授粉品种优化配置和杂交育种亲本选择难题；探明了油茶营养元素和生长调节剂调控坐果方法，解决了我国油茶座果率低的技术问题。发现赤霉素和细胞分裂素是影响栗花性别分化的关键激素，突破了我国栗雌雄花比例失调的技术难题。

国外机械化和智能化在栽培管理及果品生产中应用广泛，包括土壤耕作、苗木培育、移栽嫁接、水肥一体、机械修剪与病虫防治、中耕除草、果品收获等方面都处于领先水平，如橄榄园修剪系统、核桃采摘机、疏花疏果机、山地果实传输带等，以及核桃耐冻性的生理建模，部分解决了核桃抗冻问题。

2.4 经济林产品加工利用与装备技术研究

经济林产品加工利用是经济林长期的重点研究领域，我国在木本粮油、特色干果、森林食品等主要经济林产品的贮藏、品质形成与保持、商品化处理、深加工技术等方面取得了一批研究成果，使经济林产品加工利用形成了较为完善的理论和技术体系。

经济林产品加工利用取得明显进步，在油茶、枣、仁用杏Prunus armeniaca、核桃、板栗、锥栗等大宗产品原料的特性和加工适应性方面，取得显著社会影响力，如六个核桃、好想你灰枣、大荔冬枣等；获批一批新资源食品，如杜仲籽油、茶叶籽油、牡丹籽油、美藤果油、盐肤木果油等。产品绿色安全加工方面，解决了油茶、核桃、板栗、枣、油桐等品质形成和品质控制、采后工业化处理、质量安全监控、节能高效加工、副产物精深加工等关键技术，质量标准制修订步伐明显加快。

加工剩余物多层次增值利用技术不断进步，如微波辅助乙醇沉淀法制备油茶籽多糖、生物酶解-醇提法从油茶籽粕制备茶皂素等，茶油加工剩余物用于饲料和肥料的复合发酵剂、高纯度茶皂素及油茶多肽等产品的开发。

针对经济林产品采摘困难、成本高等问题，油茶和核桃等果实采摘机械、果实脱壳机械的研制已经取得突破性进展；果品采后处理和装备研发已用于生产。欧美发达国家在原料、产品规模化贮藏保鲜、高值化加工利用与安全生产、产品开发方面处于世界先进或领先水平，值得学习借鉴。

3 经济林重点研究领域与热点

3.1 经济林基础理论研究领域

依托组学技术平台，研究经济林树种的成花机理、品质和产量形成、逆境生物学，以及产量、品质提升的调控机理与途径，重要性状功能基因解析等前沿性基础性问题。

3.2 经济林现代育种领域

种质资源评价、种质创新及分子标记辅助育种，突破性状定位基础上的品种选育，以及经济林良种化与种业工程技术研究与应用。

3.3 经济林高效栽培技术领域

明确特色经济林产业最佳优生区或优生区，优化特色经济林产业的区域布局，形成现代化的特色经济林产业技术体系，突破现代化经济林产业的关键技术，实施经济林机械化、轻简化和智能化栽培技术研究与应用。

3.4 经济林加工利用技术领域

经济林产品（原料）采后规模化处理与贮藏保鲜，经济林资源高值化加工利用，副产品的综合利用，经济林产品品质检测检验及其控制技术的研究与应用。

4 未来发展方向的预测与展望

4.1 未来发展方向

4.1.1 经济林重要性状遗传调控与产量品质形成机制

针对重要经济林树种的产量和品质提升，解析其分子遗传特性、开花特性与坐果调控机制，通过多组学技术，研究花芽分化、授粉受精及性别分化机制，自交不亲和性机制与调控；研究果实发育特性（含落花落果）及调控，木本油脂、木本淀粉及糖类、木本饮料重要成分的合成代谢途径及调控，染色体倍性形成演化与产量、品质的关系，光合产物运输、分配与调控，以及果实采后生理及品质形成，解析果实与种子发育特性与产量、品质提升的机制。围绕经济林土壤瘠薄、营养供应不稳和生境不协调等科学问题，开展生物固氮特性与机制，营养特性、土壤矿质营养平衡与调控，以及对各种不良环境胁迫的适应机制，解析经济林树种根系生物学特性及根际环境适应机制，为经济林优质高效栽培提供理论依据。

4.1.2 经济林种质创新与良种化工程技术

重点以经济林高效育种技术体系建立及新品种创制为核心，收集、保存、研究、评价经济林树种的种质资源，开发系列实用分子标记和基因芯片，构建核心种质群体、遗传作图群体和分子遗传图谱，对重要基因定位、克隆和功能研究，完善经济林常规育种体系，构建品种区域化测试技术平台，建立分子标记辅助育种体系、转基因育种体系、细胞工程育种体系和分子标记、基因芯片检测技术体系；研究重要经济性状的变异、遗传控制模式，研究亲本选配、聚合多性状种质创制，培育优质大果、早实丰产及成熟期、株型、果实均匀度等适应于机械化作业的经济林新品种；开展新品种区域化试验，研发新品种标准化和区域化测试体系，形成经济林良种化工程技术与产业基地。

4.1.3 经济林优质高效生产与机械化、轻简化和智能化栽培技术

重点研究优质高效、机械化和轻简化栽培技术体系；特色经济林优质高效栽培技术；特色经济林品种配置、花果管理和树体调控技术；重点区域特色经济林生态工程与生态化综合管理技术；特色经济林营养诊断、精准施肥、节水灌溉和水肥一体化技术，以及综合配套技术；构建特色经济林优质高效栽培技术体系，并进行集成与示范推广。

4.1.4 经济林产品采后处理与高值化综合利用技术

针对经济林种实采后加工、品质评价与综合利用的重大技术需求，以经济林深加工产品增值增效为目标，研究集约化采集和预处理加工技术，研究种实及加工产品贮藏、流通过程中物化品质变化途径与控制技术，建立快速监测和鉴伪的品质评价技术体系。研究特色经济林油品及加工剩余物综合利用节能型清洁生产控制技术，开发生物转化技术，解决特色经济林油脂、淀粉、蛋白、多酚和多糖等生物活性物高效富集与高附加值产品应用，通过中试实现对其采后加工性能和经济效益的综合评价，构建特色经济林产品的增值加工技术体系，延伸产业链，增加经济林产业附加值，进一步提高经济林效益。

4.2 重点技术

利用组学平台与技术，突破理论和技术瓶颈，揭示经济林开花结实、产量与品质形成、重要性状功能基因等基础性技术。

1）经济林重要性状形成机制与调控，经济林产量、品质形成与调控机制。经济林种质资源收集、保存与种质创新，杂交育种与分子辅助育种相结合，突破性状定位基础上的品种选育，以及经济林良种化与种业工程技术与应用。

2）经济林优异种质发掘、评价、种质创制及高效育种技术；生态经济型品种筛选及良种工程化技术。研究特色经济林最佳优生区，优化区域布局，构建特色经济林产业技术体系，研究经济林机械化、轻简化和智能化栽培技术与应用。

3）特色经济林优质高效生产关键技术，经济林机械化、轻简化和智能化高效栽培技术。经济林原料产品规模化贮藏与保鲜，经济林产品高值化加工利用。

4）经济林产品采后处理与规模化贮藏加工，产品增值加工与综合高值化利用。

5 国内经济林学科发展分析与学科规划路线图

5.1 战略需求

我国是世界第一大经济林生产国，经济林产业已成为我国林业的支柱产业和国民经济的重要门类。据2018年统计数据，我国经济林栽培总面积达4 133 万hm2，各类经济林产品年总产1.81 万t，经济林种植业和采集业年总产值（第一产值）达1.45 万亿元，占我国林业第一产业产值的近60%。经济林产业对于促进扶贫开发与产业富民、促进绿色增长与生态建设、保障粮油安全、促进山区治理与新农村建设等重大战略，均具有十分重要的意义。

经济林产业的迅速发展，使得社会对该学科人才需求和科技需求大为提升。近年来，党和国家从生态文明建设、扶贫开发、乡村振兴、维护粮食安全、食用油安全、能源安全、生态安全等战略高度，确立了经济林前所未有的重要地位，赋予经济林“生态富民产业”的新定位，提出“产业发展生态化”的总体思路，为经济林产业提供了新的发展机遇，成为众多地区发展绿色经济、促进绿色增长、增加农民收入和促进新农村建设的支柱产业。目前，我国的经济林产业发展还处于较低层次，整体技术水平、信息化水平和装备水平还较低，呈现出初级产业的典型特征。各地对经济林科学知识、先进技术和专业人才的需求强烈，也对经济林科技创新、人才培养和社会服务提出了新的更高的要求。经济林学科建设要符合国家战略性新型产业发展对科技和人才的实际需要，其发展前景十分广阔。

5.2 经济林学科发展路线图

围绕经济林基础研究、经济林育种、高效栽培、经济林产品加工利用，以及学科研究平台、人才队伍建设和产业试验示范基地，按照社会需求、问题链和创新链，形成未来经济林学科的7 大科技任务（图1），即任务链，构建学科技术路线图（图2）。

5.3 中短期（2018—2035年）发展规划

5.3.1 目 标

加强创新平台建设，统筹建立国家、省部级经济林重点实验室和技术创新中心，加快科学研究与产业需求的精准对接，促进自主创新和科技成果转化。加强经济林遗传改良、资源培育、高效栽培、精深加工、综合利用和前沿基础等方面研究，在种质创制与良种化工程、集约高效培育、生态经营模式、自然灾害防控、产品精深加工和资源高值化利用、机械装备技术等方向上整体实力达到国内领先、国际一流水平，全面提升经济林科技水平和对产业的支撑能力。

提升自主创新能力和科技支撑能力，建立经济林产业协同创新中心，设立经济林产业专家岗位体系，推进产业化和规模化经营，打造经济林现代产业，建成一批经济林产业示范基地和模式样板；树立经济林生态理念，探索经济林生态补偿机制，提高经济林综合效益和可持续经营能力。

图1 经济林学科的7 大科技任务Fig.1 Seven scientific and technological tasks of non-wood forest

以学科平台为载体，聚集优秀科技人才，培养有影响力的高水平创新团队，整体实力达到国际一流水平；加大经济林学科硕士、博士研究生培养力度，培养拔尖创新型和复合应用型人才。加强国际合作交流，创建经济林国际合作平台，建立经济林树种组学国际联合实验室，联合申报国际合作项目，联合培养优秀创新人才，举办国际学术会议，创办经济林学科英文学术刊物，促进经济林学科国际化。

5.3.2 主要任务

5.3.2.1 基础研究方面

重点研究解决经济林重要性状形成机制与调控，以及产量、品质形成与调控机制。研究揭示经济林开花结实、产量与品质形成、重要性状功能基因等基础性技术；关键栽培生理及其肥水效应、树形调控效应、逆境防御与适应。

5.3.2.2 育种研究方面

重点研究解决经济林优异种质发掘、评价及高效育种技术，以及生态经济型品种筛选及良种工程化技术。构建核心种质群体、遗传作图群体和遗传图谱，重要基因定位、克隆和功能研究，完善育种体系；种质资源收集、保存与种质创新，杂交育种与分子辅助育种相结合，突破性状定位基础上的品种选育；研究亲本选配、聚合多性状种质创制，培育优质丰产及熟期、株型、果实均匀度等适于机械化作业的新品种，以及良种化与种业工程技术与应用。

5.3.2.3 栽培方面

图2 经济林学科发展技术路线Fig.2 The technical routine of non-wood forest

重点研究解决特色经济林优质高效生产关键技术，以及经济林机械化、轻简化和智能化高效栽培技术。明确特色经济林产业最佳优生区或优生区，优化区域布局，构建特色经济林产业技术体系，研究经济林机械化、轻简化和智能化栽培技术与应用。

5.3.2.4 产品加工利用方面

重点研究解决经济林产品采后处理与规模化贮藏加工，以及经济林产品增值加工与综合高值化利用。研究集约化采集和预处理加工技术，研究经济林加工产品贮藏流通过程中物化品质变化途径与控制技术，建立快速监测和品质评价技术体系。构建区域特色经济林产品的增值加工技术体系，延伸产业链，增加经济林产业附加值，提高经济林产后加工的综合效益。

5.3.3 实现路径

5.3.3.1 面临的关键问题与难点

与发达国家及我国的园艺植物相比，我国经济林基础研究，以及育种、栽培和加工利用领域处于“总体跟跑、局部并跑”阶段，原始创新能力不足、突破性品种与关键技术有限、资金链-创新链-产业链衔接等问题突出，国际前沿性重大基础理论研究方面还有很大差距，种业、产业核心共性关键技术短板明显，成为制约我国经济林产业优质高效发展的瓶颈。

5.3.3.2 解决的策略

建立永久性的经济林种质资源收集、保存和评比试验研究基地，配备野外观测仪器和研究实验设备，推进经济林领域国家重点实验室建设，加大对经济林省部级重点实验室的投入，建立国家、省（部）经济林重点实验层级体系，支撑我国经济林产业发展。

加强人才培养，提升我国经济林学科硕士、博士研究生的培养能力和水平；以学科为平台，聚集优秀人才，培养具有影响力的高水平创新团队。我国幅员辽阔，经济林树种资源丰富，同时地域间具有很大区别，突破基础研究瓶颈，是经济林产业发展和技术进步的关键。

创新机制，整合经济林科技资源，协同创新与产学研合作，提升科技服务与研发能力、产业支撑技术、信息化技术和装备能力。加大科技投入，创新平台和学科建设、人才建设投入，以及经济林产业和加工领域的项目资金和政策保障。

5.4 中长期（2036—2050年）发展规划

经济林创新平台建设和创新能力建设显著提升，全国范围形成在国际上有影响的创新团队8～10 个和学科带头人15～20 人，人才培养体系不断完善，经济林人才培养质量显著提高。突破经济林优质高效安全生产，经济林产品规模化采后处理、贮藏保鲜及高值化加工利用的理论瓶颈，并在国际上产生重要影响；形成完善的经济林育种体系，大宗经济林树种都建有完善系统的资源评价体系，基本完成核心种质群体、遗传作图群体、遗传图谱和重要基因定位；油茶、核桃、红枣、板栗、柿等大宗经济林树种都有培育的特色品种，并形成规模化的良种化工程；30～50 个标志性经济林品种规模化应用，每个品种应用不少于2 万hm2，形成30 个以上的区域特色经济林高效栽培技术体系，机械化、轻简化和智能化程度提高50%以上，特色经济林国际化影响力大幅度提升；形成大宗经济林产品的综合加工利用、规模化采后处理与贮藏保鲜的技术体系和关键技术，经济林产品加工能力显著提升，占年产量的60%以上，加工增值促进经济林产业持续发展。