适合雪峰山区的杉木大径材无性系选择

徐清乾， 张 勰， 黄 帆， 王湘莹， 徐少东，蒋宏春， 杨海英， 彭 伟

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.会同县广坪国有林场， 湖南 会同 418300； 3.会同县坪村镇人民政府， 湖南 会同 418300； 4.攸县林业科学研究所， 湖南 攸县 412300)

实行林木良种战略是林业可持续发展的基础，采用良种造林是高效培育杉木大径材的首要前提条件。北欧国家及加拿大在云杉上，美国在火炬松及花旗松上，新西兰和澳大利亚在杂种松利用上已把优良杂交组合的混合无性繁殖作为近期重点发展方向，并逐步向遗传测定的无性系林经营过渡。国内的研究和营林实践已证明，经营无性系林是提高林分产量、降低加工成本、稳定终点品质的重要保障[1-2]。湖南20世纪80～90年代营造了大量的杉木无性系(扦插)测定林，现在部分保存完好，本文利用会同县原有试验林近期调查数据，选择出适合在雪峰山区培育杉木大径材的优良无性系，以便在生产中应用推广。

1 试验地概况

试验地位于雪峰山区会同县广坪国有林场地灵乡大坡村科研基地，中心点地理坐标109°36′34″E，26°41′50″N，属中亚热带湿润季风气候区，光热充足，气候温和，雨量充沛。年均日照1 480 h，日均气温17.2 ℃，年均降水量1 470 mm，年均相对湿度81.6%，年均无霜期288 d。海拔360～440 m，坡度25°。林地土壤为板页岩发育而成的山地红黄壤，平均土层厚70 cm，有机质含量2.4%，pH值6.6，立地指数20级，是高效培育杉木大径材理想地。试验林行列成直线放样，初植密度为1 800株·hm-2，按40 cm×40 cm×35 cm穴规整地，每株施尿素0.5 kg作基肥，于1986年3月造林。通过1996年、2006年两次间伐，现保留密度为1 050株·hm-2，造林后未施追肥。

2 研究方法

2.1 试验设计

无性系测定林造林采用完全随机区组设计(即RCB设计)。参试材料26个，其中扦插繁殖的无性系25个，本地会同种源生产种对照(CK)1个。按坡位重复5次，4株单列小区，顺坡排列。

2.2 数据采集

2020年12月，对35年生的会同杉木无性系测定林胸径、树高进行每木测定。

2.3 指标计算方法

对于活立木，杉木大径材指胸高1.3 m处带皮直径达到25 cm以上的单株。

单株立木材积计算公式：

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

(1)

单位面积蓄积量计算公式：

V公顷蓄积=V单株材积平均值×N

(2)

单株出材量计算公式：

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

H1.007 937 69

(3)

单位面积出材量计算公式：

V公顷出材量=V单株出材量平均值×N

(4)

式(1)(2)(3)(4)中:D—胸径(cm)；H—树高(m)；N为单位面积立木株数(1 050株·hm-2)。

单株立木出材率计算公式：

K单株出材率=V单株出材量/V单株材积

(5)

大径材出材率计算公式：

K大径材出材率=V大径材总出材量/V蓄积

(6)

式中:V大径材总出材量为单位面积大径级立木总出材量(m3·hm-2)；V蓄积为单位面积所有立木的总蓄积(m3·hm-2)。

方差分析的线性模型：

Yijk=μ+Fi+Bj+εijk

(7)

式中:Yijk为第i造林材料在第j重复中的第k个观测值；μ表示群体平均值；Fi表示造林材料效应;Bj表示重复效应；εijk表示机误。重复和造林材料间的交互效应不作计算[3-5]。

2.4 数据统计分析

统计分析软件采用Excel 2010 和 SPSS 19.0。

3 结果与分析

3.1 胸径、树高、单株材积方差分析

树高、胸径、单株材积方差分析结果列表1。由表1可知，无性系之间平均树高、胸径、单株材积的差异均达到极显著水平。无性系生长水平的极不一致，为大径材培育从平均树高、胸径、单株材积的生长速度角度选择优良无性系提供了科学依据[6-7]。同样，各重复(不同立地条件)之间以上指标的差异也达到极显著水平，说明选地对无性系生长也极其重要。

表1 树高、胸径、单株材积方差分析Tab.1 Variance analysis of tree height, DBH and individual volume来源因变量III 型平方和df均方FSig.树高59 975.700301 999.2003 743.100.001模型胸径93 520.900303 117.400281.900.002单株材积51.180301.70661.300.004树高45.390251.8163.400.003无性系胸径942.8402537.7103.410.003单株材积2.295250.0923.300.003树高65.550416.3906.140.015重复胸径67.840416.9602.800.036单株材积0.28940.0722.590.041树高267.0501002.670误差胸径605.0001006.050单株材积2.7821000.028 注: Sig>0.05为无显著差异,0.01≤Sig<0.05为显著差异,Sig≤0.01为极显著差异。下同。

3.2 树高、胸径、单株材积多重比较

杉木无性系测定林各无性系树高、胸径、单株材积多重比较结果列表2。

表2 树高、胸径、单株材积多重比较Tab.2 Multiple comparison of tree height, DBH and individual volume among clones系号 树高/m 胸径/cm材积/(m3·株-1)系号 树高/m 胸径/cm材积/(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:按平均胸径从大到小排序;小写字母为LSD比较分级。下同。

由表2可知，各参试材料(无性系、对照)35年生平均树高介于18.6～22.3 m之间，分为a、b、c 3个级别；平均胸径介于21.2～31.1 cm之间，分为a、b、c、d 4个级别；平均单株材积介于0.343 2～0.841 1 m3·株-1之间，分为a、b、c、d 4个级别。材积生长前12名无性系幼1、幼6、幼8、幼15、幼55、伐18、伐31、伐42、伐46、超1、超3、堡31达到a级或ab级的较高水平[8]。

3.3 蓄积量及大径材的株比例、出材量、出材率方差分析

对35年生杉木无性系测定林各参试材料蓄积量及大径材的株比例、出材量、出材率进行方差分析，结果列表3。

表3 蓄积量及大径材的株比例、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来源因变量III 型平方和df均方FSig.大径材株比例5.757 0300.191 9085.300.000模型大径材出材量2 172 7323072 424142.000.000大径材出材率4.746 0300.158 2085.500.000蓄积量3 358 48530111 949135.400.000大径材株比例0.192 8250.007 713.430.000无性系大径材出材量64 212252 568.55.040.000大径材出材率0.212 7250.008 514.600.000蓄积量143 210255 7286.930.000大径材株比例0.033 440.008 353.710.000重复大径材出材量4 26641 0662.090.002大径材出材率0.027 140.006 773.660.000蓄积量8 99142 2472.720.001大径材株比例0.225 01000.002 25误差大径材出材量50 985100509.85大径材出材率0.185 01000.001 85蓄积量82 650100826.500 00

由表3可知，无性系之间蓄积量及大径材的株比例、出材量、出材率的差异均达到极显著水平，说明各无性系蓄积量及大径材的株比例、出材量、出材率存在真实的遗传变异[9]，为大径材培育从出材角度选择优良无性系提供了科学依据。重复(不同立地条件)之间以上指标的差异也达到极显著水平，说明出材情况与立地条件密切相关。

3.4 蓄积量及大径材的株比例、出材量、出材率多重比较

对杉木无性系测定林各无性系蓄积量及大径材的株比例、出材量、出材率进行多重比较，结果列表4。

表4 蓄积量及大径材的株比例、出材量、出材率多重比较Tab.4 Multiple comparison about volume and proportion, yield, outturn rate of large-diameter timber among clones系号大径材株比例/%蓄积量/(m3·hm-2)大径材出材量/(m3·hm-2)大径材出材率/%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

续表4 蓄积量及大径材的株比例、出材量、出材率多重比较Continued Tab.4 Multiple comparison about volume and proportion, yield, outturn rate of large-diameter timber among clones系号大径材株比例/%蓄积量/(m3·hm-2)大径材出材量/(m3·hm-2)大径材出材率/%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:按大径材出材率从大到小排序。

由表4可知，各参试材料(无性系、对照)35年生大径材株比例介于18.2%～100.0%之间，分为a、b、c、d 、e 5个级别；蓄积量介于360.3～883.6 m3·hm-2之间，分为a、b、c、d 4个级别；大径材出材量介于88.6～680.1 m3·hm-2之间，分为a、b、c、d 4个级别；大径材出材率介于21.3%～80.2%之间，分为a、b、c、d、e 5个级别；大径材出材率前10名无性系为幼1、幼6、幼8、幼15、伐14、伐18、伐42、伐46、超1、堡31，其均达到了a级或ab级的较高水平[10-11]。

3.5 高产大径材优良无性系选择

综合表2各无性系平均树高、胸径、单株材积和表4各无性系蓄积量及大径材的株比例、出材量、出材率，以生长量指标与出材量指标均达到a级或ab级较高水平为标准，评选出幼1、幼6、幼8、幼15、伐18、伐42、伐46、超1、堡31等9个高产大径材优良无性系[12-14]。该批优良无性系35年生时平均树高达21.3 m以上，胸径达27.8 cm以上，单株材积达0.646 7 m3以上，大径材的株比例达70.0%以上，蓄积量达679.1 m3·hm-2以上，大径材出材量达487.1 m3·hm-2以上，大径材出材率达71.1%以上。7项指标相比本地会同种源及试验林平均值的增益列表5。

表5 高产大径材无性系增益Tab.5 Gain of high yield large-diameter timber clones %统计指标优良无性系相比当地种源增益优良无性系相比试验林平均值增益树高6.01.9胸径13.03.3单株材积32.97.0蓄积32.87.0大径材比例40.013.3大径材出材量76.823.3大径材出材率41.121.5

4 结论与讨论

(1)杉木无性系之间平均树高、胸径、单株材积、蓄积量及大径材株比例、出材量、出材率的差异均达到极显著水平，无性系生长及出材情况的极不一致，为高产大径材优良无性系选择提供了科学依据。

(2)本试验评选出幼1、幼6、幼8、幼15、伐18、伐42、伐46、超1、堡31等高产大径材优良无性系9个，35年生时蓄积量达679.1 m3·hm-2以上，大于当地种源32.8%；大径材株比例达70.0%以上，大于当地种源40.0%；大径材出材量达487.1 m3·hm-2以上，大于当地种源76.8%。

(3)在杉木人工选育的杂合群体和天然群体的基础上，通过选择优良个体，以其实生苗或无性苗建立采穗圃，再从采穗圃采集根际萌条进行扦插形成无性系造林是杉木无性系林的主要繁殖途径。其优点是无性系可以将优良基因复制性的传下去，保障其优良品质保持相对不变[15-16]。

(4)无性系育种是工业原料林育种的重要发展方向，如巴西桉树无性系林占领世界阔叶材纸浆市场的份额已是有目共睹，刚果和南非也把发展桉树无性系作为提高单位面积纸浆纤维产量的基本策略。本试验的参试杉木无性系只在雪峰山区造林测试，没有在省内布局3个区试点，故选择出的9个高产大径材优良无性系，只局限于雪峰山区域应用，若在其他区域推广需进一步作引种试验。