廣西脂用松類高產(chǎn)脂選擇技術(shù)研究

廣西脂用松類高產(chǎn)脂選擇技術(shù)研究

樹脂是重要的工業(yè)原料，用于加工產(chǎn)品非常廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，落葉松可用于400多種用途，主要用于粘合劑、油、涂料、造紙、合成橡膠、食品和醫(yī)藥。將松樹人工林作為采脂原料經(jīng)營,已成為南方各省提高松樹人工林經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的主要手段。長期以來,我國的松脂生產(chǎn)規(guī)模一直居于世界首位。但近年來我國的松脂產(chǎn)能占全球市場的比例不斷下降,已由10年前的65%降至2016年的35%。造成這一局面的原因:一是南方各省對人工林樹種進(jìn)行調(diào)整使采脂林面積大量減少,2012年全國可采脂松樹總面積為1499.6萬hm在松樹產(chǎn)脂性狀改良研究,如何界定高產(chǎn)脂標(biāo)準(zhǔn)是開展良種選育的前提。由于我國松樹產(chǎn)脂性狀改良起步較晚,而松樹的產(chǎn)脂能力受遺傳、氣候、立地條件等多種因素影響,馬尾松(Pinusmassoniana)、云南松(P.yunnanensis)、思茅松(P.kesiyavar.langbianensis)、南亞松(P.latteri)濕地松(P.elliottii)、巴哈馬變種(P.caribaeavar.bahamensis)、火炬松(P.taeda)等主要采脂樹種至今仍未形成明確的高產(chǎn)脂標(biāo)準(zhǔn)。本研究以廣西區(qū)內(nèi)主要的產(chǎn)脂樹種馬尾松、濕地松、加勒比松和火炬松為材料,研究產(chǎn)脂能力在種內(nèi)的變異情況,比較不同的選擇方法的選優(yōu)效果,從而界定上述4個(gè)樹種在廣西高產(chǎn)脂選擇標(biāo)準(zhǔn),為進(jìn)一步開展高產(chǎn)脂選育奠定基礎(chǔ)。1材料和方法1.1不同土層、不同采脂林強(qiáng)度試驗(yàn)地位于廣西南寧市林業(yè)科學(xué)研究所馬尾松國家重點(diǎn)林木良種基地(108°00′E,23°10′N)屬南亞熱帶南緣季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫21.5℃,無霜期358d,年降水量為1246mm,年蒸發(fā)量1613.8mm,夏濕冬干,干濕季變化明顯,全年平均相對濕度79%。試驗(yàn)地為石灰?guī)r峰林峰叢間寬闊的緩丘臺地,海拔約120m,土壤為赤紅壤,pH為5.5~6.5,土層深厚2015—2016年對在該基地選擇林齡20年以上的馬尾松、濕地松、加勒比松、火炬松人工林進(jìn)行采脂試驗(yàn)。其中,馬尾松采脂林為1994年造林,總計(jì)采割1590株;濕地松采脂林為1990年與1992年造林,總計(jì)采割株2426株;火炬松采脂林為1990年造林,總計(jì)采割株583;加勒比松采脂林為1990年造林,總計(jì)采割株145株。1.2生長性狀測定在各試驗(yàn)林經(jīng)選擇排除被壓木后進(jìn)行全林采脂試驗(yàn)。采脂部位統(tǒng)一從165cm處,采用下降式采脂法,割面負(fù)荷率40%,中溝長度25cm,寬1.0cm,深入木質(zhì)部0.8cm,溝槽成“V”形,雙向開割,夾角30°~40°,側(cè)溝深入木質(zhì)部0.5~0.6cm,步距0.1~0.2cm。1天采割1次,10d收脂1次,每次分單株記錄產(chǎn)量。其中濕地松、火炬松從2015年6月17日開始至9月10日結(jié)束,總計(jì)采割76d,收脂6次。2015年12月對采樣單株進(jìn)行生長量測定,調(diào)查樹高、胸徑、割面寬及割面處周長4個(gè)指標(biāo)。馬尾松、加勒比松從2016年8月2日開始至9月27日結(jié)束,總計(jì)采割50d,收脂5次。2016年12月對采樣單株進(jìn)行生長量測定,調(diào)查樹高、胸徑、割面寬及割面處周長4個(gè)指標(biāo)。1.3日產(chǎn)脂量及期望采割率的日變化試驗(yàn)共觀測記錄直接數(shù)據(jù)8項(xiàng),即單株樹高、胸徑、枝下高、割面長、兩側(cè)割溝長、割面寬、割面處周長及歷次采脂數(shù)據(jù),并由此計(jì)算單株日平均產(chǎn)脂量、產(chǎn)脂力、采割率,估算期望日產(chǎn)脂量、期望年產(chǎn)脂量以及選擇得到的增益和選擇強(qiáng)度。其中單株日平均產(chǎn)脂量=單株總產(chǎn)脂量/采脂總天數(shù);產(chǎn)脂力=10×日平均產(chǎn)脂量/割面寬,產(chǎn)脂力即每10cm割面寬單日產(chǎn)脂量,該系數(shù)主要是對實(shí)際操作造成的割面寬不同進(jìn)行校正采割率=割面寬/割面處周長;期望日產(chǎn)脂量=0.4×日平均產(chǎn)脂量/采割率,期望日產(chǎn)脂量為按標(biāo)準(zhǔn)采割率40%的日平均產(chǎn)脂量,該系數(shù)主要是對實(shí)際操作造成的采割率不同進(jìn)行校正;期望年產(chǎn)脂量(150d)=期望日產(chǎn)脂量×150,該系數(shù)主要用于估算廣西及臨省采脂期在5~6個(gè)月地區(qū)的年產(chǎn)量;選擇增益的計(jì)算公式為:式中ΔG為選擇增益,S表示選擇差,μ為試驗(yàn)群體平均數(shù);選擇強(qiáng)度計(jì)算公式為:式中i為選擇強(qiáng)度,S表示選擇差,σ1.4單次最佳產(chǎn)脂力及均值個(gè)數(shù)法采用以下4種選擇方法篩選高產(chǎn)脂優(yōu)樹。標(biāo)準(zhǔn)差法:產(chǎn)脂力或期望年產(chǎn)量>均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差。期望增益法:根據(jù)以往研究結(jié)果松樹產(chǎn)脂能力的遺傳力約為0.5~0.7,而林木第一次改良預(yù)期增益為30%~40%,因此將產(chǎn)脂力或期望年產(chǎn)量選擇增益達(dá)到80%作為入選標(biāo)準(zhǔn)。均值倍數(shù)法:產(chǎn)脂力或期望年產(chǎn)量>3倍均值。固定值法:馬尾松產(chǎn)脂力>15g/d2結(jié)果與分析2.1各樹種生長性狀對各種松樹的采脂試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)算每片試驗(yàn)林的平均樹高、胸徑、單株日平均產(chǎn)脂量、產(chǎn)脂力、采割率,估算期望日產(chǎn)脂量、期望年產(chǎn)脂量及各指標(biāo)的變異系數(shù)。分析結(jié)果表明,在生長量方面,各參試樹種中年樹高生長量和胸徑生長量均以馬尾松最大,分別為0.82m、1.05cm;巴哈馬加勒比松最小,分別為0.63m、0.89cm。在年均樹高生長量上,馬尾松>濕地松>火炬松>巴哈馬加勒比松;在年均胸徑生長量上,馬尾松>火炬松>濕地松>巴哈馬加勒比松(表2)。在產(chǎn)脂方面,各參試樹種中濕地松產(chǎn)脂力和望年產(chǎn)量均最高,分別為13.80g/d、5.42kg/a。在產(chǎn)脂力上,濕地松>火炬松>巴哈馬加勒比松>馬尾松;在期望年產(chǎn)量上,濕地松>火炬松>巴哈馬加勒比松>馬尾松(表3)。2.2高脂肪法的選擇2.2.1選擇強(qiáng)度對選擇效果的影響:固定值法是分析選擇最佳比較不同選擇方法在馬尾松產(chǎn)脂力指標(biāo)的選擇效果可知,4種方法都獲得超過90%的選擇增益,選擇效果明顯(表4),其中,2倍標(biāo)準(zhǔn)差法的選擇強(qiáng)度最低,固定值法最高。以期望年產(chǎn)量為選擇指標(biāo)時(shí),4種方法均獲得超過120%的選擇增益,選擇效果明顯,其中,80%期望增益法的選擇強(qiáng)度最低,固定值法最高。在選擇效果均達(dá)到預(yù)期水平后,需要從入選率考慮選擇效果。入選率過低,不易建立起較大規(guī)模的育種群體,而入選率過高,不但會降低高產(chǎn)脂育種群體的整體品質(zhì),還會造成種質(zhì)資源收集成本過高。使用固定值法和3倍均值法對2個(gè)產(chǎn)脂指標(biāo)選擇時(shí),雖然獲得超過200%的選擇增益,但入選率過低。而使用2倍標(biāo)準(zhǔn)差法和80%期望增益法的入選率過高。因此需要重新設(shè)置選擇強(qiáng)度。為了實(shí)際使用更為便捷,還需要對入選標(biāo)注進(jìn)行整數(shù)化處理。在分析結(jié)果(表4、表5)的基礎(chǔ)上,重新調(diào)整馬尾松高產(chǎn)脂的選擇標(biāo)準(zhǔn),即將產(chǎn)脂力標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為>11g/d,選擇效果較為理想,入選率為1.01%,優(yōu)樹均值為12.36g/d,選擇增益為151.37%,選擇強(qiáng)度為4.60。將期望年產(chǎn)量設(shè)置為5kg/a,選擇效果較為理想,入選率為1.13%,優(yōu)樹均值為6.28kg/a,選擇增益為221.14%,選擇強(qiáng)度為5.19。2.2.2期望下濕地松的選擇效果以產(chǎn)脂力為選擇指標(biāo)時(shí),3種方法都獲得超過110%的選擇增益,選擇效果明顯(表6),其中,2倍標(biāo)準(zhǔn)差法在入選率、選擇增益的效果較為理想?？稍诖嘶A(chǔ)上對入選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整數(shù)化處理,設(shè)置明確的濕地松高產(chǎn)脂產(chǎn)脂力標(biāo)準(zhǔn)。以期望年產(chǎn)量為選擇指標(biāo)時(shí),4種方法均獲得超過110%的選擇增益,選擇效果明顯(表7),其中,80%期望增益法和固定值法入選率過高,3倍均值法入選率過低?？稍?倍標(biāo)準(zhǔn)差法的基礎(chǔ)上提高選擇強(qiáng)度,重新設(shè)置濕地松高產(chǎn)脂期望年產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)。在分析結(jié)果(表6、表7)的基礎(chǔ)上,重新調(diào)整濕地松高產(chǎn)脂的選擇標(biāo)準(zhǔn),即將產(chǎn)脂力標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為>27g/d,入選率為1.32%,優(yōu)樹均值為31.50g/d,選擇增益為128.26%,選擇強(qiáng)度為2.71,選擇效果較為理想。將期望年產(chǎn)量設(shè)置為12.5kg/a,入選率為1.44%,優(yōu)樹均值為14.64kg/a,選擇增益為170.11%,選擇強(qiáng)度為3.18,選擇效果較為理想。2.2.3倍均值法以產(chǎn)脂力為選擇指標(biāo)時(shí),3倍均值法因入選標(biāo)準(zhǔn)過高而沒有單株入選。80%期望增益法在入選率、選擇增益的效果較為理想(表8)。在此基礎(chǔ)上對入選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整數(shù)化處理,將產(chǎn)脂力標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為>20g/d,入選率為2.57%,優(yōu)樹均值為22.44g/d,選擇增益為106.29%,選擇強(qiáng)度為3.11,選擇效果較為理想。以期望年產(chǎn)量為選擇指標(biāo)時(shí),3倍均值法因入選標(biāo)準(zhǔn)過高而未單株入選。固定值法入在入選率和選擇增益的效果均較為理想,即期望年產(chǎn)量為10kg/a,入選率為3.26%,優(yōu)樹均值為11.71kg/a,選擇增益為143.10%,選擇強(qiáng)度為3.29(表9)。2.2.4不同樹種選擇標(biāo)準(zhǔn)對3倍標(biāo)準(zhǔn)差法的效果以產(chǎn)脂力為選擇指標(biāo)時(shí),3倍均值法因入選標(biāo)準(zhǔn)過高而沒有單株入選。2倍標(biāo)準(zhǔn)差法在入選率、選擇增益的效果較為理想(表10)。在此基礎(chǔ)上對入選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整數(shù)化處理,將產(chǎn)脂力標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為>15g/d,入選率為2.76%,優(yōu)樹均值為15.86g/d,選擇增益為79.79%,選擇強(qiáng)度為2.40,選擇效果較為理想。以期望年產(chǎn)量為選擇指標(biāo)時(shí),3倍均值法與固定值因入選標(biāo)準(zhǔn)過高而沒有單株入選。2倍標(biāo)準(zhǔn)差法與80%期望增益法的選擇效果均相同(表11)。在此基礎(chǔ)上對入選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整數(shù)化處理,將期望年產(chǎn)量為7kg/a,入選率為5.52%,優(yōu)樹均值為7.85kg/a,選擇增益為112.30%,選擇強(qiáng)度為2.78。3討論和結(jié)論3.1高產(chǎn)脂育種材料的選擇制定高產(chǎn)脂選擇標(biāo)準(zhǔn)不但要注重選擇的增益,還應(yīng)考慮到在該標(biāo)準(zhǔn)下所選的育種材料數(shù)量是否能夠滿足建立起具有較大遺傳基礎(chǔ)的育種群體。而松樹的產(chǎn)脂能力除自身的遺傳差異外,還受到如氣候、土壤、造林密度、坡度等多種環(huán)境因素影響。因此,以某一固定的產(chǎn)量值作為衡量高產(chǎn)脂的標(biāo)準(zhǔn)存在較大的局限性。如我國開展馬尾松高產(chǎn)脂選優(yōu)研究的早期階段,將產(chǎn)脂力標(biāo)準(zhǔn)界定在10g/d(10cm割面寬)或12~15g/d(10cm割溝長),廣東、福建、浙江、廣西4省區(qū)采用上述標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合2倍對照樹產(chǎn)量法在各自區(qū)域內(nèi)分別選得49~93株優(yōu)樹就廣西馬尾松而言,目前人工林面積遠(yuǎn)高于天然林和次生林,而且其中很大比例采用了2500株/hm而濕地松、火炬松、加勒比松均屬于引進(jìn)樹種,在廣西種植面積小,種質(zhì)資源數(shù)量少,遺傳變異豐富度遠(yuǎn)低于馬尾松。但其產(chǎn)脂能力明顯高于馬尾松。對于此類樹種進(jìn)行高產(chǎn)脂選優(yōu),在達(dá)到預(yù)期選擇增益的前提下則應(yīng)提高入選率,以便于建立一定規(guī)模的育種群體。關(guān)于高產(chǎn)脂優(yōu)樹選擇指標(biāo),產(chǎn)脂力參數(shù)的設(shè)置主要對實(shí)際采割操作造成的割面寬或割溝長度差異進(jìn)行校正,即將所有采脂木都在同樣的采割創(chuàng)面下進(jìn)行比較。但此參數(shù)片面強(qiáng)調(diào)單位創(chuàng)面的產(chǎn)脂能力,忽視了因樹木生長量差異而導(dǎo)致采割創(chuàng)面不同的因素,將使相當(dāng)一部分生長量大、產(chǎn)脂量多,但產(chǎn)脂力不突出的優(yōu)樹落選。為此,本研究引入了期望日產(chǎn)脂量參數(shù),為按標(biāo)準(zhǔn)采割率40%的日平均產(chǎn)脂量,該系數(shù)主要是對實(shí)際操作造成的采割率不同進(jìn)行校正,即將所有采脂木都在同樣的采割率下進(jìn)行比較,允許生長量大單株計(jì)算更多的產(chǎn)量。因此分析結(jié)果中確定的選擇標(biāo)準(zhǔn)中,期望產(chǎn)脂量的入選率和選擇增益均高于產(chǎn)脂力。相對于產(chǎn)脂力,該參數(shù)更加適用于材脂兼用型優(yōu)質(zhì)育種材料的選擇。而本研究引入期望年產(chǎn)脂量參數(shù),則是根據(jù)廣西每年實(shí)際的可采脂時(shí)間確定,該參數(shù)能更加直觀的反應(yīng)松脂產(chǎn)能,便于計(jì)算推廣使用時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。3.2可采用的標(biāo)準(zhǔn)通過對廣西4種主要的采脂樹種進(jìn)行產(chǎn)脂能力研究,初步確定了馬尾松、濕地松、火炬松、加勒比松的高產(chǎn)脂優(yōu)樹選擇方法與標(biāo)準(zhǔn)。對于馬尾松中、高密度人工林,以產(chǎn)脂力為指標(biāo)可采用標(biāo)準(zhǔn)差法的標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)脂力>均值+3倍標(biāo)準(zhǔn)差,期望增益法的標(biāo)準(zhǔn)為選擇增益>120%,固定值法標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)脂力>11g/d;以期望年產(chǎn)脂量為指標(biāo)可采用標(biāo)準(zhǔn)差法的標(biāo)準(zhǔn)為期望年產(chǎn)脂量>均值+3倍標(biāo)準(zhǔn)差,期望增益法的標(biāo)準(zhǔn)為選擇增益>150%,固定值法的標(biāo)準(zhǔn)為期望年產(chǎn)脂量>5kg。對于濕地松中密度人工林,以產(chǎn)脂力為指標(biāo)可采用標(biāo)準(zhǔn)差法的標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)脂力>均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差,期望增益法的標(biāo)準(zhǔn)為選擇增益>90%,固定值法的標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)脂力>27g/d;以期望年產(chǎn)脂量為指標(biāo)可采用標(biāo)準(zhǔn)差法的標(biāo)準(zhǔn)為期望年產(chǎn)脂量>均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差,期望增益法的標(biāo)準(zhǔn)為選擇增益>130%,固定值法的標(biāo)準(zhǔn)為期望年產(chǎn)脂量>12.5kg。對于火炬松中密度人工林,以產(chǎn)脂力為指標(biāo)可采用標(biāo)準(zhǔn)差法的標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)脂力>均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差,期望