我國杉木人工栽培技術(shù)的研究進展

我國杉木人工栽培技術(shù)的研究進展

楠木是馬鞭草科的一種半落葉樹木。它高35.45米，直徑0.9.2.5米。具有良好的生長速度快、質(zhì)地美觀、耐腐蝕抗蟲、易加工等特點。它是世界上最重要的熱帶樹種之一。松樹、桉樹和楊樹被認為是世界上針葉樹的最常見樹種之一。它用途廣,可制造高級家具、單板、膠合板;用于造船、車輛、枕木、電桿;儀器箱盒,鋼琴及風(fēng)琴外殼等。由于我國無天然柚木林,20世紀(jì)60年代初中國林科院熱帶林業(yè)研究所(以下簡稱“熱林所”)在收集國內(nèi)資源的基礎(chǔ)上,陸續(xù)進行柚木引種造林技術(shù)研究,20世紀(jì)70年代初開展了柚木遺傳改良的系統(tǒng)研究,隨后柚木研究相繼被列入“六五”國家攻關(guān)項目、“八五”林業(yè)部重點課題、“九五”和“十五”國家攻關(guān)項目、國家林業(yè)局推廣項目、國家“948”引進項目以及天然林保護工程科技支撐項目。至今,國內(nèi)在柚木的采種、育苗、造林和遺傳改良等方面進行了40多年的探索與研究,并取得了可喜的進展,建立了種質(zhì)資源收集圃,研究和發(fā)展了繁殖和栽培實用技術(shù),其中“柚木栽培技術(shù)”、“柚木良種選育及配套技術(shù)”和“柚木無性系組培快繁與栽培技術(shù)”等多項成果已得到推廣應(yīng)用。然而,較之國內(nèi)外的主要用材樹種,柚木的研究起步較晚,許多基礎(chǔ)理論,諸如林分結(jié)構(gòu)和功能等研究尚未開展,從而限制了柚木種植業(yè)的進一步發(fā)展。本文旨在綜述近10多年來國內(nèi)柚木研究的現(xiàn)狀、重點與進展,提出這一領(lǐng)域的研究和發(fā)展趨勢。1國外人工林分布就原產(chǎn)地而言,柚木分布于南自8°45′S的爪哇島、北至25°33′N的印度中部偏東北地區(qū)和緬甸北部800m以下的低山丘陵及平原地帶。目前,世界柚木天然林面積約2793萬hm2,其中緬甸約占60.5%,其次為印度達31.2%。自1850年柚木在熱帶地區(qū)作為人工林種植,其人工栽培范圍已擴大到東西非洲、中南美洲和澳洲的57個國家,總面積達161萬hm2,其中以印度尼西亞人工林面積最大,達67.6萬hm2,占世界柚木人工林面積的42.3%。在地理緯度上,已遠超過25°33′N的原產(chǎn)分布北緣,達到喜馬拉雅山麓和巴基斯坦32°N左右的拉合爾一帶。我國早在1820年就引種于云南邊境寺廟作庭園綠化。臺灣于1900年在高雄等地試種,廣東、廣西、海南引種也有70多年,福建、湖南、江西、浙江等地已有少量引種。目前我國柚木種植范圍遍及18°~26°35′N、97°~122°E的7個省(區(qū))100多個縣(市),其中臺灣面積最大,約1.1萬hm2,但我國無柚木天然林分布,人工林多為20世紀(jì)60年代營造,且大多數(shù)已砍伐,目前保存的人工林多為萌芽更新的幼林。柚木傳統(tǒng)出口國的泰國、印度、印度尼西亞自20世紀(jì)80年代以來,已相繼停止了柚木原木出口。緬甸是目前僅有的柚木原木出口國,從1984—1988年,平均每年出口原木約20多萬m3,鋸材與單板13萬多m3。但1989—1990年已急劇下降,原木出口只有5萬m3,鋸材與單板合計僅為9000m3,1995年后原木出口量略有上升。據(jù)預(yù)測,柚木的國際市場很大,本世紀(jì)初期,國際柚木原木與鋸材市場容量約為500萬~1000萬m3,而目前市場占有量僅約5萬m3,2010年中國木材消費量(不含薪材)為3.6億m3,而國內(nèi)供應(yīng)量僅為1.8億m3,缺口達50%,若以柚木材消費量占木材總消費量的2%計算,則柚木材市場容量可達0.07億m3,而目前的市場供應(yīng)量遠遠滿足不了這個需求。2關(guān)于研究現(xiàn)狀2.1國內(nèi)生態(tài)二化學(xué)成分研究早期引種歷史應(yīng)追溯到19世紀(jì)初期,華僑從柚木原產(chǎn)國把種子、苗木帶回祖國種植,有記載的歷史為:1900年種于臺灣省高雄,1914年種于廣州,1925年引入廈門集美,1938年種于海南儋縣等。20世紀(jì)70年代初,開始了系統(tǒng)的國內(nèi)外柚木基因資源的清查、收集和保存;80年代,熱林所報道過柚木選擇育種、子代測定和種子園的研究結(jié)果,1989年已選出一批優(yōu)良種源及其無性系;90年代初,建成了具較廣遺傳基礎(chǔ)的基因庫,包括了11個國家72個地理種源,并進行了柚木抗病、抗旱、抗風(fēng)優(yōu)良性狀的改良與篩選,為擴大柚木的栽培范圍奠定基礎(chǔ)。期間,鄺炳朝等報道了柚木種源抗風(fēng)與抗銹病選擇育種的研究結(jié)果,而在柚木抗旱育種方面,鄭淑珍等認為,葉片與葉柄的主要形態(tài)及解剖性狀在種源間存在顯著差異,柚木葉片厚度、大小及其比值、葉背的角質(zhì)化鱗狀細胞層和葉柄維管束數(shù)量及其構(gòu)造可作為抗旱育種與早期預(yù)測的指標(biāo),該研究成果對抗旱育種具有重要的指導(dǎo)意義;20世紀(jì)90年代后期我國的柚木栽培區(qū)域已遍及熱帶和南亞熱帶,引種成功的有南方7個省(區(qū))的70多個縣(市)。同期,潘一峰等開展了柚木無性系耐酸性和耐鋁(Al)毒性的測定工作,分別在酸性(pH5.5~6.0)與強酸性(pH4.0~4.5)、低濃度Al與高濃度Al的條件下選出17個耐酸、6個耐Al的無性系,并由此引發(fā)了選育耐酸性土壤的基因型和土壤改良的研究,以適應(yīng)南亞熱帶廣大山區(qū)的栽培;截至2001年,已完成對引入我國的柚木基因資源的全面普查,查清了100多年來柚木在我國的引種分布及其來源,收集和保存了幾乎所有分布國家的柚木102個種源,245個家系和372個無性系,在海南、廣西、廣東、云南等地營造了各種試驗林和基因庫、種子園等68個,為各地區(qū)選出速生、抗性強和材質(zhì)優(yōu)良的種源67個、家系89個及無性系98個,其中4個種源、19個無性系兼具有抗病、抗旱、抗風(fēng)和速生等多種優(yōu)良性狀,為發(fā)展柚木生產(chǎn)打下良好基礎(chǔ)。2.2我國的杉木栽培區(qū)柚木引種工作開展后,楊民權(quán)從引種的角度,根據(jù)柚木的生態(tài)特性及我國熱帶地區(qū)自然地理特征的差異,將我國柚木引種區(qū)分為二個區(qū)域:1.最適引種區(qū)為海南、云南南部和臺灣一帶不連續(xù)的低山、丘陵和臺地平原。2.引種試種區(qū)為保山、元江、河口、夏石、南寧、梧州、郁南、廣州和同安一線以南,這是對我國柚木栽培的最早區(qū)劃。隨著我國柚木引種馴化工作的發(fā)展,柚木引種已超出原產(chǎn)地的最北界(25°33′N),在福州(26°05′N)和四川的渡口(26°35′N)成年大樹也可越冬。鄺炳朝認為,可以依氣候、土壤及改良目標(biāo)的要求,劃為3個柚木改良栽培區(qū)(臺灣省除外):Ⅰ區(qū)為海南省和云南省的紅河自治州及西雙版納地區(qū),該區(qū)可發(fā)展速生豐產(chǎn)及“黑絲金柚木類型”的商品材;Ⅱ區(qū)為同安、廣州、南寧、元江、保山、盈江一線以南、Ⅰ區(qū)以北,宜以經(jīng)改良的耐酸、耐瘠薄土壤的品系為主,可在土層深厚、肥沃、pH值≥5.7的局部地塊作少量栽培;Ⅲ區(qū)為福州、平遠、百色及四川的渡口等局部地區(qū)以南、Ⅱ區(qū)以北,該區(qū)雖有柚木零星種植,但苗木、幼樹常受寒害,有待育出抗寒品系,才可擴大栽培。這對今后柚木栽植與發(fā)展具有很好的指導(dǎo)意義。2.3木本植物種實萌發(fā)規(guī)律及育苗技術(shù)由于柚木種子種核骨質(zhì),富含單寧,被有氈狀絨毛,不易透氣,發(fā)芽比較困難,傳統(tǒng)育苗方法發(fā)芽率低(只有5%)且往往持續(xù)數(shù)月,因而,對柚木種子的催芽技術(shù)的探討成為整個育苗技術(shù)的研究重點。早在1942年,就有人試驗促進柚木種實的萌發(fā)。在我國,先后曾研究或在生產(chǎn)上使用過的預(yù)處理方法很多,如白蟻窩中埋藏法、鋪于稻草層上燒烤法、火焰槍燒焦法、池水浸泡后交替干濕法、溪水浸泡法、林地坑內(nèi)層積法、石灰漿浸后去皮法、交替浸曬法、硫酸處理法、γ射線法等,其中較為常用的是石灰漿浸后去皮法和浸曬法,但這些方法繁瑣,且效果不佳。1985年后,宋學(xué)之等開始了較系統(tǒng)的種實萌發(fā)生理的研究,認為柚木種實萌發(fā)困難的主要原因在于中果皮和內(nèi)果皮存在巨大的機械束縛力,因而要求高溫、變溫及良好的通氣狀況三項主要萌發(fā)條件,并提出了砂床露播的催芽技術(shù)。近年來,劉文明等研究認為,赤霉素能提高柚木種實發(fā)芽率(80%以上),且操作簡便,目前已廣泛用于生產(chǎn)實踐中。在柚木育苗上,近年來作者嘗試添加沸石和接種VA菌根,效果較好,不失為培育壯苗的新方法。通過試驗發(fā)現(xiàn),添加沸石能顯著提高苗木生長量,苗高生長量是不添加沸石的2倍;苗木接種VA菌根也能使苗高、地徑、根長和生物量極顯著地增加,菌種接種的最好的苗高和地徑生長量是不接種的4.1倍和4.3倍,接種效果好。在造林前提前起苗進行貯藏,很早就為溫帶林業(yè)較先進的國家所常用。20世紀(jì)70年代初研究的柚木小棒槌苗造林前貯藏的技術(shù)對泰國的林業(yè)生產(chǎn)發(fā)展起了很大的作用。20世紀(jì)80年代初鄺炳朝引進并加強了小棒槌苗培育和貯藏技術(shù),達到了小棒槌苗貯藏19個月、造林成活率達75%~90%的效果,解決了“搶雨造林”與“突擊起苗”的勞力矛盾及緯度較高地區(qū)柚木苗的越冬防寒問題,為柚木在我國熱帶、亞熱帶地區(qū)的推廣和發(fā)展提供了更為有利的條件。目前,包括柚木種子處理、育苗、苗木貯藏等技術(shù)已達到國際同類研究水平。2.4存在的問題及研究現(xiàn)狀作為珍貴闊葉用材樹種,它的造林技術(shù)在很多文獻中均有敘述。20世紀(jì)60年代開始,面對國際柚木資源銳減,國內(nèi)資源缺乏,熱林所進行了柚木栽培技術(shù)的研究,并根據(jù)樹種生態(tài)、生物學(xué)特性及與立地條件的關(guān)系,提出了一套較為實用規(guī)范的栽培技術(shù)。20多年來,柚木的栽培技術(shù),包括種子處理、苗木培育、林地選擇、造林措施、營林模式等已較為成熟,基本可以適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要,但在林分結(jié)構(gòu)和功能方面研究尚有欠缺。在生產(chǎn)中,一些生產(chǎn)單位結(jié)合自已的實際,對柚木造林技術(shù)作了進一步充實與發(fā)展,段其武等提出了“柚木+菠蘿→柚木+綠肥”的混農(nóng)林模式,這種模式較早見于東南亞及非洲一些國家,實踐效果較好。此外,陶國祥編制了柚木人工林地位指數(shù)表,為預(yù)測林木生長、評定立地質(zhì)量、檢驗經(jīng)營效果提供了科學(xué)依據(jù)。值得一提的是,酸性土壤條件下的平衡施肥問題一直是困擾我國柚木速生豐產(chǎn)的技術(shù)瓶頸之一。近年來,作者開展了多點的大田柚木施肥試驗,以N、P、K為主要施肥因素,加施沸石和石灰,發(fā)現(xiàn)施P越多的處理樹高生長和胸徑生長越好,高P水平樹高生長和胸徑生長分別是低P水平的2.5倍和5.2倍,而N、K、Ca水平間差異不顯著;是否施用沸石,生長差異亦顯著,即施用沸石,能顯著提高柚木樹高生長量。此試驗結(jié)果為合理施肥提供了可靠的依據(jù)。2.5國外研究現(xiàn)狀柚木種子萌發(fā)率極低,而生產(chǎn)柚木種子的種子生產(chǎn)區(qū)和無性系種子園產(chǎn)種量也很有限,為了滿足種植計劃的需要,組織培養(yǎng)技術(shù)開始應(yīng)用于優(yōu)良種植材料的大量生產(chǎn)。1980年,柚木的組織培養(yǎng)在印度用于商業(yè)化生產(chǎn)。同年,印尼Noerhadi等也報道了柚木的組織培養(yǎng)工作。1987年在泰國,柚木組織培養(yǎng)成功地用于優(yōu)良母樹的商業(yè)化生產(chǎn)。在國內(nèi),柚木組織培養(yǎng)研究工作進展遲緩,20世紀(jì)80年代始,熱林所率先開展了這方面的研究工作,但在隨后的若干年,由于種種原因,該項目研究曾一度中斷。1997年才被重新列入國家“九五”攻關(guān)項目,并取得了顯著成果,此成果較為系統(tǒng)地研究了柚木無性系組培的外植體消毒、叢芽誘導(dǎo)與增殖培養(yǎng)、苗圃移植與管理技術(shù),初步形成了適合規(guī)?；a(chǎn)的成熟的組培快繁工藝技術(shù)。目前熱林所研究的整套柚木組織培養(yǎng)技術(shù)已在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。2.6標(biāo)準(zhǔn)物理性能對柚木木材研究的報道,僅散見于有關(guān)專著及匯編。1994年蔡則謨就柚木的木材性質(zhì)作了較為詳實的闡述,研究了國產(chǎn)(海南)柚木木材比重及纖維長度的某些特性及測定標(biāo)準(zhǔn)物理力學(xué)性質(zhì),討論了影響纖維長度軸向變異的主要因素,提出了標(biāo)準(zhǔn)物理力學(xué)性質(zhì)。在活立木材積計算上,陶國祥編制了柚木人工林二元材積表,提出了柚木材積回歸模型:V=0.00008972D2.30379447H0.308753609,將之應(yīng)用于估算柚木林蓄積量,可為生產(chǎn)單位和種植戶經(jīng)營柚木提供方便。3關(guān)于日本水果研究和開發(fā)的一些思考(1)地下空間系統(tǒng)研究,是建設(shè)生物過程碳體系體系的重要內(nèi)容之一酸性土壤(pH<4.0)會限制柚木的生長,但pH值是影響柚木生長的直接原因還是間接原因,其作用機理何在,國內(nèi)外一直未見報道,這是今后柚木栽培亟待解決的重要問題,否則將影響柚木的擴大栽培和推廣,因為我國南方地區(qū)多為酸性土壤,施石灰只能解決短期生長的問題。柚木要求較好的土壤肥力條件,是“高投入高產(chǎn)出”的樹種之一,如何做到高效施肥是個關(guān)鍵問題。長期以來,尚未在施肥技術(shù)方面開展系統(tǒng)的研究,因此,酸性土壤栽培技術(shù),尤其是施肥技術(shù)的研究,也是今后研究的重點之一。柚木地下部分包括根系生長規(guī)律、地下部分與地上部分的相關(guān)性以及土壤養(yǎng)分、微生物和酶活性狀況等諸多方面,目前研究甚少,有待加強。地下部分的系統(tǒng)研究,可為合理利用土壤,科學(xué)造林提供依據(jù)。此外,在印度已經(jīng)有柚木人工林出現(xiàn)地力衰退的現(xiàn)象,而營造混交林具有更好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。目前,除了少數(shù)學(xué)者進行了柚木農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營模式嘗試外,柚木混交林的探討甚少,今后將著重于柚木伴生樹種的選擇、林分結(jié)構(gòu)與功能以及柚木立體種植配套技術(shù)的研究。(2)南東南亞遺傳改良模式抗性研究包括抗病、抗旱、抗風(fēng)、耐酸性土壤和抗寒方面的研究,提高抗性是柚木適應(yīng)我國南亞熱帶廣大山區(qū)栽培的必然要求;而解決這些問題,主要有兩種方式:通過遺傳改良,選擇出具有較高抗性的種源,這在前期的研究工作已取得一定進展,但尚需深入進行選優(yōu)及子代測定;作為更長期的目標(biāo),可以考慮進行抗性生理機理的研究,尋求提高柚木抗性的人工措施。(3)實用的扦插技術(shù)組培技術(shù)已經(jīng)突破,但比組