广西脂用松类高产脂选择技术研究

广西脂用松类高产脂选择技术研究

树脂是重要的工业原料，用于加工产品非常广泛。据统计，落叶松可用于400多种用途，主要用于粘合剂、油、涂料、造纸、合成橡胶、食品和医药。将松树人工林作为采脂原料经营,已成为南方各省提高松树人工林经济产出的主要手段。长期以来,我国的松脂生产规模一直居于世界首位。但近年来我国的松脂产能占全球市场的比例不断下降,已由10年前的65%降至2016年的35%。造成这一局面的原因:一是南方各省对人工林树种进行调整使采脂林面积大量减少,2012年全国可采脂松树总面积为1499.6万hm在松树产脂性状改良研究,如何界定高产脂标准是开展良种选育的前提。由于我国松树产脂性状改良起步较晚,而松树的产脂能力受遗传、气候、立地条件等多种因素影响,马尾松(Pinusmassoniana)、云南松(P.yunnanensis)、思茅松(P.kesiyavar.langbianensis)、南亚松(P.latteri)湿地松(P.elliottii)、巴哈马变种(P.caribaeavar.bahamensis)、火炬松(P.taeda)等主要采脂树种至今仍未形成明确的高产脂标准。本研究以广西区内主要的产脂树种马尾松、湿地松、加勒比松和火炬松为材料,研究产脂能力在种内的变异情况,比较不同的选择方法的选优效果,从而界定上述4个树种在广西高产脂选择标准,为进一步开展高产脂选育奠定基础。1材料和方法1.1不同土层、不同采脂林强度试验地位于广西南宁市林业科学研究所马尾松国家重点林木良种基地(108°00′E,23°10′N)属南亚热带南缘季风气候区,年均气温21.5℃,无霜期358d,年降水量为1246mm,年蒸发量1613.8mm,夏湿冬干,干湿季变化明显,全年平均相对湿度79%。试验地为石灰岩峰林峰丛间宽阔的缓丘台地,海拔约120m,土壤为赤红壤,pH为5.5~6.5,土层深厚2015—2016年对在该基地选择林龄20年以上的马尾松、湿地松、加勒比松、火炬松人工林进行采脂试验。其中,马尾松采脂林为1994年造林,总计采割1590株;湿地松采脂林为1990年与1992年造林,总计采割株2426株;火炬松采脂林为1990年造林,总计采割株583;加勒比松采脂林为1990年造林,总计采割株145株。1.2生长性状测定在各试验林经选择排除被压木后进行全林采脂试验。采脂部位统一从165cm处,采用下降式采脂法,割面负荷率40%,中沟长度25cm,宽1.0cm,深入木质部0.8cm,沟槽成“V”形,双向开割,夹角30°~40°,侧沟深入木质部0.5~0.6cm,步距0.1~0.2cm。1天采割1次,10d收脂1次,每次分单株记录产量。其中湿地松、火炬松从2015年6月17日开始至9月10日结束,总计采割76d,收脂6次。2015年12月对采样单株进行生长量测定,调查树高、胸径、割面宽及割面处周长4个指标。马尾松、加勒比松从2016年8月2日开始至9月27日结束,总计采割50d,收脂5次。2016年12月对采样单株进行生长量测定,调查树高、胸径、割面宽及割面处周长4个指标。1.3日产脂量及期望采割率的日变化试验共观测记录直接数据8项,即单株树高、胸径、枝下高、割面长、两侧割沟长、割面宽、割面处周长及历次采脂数据,并由此计算单株日平均产脂量、产脂力、采割率,估算期望日产脂量、期望年产脂量以及选择得到的增益和选择强度。其中单株日平均产脂量=单株总产脂量/采脂总天数;产脂力=10×日平均产脂量/割面宽,产脂力即每10cm割面宽单日产脂量,该系数主要是对实际操作造成的割面宽不同进行校正采割率=割面宽/割面处周长;期望日产脂量=0.4×日平均产脂量/采割率,期望日产脂量为按标准采割率40%的日平均产脂量,该系数主要是对实际操作造成的采割率不同进行校正;期望年产脂量(150d)=期望日产脂量×150,该系数主要用于估算广西及临省采脂期在5~6个月地区的年产量;选择增益的计算公式为:式中ΔG为选择增益,S表示选择差,μ为试验群体平均数;选择强度计算公式为:式中i为选择强度,S表示选择差,σ1.4单次最佳产脂力及均值个数法采用以下4种选择方法筛选高产脂优树。标准差法:产脂力或期望年产量>均值+2倍标准差。期望增益法:根据以往研究结果松树产脂能力的遗传力约为0.5~0.7,而林木第一次改良预期增益为30%~40%,因此将产脂力或期望年产量选择增益达到80%作为入选标准。均值倍数法:产脂力或期望年产量>3倍均值。固定值法:马尾松产脂力>15g/d2结果与分析2.1各树种生长性状对各种松树的采脂试验结果进行统计分析,计算每片试验林的平均树高、胸径、单株日平均产脂量、产脂力、采割率,估算期望日产脂量、期望年产脂量及各指标的变异系数。分析结果表明,在生长量方面,各参试树种中年树高生长量和胸径生长量均以马尾松最大,分别为0.82m、1.05cm;巴哈马加勒比松最小,分别为0.63m、0.89cm。在年均树高生长量上,马尾松>湿地松>火炬松>巴哈马加勒比松;在年均胸径生长量上,马尾松>火炬松>湿地松>巴哈马加勒比松(表2)。在产脂方面,各参试树种中湿地松产脂力和望年产量均最高,分别为13.80g/d、5.42kg/a。在产脂力上,湿地松>火炬松>巴哈马加勒比松>马尾松;在期望年产量上,湿地松>火炬松>巴哈马加勒比松>马尾松(表3)。2.2高脂肪法的选择2.2.1选择强度对选择效果的影响:固定值法是分析选择最佳比较不同选择方法在马尾松产脂力指标的选择效果可知,4种方法都获得超过90%的选择增益,选择效果明显(表4),其中,2倍标准差法的选择强度最低,固定值法最高。以期望年产量为选择指标时,4种方法均获得超过120%的选择增益,选择效果明显,其中,80%期望增益法的选择强度最低,固定值法最高。在选择效果均达到预期水平后,需要从入选率考虑选择效果。入选率过低,不易建立起较大规模的育种群体,而入选率过高,不但会降低高产脂育种群体的整体品质,还会造成种质资源收集成本过高。使用固定值法和3倍均值法对2个产脂指标选择时,虽然获得超过200%的选择增益,但入选率过低。而使用2倍标准差法和80%期望增益法的入选率过高。因此需要重新设置选择强度。为了实际使用更为便捷,还需要对入选标注进行整数化处理。在分析结果(表4、表5)的基础上,重新调整马尾松高产脂的选择标准,即将产脂力标准设置为>11g/d,选择效果较为理想,入选率为1.01%,优树均值为12.36g/d,选择增益为151.37%,选择强度为4.60。将期望年产量设置为5kg/a,选择效果较为理想,入选率为1.13%,优树均值为6.28kg/a,选择增益为221.14%,选择强度为5.19。2.2.2期望下湿地松的选择效果以产脂力为选择指标时,3种方法都获得超过110%的选择增益,选择效果明显(表6),其中,2倍标准差法在入选率、选择增益的效果较为理想。可在此基础上对入选标准进行整数化处理,设置明确的湿地松高产脂产脂力标准。以期望年产量为选择指标时,4种方法均获得超过110%的选择增益,选择效果明显(表7),其中,80%期望增益法和固定值法入选率过高,3倍均值法入选率过低。可在2倍标准差法的基础上提高选择强度,重新设置湿地松高产脂期望年产量标准。在分析结果(表6、表7)的基础上,重新调整湿地松高产脂的选择标准,即将产脂力标准设置为>27g/d,入选率为1.32%,优树均值为31.50g/d,选择增益为128.26%,选择强度为2.71,选择效果较为理想。将期望年产量设置为12.5kg/a,入选率为1.44%,优树均值为14.64kg/a,选择增益为170.11%,选择强度为3.18,选择效果较为理想。2.2.3倍均值法以产脂力为选择指标时,3倍均值法因入选标准过高而没有单株入选。80%期望增益法在入选率、选择增益的效果较为理想(表8)。在此基础上对入选标准进行整数化处理,将产脂力标准设置为>20g/d,入选率为2.57%,优树均值为22.44g/d,选择增益为106.29%,选择强度为3.11,选择效果较为理想。以期望年产量为选择指标时,3倍均值法因入选标准过高而未单株入选。固定值法入在入选率和选择增益的效果均较为理想,即期望年产量为10kg/a,入选率为3.26%,优树均值为11.71kg/a,选择增益为143.10%,选择强度为3.29(表9)。2.2.4不同树种选择标准对3倍标准差法的效果以产脂力为选择指标时,3倍均值法因入选标准过高而没有单株入选。2倍标准差法在入选率、选择增益的效果较为理想(表10)。在此基础上对入选标准进行整数化处理,将产脂力标准设置为>15g/d,入选率为2.76%,优树均值为15.86g/d,选择增益为79.79%,选择强度为2.40,选择效果较为理想。以期望年产量为选择指标时,3倍均值法与固定值因入选标准过高而没有单株入选。2倍标准差法与80%期望增益法的选择效果均相同(表11)。在此基础上对入选标准进行整数化处理,将期望年产量为7kg/a,入选率为5.52%,优树均值为7.85kg/a,选择增益为112.30%,选择强度为2.78。3讨论和结论3.1高产脂育种材料的选择制定高产脂选择标准不但要注重选择的增益,还应考虑到在该标准下所选的育种材料数量是否能够满足建立起具有较大遗传基础的育种群体。而松树的产脂能力除自身的遗传差异外,还受到如气候、土壤、造林密度、坡度等多种环境因素影响。因此,以某一固定的产量值作为衡量高产脂的标准存在较大的局限性。如我国开展马尾松高产脂选优研究的早期阶段,将产脂力标准界定在10g/d(10cm割面宽)或12~15g/d(10cm割沟长),广东、福建、浙江、广西4省区采用上述标准结合2倍对照树产量法在各自区域内分别选得49~93株优树就广西马尾松而言,目前人工林面积远高于天然林和次生林,而且其中很大比例采用了2500株/hm而湿地松、火炬松、加勒比松均属于引进树种,在广西种植面积小,种质资源数量少,遗传变异丰富度远低于马尾松。但其产脂能力明显高于马尾松。对于此类树种进行高产脂选优,在达到预期选择增益的前提下则应提高入选率,以便于建立一定规模的育种群体。关于高产脂优树选择指标,产脂力参数的设置主要对实际采割操作造成的割面宽或割沟长度差异进行校正,即将所有采脂木都在同样的采割创面下进行比较。但此参数片面强调单位创面的产脂能力,忽视了因树木生长量差异而导致采割创面不同的因素,将使相当一部分生长量大、产脂量多,但产脂力不突出的优树落选。为此,本研究引入了期望日产脂量参数,为按标准采割率40%的日平均产脂量,该系数主要是对实际操作造成的采割率不同进行校正,即将所有采脂木都在同样的采割率下进行比较,允许生长量大单株计算更多的产量。因此分析结果中确定的选择标准中,期望产脂量的入选率和选择增益均高于产脂力。相对于产脂力,该参数更加适用于材脂兼用型优质育种材料的选择。而本研究引入期望年产脂量参数,则是根据广西每年实际的可采脂时间确定,该参数能更加直观的反应松脂产能,便于计算推广使用时的经济效益。3.2可采用的标准通过对广西4种主要的采脂树种进行产脂能力研究,初步确定了马尾松、湿地松、火炬松、加勒比松的高产脂优树选择方法与标准。对于马尾松中、高密度人工林,以产脂力为指标可采用标准差法的标准为产脂力>均值+3倍标准差,期望增益法的标准为选择增益>120%,固定值法标准为产脂力>11g/d;以期望年产脂量为指标可采用标准差法的标准为期望年产脂量>均值+3倍标准差,期望增益法的标准为选择增益>150%,固定值法的标准为期望年产脂量>5kg。对于湿地松中密度人工林,以产脂力为指标可采用标准差法的标准为产脂力>均值+2倍标准差,期望增益法的标准为选择增益>90%,固定值法的标准为产脂力>27g/d;以期望年产脂量为指标可采用标准差法的标准为期望年产脂量>均值+2倍标准差,期望增益法的标准为选择增益>130%,固定值法的标准为期望年产脂量>12.5kg。对于火炬松中密度人工林,以产脂力为指标可采用标准差法的标准为产脂力>均值+2倍标准差,期望