生物质能源柳优良无性系引种试验1)

高文韬 孟庆繁 陈玉宝 林天喜 吴相菊 张显龙

(北华大学，吉林，132013) (吉林市林业科学研究院) (吉林省蛟河林业实验区管理局)

柳树具有生态适应性广、萌蘖力强、生长快、成材早、生物产量高等优点，是适宜营造短轮伐期生物质能源林的优良树种之一。美国、瑞典、加拿大、巴西、丹麦等欧美国家于20世纪七八十年代开始生物质能源林短周期培育技术的研究，筛选出了许多优质、速生、适应性强的杨、柳树品种及无性系和杂交新品种，并总结出了从品种选择、栽培地选择、造林材料的处理和栽植方法、林分管理、病虫害控制、收获方法等一整套培育技术［1－6］。我国20世纪90年代才有江苏省林科院、西北农林科技大学、南京林业大学、湖南省林科院等单位开展此类研究［2－5］。吉林省有柳树37种［7］，大多数还处于野生未被开发利用状态，吉林省乃至东北地区尚缺乏速生生物质能源柳优良无性系(品种)。为此，北华大学2003年开始，从美国引进生物质能源柳6种16个优良无性系，旨在丰富吉林省的速生生物质能源柳优良无性系(品种)，满足培育短周期生物质能源林的需要。经过9 a引种驯化取得了初步成功，为吉林省今后大面积开展培育短周期生物质原料林提供了支持。

1 原产地与引种地自然概况

原产地为美国纽约州，引种试验地位于蛟河市前进乡吉林省蛟河林业实验区管理局境内，原产地与引种地自然概况见表1。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验材料为引自美国的生物质能源树种柳树无性系。2008年5月，将经过多年驯化筛选出的6个种15个柳树无性系与吉林省当地生长表现良好的柳树2个对照种，定植在吉林省蛟河林业实验区管理局前进乡境内;面积1 hm2，采用垄植，株行距60 cm×70 cm，带宽1.5 m。穗条长度10 cm，粗度直径0.5 cm。

6个种15个柳树无性系:旱×白柳(Salix matsu-dana×S.alba)AAUSC、AAUSL，白柳 (S.alba)ASA2，毛枝柳(S.dasyclados)ASV1，钻石柳(S.eriocephala)AS25、A95018、AS287、AS95316、AS625，欧洲红皮柳(S.purpurea)A95042、APUR12、AFC189、AFC190、AB193，褪色柳(S.discolor)AS365(由于抗寒性极弱，淘汰1个无性系AS95311)。

2个对照种:ZA1(CK)(垂暴109 S.babylonica×S.fragilis)和ZA2(CK)(馒头柳 S.Umbraculifera)。

表1 原产地与引种地自然概况

2.2 物候、生长节律观察及生长量测定

在2年生不同无性系中，分别随机选取30株生长健壮、无病虫害的植株作为观测样株。在物候变化季节，1～2 d观察一次，在其它季节，物候观察与生长节律测定一并进行，即每月10日、20日、30日各一次，每日观测时间为14:00—16:00。全株生长量10月下旬测定。树高、地径生长量分别用钢卷尺和游标卡尺进行量测，然后统计求算平均值。

2.3 抗逆性测定

5—9月份，在2年生不同无性系中，各随机选取30株树，按抗寒症状等级及抗寒性指数等级［8］和有关病、虫害标准［9］进行抗性调查。抗寒性指数R=(1X1+2X2+3X3+4X4+5X5)/∑(X1+X2+X3+X4+X5)。其中:1～5为不同抗寒性指数等级;X1～X5为相对于不同受害等级的株数，当R值在1.00～1.50时为Ⅰ级(强)、1.51～2.50 为Ⅱ级(较强)、2.51 ～3.50 为Ⅲ级(中等)、3.51 ～4.50 为Ⅳ级(较弱)、4.51 ～5.01为Ⅴ级(极弱)［8］。

2.4 燃烧值测定

每个无性系随机取样3～5株，从基部砍伐后，全部带到实验室。在烘箱中105℃经8～10 h烘至恒质量，然后粉碎混匀，过筛(0.25 mm)，晾干处理，制成试样备用。将0.5 g的测定样品，装于纯氧弹中在全自动量热仪zdhw－2000(河南省鹤壁，天宇)进行燃烧。燃烧产生的热为氧弹周围已知质量的蒸馏水及热量计整个体系所吸收，并由贝克曼温度计读出水温上升的温度，该上升的温度乘以热量计体系和水的热容量之和，即可得出样品的热值［8］。

3 结果与分析

3.1 生长量及抗性

2009年5月—2010年4月，分别对2年生6个种15个柳树无性系的生长量及抗性进行调查，结果见表2。

表2 2年生柳树各无性系生长量及抗性对比

表3 地径多重比较(α=0.01)

表4 树高多重比较(α=0.01)

从表2～4可以看出:15个无性系均无冻害现象。绝大多数无性系也没有发生病害，只有AS365无性系易感柳叶栅绣病(Melampsora arotica Rostr)。各无性系抗虫能力强，虫害非常少，仅有极少量的东方绢金龟(Serica orientalis Motschulsky)、柳十八斑叶甲(Chrysomela salicivorax Fairm)在春季及初夏时取食个别无性系叶芽或叶片。通过对15个无性系抗性及生长量性状综合评价，初步筛选出8个无性系适合在蛟河生长，即:旱×白柳AAUSC、AAUSL，白柳ASA2，毛枝柳 ASV1，钻石柳 AS25、A95018，欧洲红皮柳A95042、APUR12(树高:F=4.14＞F(0.05)=1.71;地径:F=11.27＞F(0.05)=1.71)。

3.2 物候、生长节律

2011年对筛选出生长较好的8个无性系物候、年生长节律进行了观测，见表5、图1和图2。

表5 2年生柳树各无性系的物候

从表5可见，引进无性系与当地对照品种(ZA1、ZA2)的物候期相差不大，大多数无性系高生长始期、末期基本与当地品种相同，少数无性系相差2～10 d，但都能完成生长发育，形成冬芽。从图1、图2中可以看出，引进8个无性系地径生长主要集中在5—9月，多数品种的生长呈单峰型，生长高峰期出现在6月份，只有ASA2与当地对照种ZA1的地径生长高峰期出现在7月。AAUSC的生长呈双峰型，在6月出现一次生长高峰之后，到了8月有出现了一个小的生长高峰。高生长也主要集中在5—9月，多数无性系的生长呈单峰型，生长高峰期出现在6—7月份。其生长节律基本上与当地对照种生长节律相同。由此可见，引进的柳树无性系适应引种地的气候条件。

图2 2年生柳树各无性系高生长节律图(蛟河，2011)

3.3 热值

热值是指单位质量干物质在完全燃烧后所释放出的热量值［10］。它反映了绿色植物在光合作用中固定太阳辐射的能力，是植物本身的重要特征，也是衡量第一性生产力的重要指标［11］。通过对植物热值的研究，不仅可以较充分揭示生态系统中的能量分布特征和能流过程;而且将植物的热值和干物质产量结合起来，可以较好地评价生态系统中初级生产力的状况［12］。

2010年4月，对15个生物质能源柳无性系的干重热值进行测定，结果见表6、干重热值多重比较见表7。由表6、表7可以看出，17个无性系之间干重热值差异极显著(F=17.00＞F(0.001)=3.34)，与对照种ZA1(CK)相比，引进的15个柳树无性系干重热值差异均极显著。筛选出生长量高、抗性强的8个优良柳树无性系干重热值都比对照种ZA1(CK)高，是标准煤热值(25 384 J/g)的66.41% ～70.62%，具有较大的能量储备和较高的干重热值。

表6 不同柳树无性系的干重热值的测定结果 J·g－1

表7 不同品种柳树无性系干重热值的多重比较(α=0.01)

4 结论与讨论

美国生物质能源柳无性系在吉林省蛟河4月中旬芽萌动，4月下旬—5月上旬完全展叶，5月中下旬开始高生长，9月中旬结束，10月中旬落叶。高生长呈单峰型，高峰期出现在6—7月;地径生长主要集中在5—9月，多数无性系的生长呈单峰型，高峰期出现在6月。

根据迈依尔“气候相似论”的原理［8］，将原产美国纽约的柳树优良无性系引种到气候相似的吉林省中东部蛟河林区试种，通过9a的试验，筛选出生物质能源柳 5种 8个无性系:旱×白柳 AAUSC、AAUSL，白柳 ASA2，毛枝柳 ASV1，钻石柳 AS25、A95018，欧洲红皮柳 A95042、APUR12。从生长量、干重热值和适应性看，都好于或接近当地对照种。吉林市林业科学研究院等单位，从美国、加拿大等地引种的美洲短叶松(Pinus banksiana)、白云杉(Picea glauca)等树种，现已成功在吉林省造林推广［13］。高文韬等［14］2007年从加拿大萨斯客彻温(年平均温度2.2℃，极端低温50℃，相对湿度57%，年降水量350 mm，≥10℃积温2 111℃)成功引进桤叶唐棣(Amelanchier dlnioliaf)，栽植于吉林省蛟河林业实验区管理局(年平均温度1.7℃，极端低温－43.5，≥10℃积温2 350℃)，现已进入盛果期。这些事例都充分证实，引种地与原产地气候条件基本相似的“气候相似论”原理。吉林省中东部(蛟河)林区林木引种主要限制因子是低温(年平均温度，极端低温)，此次引种的原产地美国纽约州，虽然年平均温度、≥10℃积温比引种地高，但极端低温基本相同;同时，此次引种原产地与引种地纬度只相差1°10'，也符合林木引种规律中“一次引种纬度幅度5°～10°，经度幅度只要无特殊地形和土壤影响，可以跨山越海”的范围要求［15］。筛选出的美国生物质能源柳无性系干重热 值为17 367．71 J/g，是标准煤热值(25 384 J/g)的66．41% ～70．62%，是长白山林区蒙古栎热值(19 130J/g)、紫椴热值(18 900 J/g)、色木槭热值(18 420 J/g)、白桦热值(18 290 J/g)等主要天然阔叶树种热值的88．12% ～96．35%［16］。由此可见，引进的美国生物质能源柳具有较好适应性和较高的干重热值，可以将美国生物质能源柳优良无性系，作为培育短周 期生物质能源林在吉林省进行扩大引种栽培试验。

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