东北白桦种质资源生态耦合性分析及可持续利用策略

吴 捷 兰士波 宁晓光

(黑龙江省林业科学研究所，哈尔滨 150081)

东北白桦种质资源生态耦合性分析及可持续利用策略

吴 捷 兰士波 宁晓光

(黑龙江省林业科学研究所，哈尔滨 150081)

基于充分汲取国内外相关领域的研究成果与地理分布和生态耦合性的分析，以生态效益优先，社会、经济和生态价值兼顾的理念，结合东北白桦的资源现状，构建了东北白桦可持续利用的经营策略，为该种质资源的保存和可持续利用奠定理论基础。

东北白桦 地理分布 生态耦合性 可持续利用 经营策略

1 引言

东北白桦(Betula platyphylla var.mandshurica Suk.)是白桦(Betula platyphylla Suk.)的一个地理变种，在植物系统分类学上隶属于桦木科(Betulacea)、桦木属(Betula L.)、桦木组(Sect.Betula)。东北白桦是形成中国东北多种地带性植被的先锋类型和森林草原过渡类型的重要组成树种[1-3]，具有适应广泛、耐寒性强、生长快和材质优良的生物生态学特性。东北白桦的自然资源较少，受人为活动或自然因素的干扰与破坏，致使其存量资源消耗十分严重，直接影响了林业产业原料供给，制约了区域性经济可持续发展。目前，全世界林业产业已经步入可持续经营运行阶段，发展森林资源与保护生态环境已成为林业产业发展的主旋律，而且，林业生产完成了以人工林生产为中心向生态效益优先，社会、经济和生态三大效益兼顾的战略转型。因此，基于东北白桦的地理分布及生态耦合性的分析，在汲取国内外相关领域的研究成果的基础上，结合资源现状，以生态效益优先，兼顾社会和经济效益，对自然资源实行目标树种经营模式。同时，有针对性地选择适宜的立地类型和生态环境，加大人工育种群体和种质资源保存基地建设力度，以增加资源储备，提高工业用材林整体质量和林地生产潜力，最终实现林业可持续经营与发展。

2 东北白桦与原种的主要区别

地理隔离使生物在形态和结构方面发生显著的遗传变异，从而形成新变种。一个品种至少具有两点以上的性状差异，且地理分布类型不同，方可作为变种来处理。在中国东北林区，东北白桦是白桦的一个地理变种[4]，二者的主要区别在于:东北白桦叶基部由宽楔形至狭楔形，稀截形，白桦叶基部多平截；东北白桦果序长而细，而白桦果序短而粗；东北白桦集中分布于黑龙江省南部山区，愈往北愈少，呈间断性岛屿状分布，白桦的自然分布区遍及7个植被区，横跨中国东北、华北、西北及陕北等14个省(自治区)，呈连续分布状态。

3 地理分布与生态耦合性分析

3.1 地理分布

在中国大陆境内，东北是东北白桦的次生分布区，主要分布在长白山余脉的张广才岭和老爷岭[2-4]，集中分布于黑龙江省南部山区，愈向北愈少，呈明显间断性的岛屿状分布。东北白桦分布范围狭窄，资源储量十分有限，应加强资源防护力度，以维护森林生态系统平衡。

3.2 生态耦合性

在林木与环境的相互关系中，生态因子对林木的生长发育和材质材性起综合作用，而林木又以自身变异来应变外界环境。东北白桦性喜凉爽湿润的森林气候和冷湿的土壤条件，对生境的适应具有可缩性。立地条件对生长性状的效应显著，在土层深厚肥沃，且排水良好的暗棕色森林土上，生长势强，表现良好，且以东北向和西北向坡下部，以及东南向和西南向坡中部的林木生长表现最佳[5-6]。

(1)光照效应:东北白桦为强阳性树种，在桦木属植物中，耐荫性最弱，对光的适应范围最窄，但抗直射光的能力甚强，只能生长在较强的光强度下；

(2)温度效应:东北白桦是红松林、落叶松林、云杉林和冷杉林的主要伴生树种，耐寒性强，可耐-50℃极端低温，且抵御霜冻和日灼的能力亦较强；

(3)水分效应:东北白桦性喜湿润，适宜冷湿且年降水量大于400mm的土壤类型和气候条件；

(4)土壤效应:东北白桦对气候和土壤要求不甚苛刻，适宜分布区内的各种立地条件和土壤类型，尤其在土层深厚肥沃且排水良好的暗棕色森林土上，生长势强，表现最佳；

(5)密度效应:经营密度对林内的光能利用率、凋落物分解和养分归还、林地土壤含水量，以及林分的生长和发育等均具一定影响，直接影响林分出材率和木材质量[7]。林分密度大，自然整枝良好，树干通直，出材率高，材质优良；林分密度小，自然整枝不良，树干弯曲且分枝多，出材率低，材质较差。

4 种质资源保存与可持续利用

生物种质资源是陆地生态系统的主体，负载着森林植物高度的多样性和丰富的遗传基因资源，直接关系到林业的可持续发展和生物基因工程的顺利实施[8]。林木种质资源是选育新品种、优良品种或优异个体的遗传基础，其资源存量标志着国家和民族的经济实力和科学实力[9]。因此，长远保存与持续利用这部分资源，并结合森林经营活动，广泛建立新的人工群体，对改变自然群体的遗传结构，拓展种质资源的遗传基础，避免重要遗传基因缺失，加速林木遗传改良进程，具有重大的理论价值和实践意义。

4.1 种质资源保存的意义和迫切性

林木种质资源的自然功能和社会功能丰富，既可维护生态平衡，又能促进现代文明与传统文化的融合，促进区域经济和现代育种技术的长足发展。目前，中国的森林及其遗传资源面临巨大的危机，天然资源破坏严重，遗传基础狭窄，林地向逆境退化，乡土树种遭受遗传侵蚀，生物多样性降低，重要种质缺失严重[10]，因此，有效保存林木种质资源势在必行。

(1)种质资源保存是生产力资源保存的必然结果。东北白桦是环境发展和生态灾难治理的战略资源之一，保护的核心就是生产力资源的保存，这对彻底解决“渐释效应”的危害，储备必要的可再生物质资源，意义重大；

(2)东北白桦种质资源保存是桦木属植物高效育种的基因基础。随着现代育种技术的快速发展，导使桦木属植物的遗传基础变窄，致使高效育种面临基因匮乏的窘境。因此，优良品种的可持续培育与种质资源的永久性保存，必将持续提高人工林的产量，促进林业可持续发展；

(3)东北白桦种质资源保存是维护生态平衡的必要保障。在自然界，生物因子与非生物因子构成不可分割统一综合体，东北白桦对整个森林和陆地生态系统具有重要的影响。因此，长久保护东北白桦种质资源可最大限度保护生物多样性，维持生态平衡，提升陆地生态系统的服务功能和森林的社会与生态价值；

(4)东北白桦种质资源保存是桦木属植物遗传改良的迫切需求。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，社会对林产品市场的需求趋于多样化，因此，保存和储备东北白桦种质资源，有助于该种质的定向培育和遗传改良。

4.2 种质资源可持续利用的主要策略

东北白桦是重要的商品林树种，在资源恢复与可持续利用中占居重要地位，基于自然地理、气候特征及资源分布现状，选择代表性较强的地域，实施原地保存、异地保存和联合保存，防止遗传多样性和种质基因的丢失[11]。同时，依据不同的森林类型，确定相宜的经营目标，分别采取相应的可持续经营技术与模式，为目标树种和辅助性树种提供相对优越的生长空间，改善群落结构组成，提高森林的生态和经济效益。

4.2.1野生资源利用和人工群体培育协调发展

在合理利用野生资源的同时，应加强对存量资源的整合、维护和保护，防止资源的退化和枯竭。

(1)针对具有培养价值且结构合理的林分，以乡土树种为目标树种，清除低质木、低价木、低产木和病腐木，通过林分密度调控，改善林分健康状况和目标树种的生长环境，运用分层经营技术，引进目标树种和珍贵树种，增加单位面积的个体数量和优质树种的组成比例，提高林地的生产潜力；

(2)对培养价值较高的林分，实行封山育林保护模式，减少人为干扰活动，恢复森林和植被，促使林分自然生长，改善林分质量，提高林地生产潜力。

4.2.2原地保护与迁地保存相机结合

东北白桦的自然分布呈间断性岛屿状，资源存量十分有限。为有效保存这部份宝贵的资源，在自然分布区内，选择林分集中分布的地段，建立自然生态系统保护区和森林公园，原地保护该植物群体及其遗传多样性。同时，在优良群体综合分析与评价的基础上，广泛收集优良的个体种质，选择适宜生长的地域，采取人工林经营、林木育种与引种驯化相结合的方式，利用经过选择的遗传材料，分别建立植物园、树木园、种质收集园、子代测定林和种质异地基因保存库等育种群体，扩大种质资源的分布范围。

4.2.3加强良种繁育基地建设

东北白桦的结实较早，树体高大，种实收集时间短且采集困难，鉴于此，选择生态条件适宜的地段，建设良种繁育基地，以及具备种质收集、保存功能的基本群体和育种群体，为种质资源保存库、种植园及生产性栽培，提供丰富的良种资源和繁殖材料。

4.2.4优化并调整自然群体的遗传结构

结合森林经营和林业生产活动，合理调整林分密度，改变自然群体的遗传结构，拓展遗传基础，以适应长期进化的生态系统和全球气候与环境的变化。

5 结语

东北白桦是白桦的一个地理变种，材质优良且用途广泛，受长期人为活动的影响和自然因素的干扰，存量资源匮乏。目前，世界林业已步入可持续经营的运行阶段，因此，结合东北白桦的资源现状，基于地理分布及其生态耦合性的分析，在汲取国内外相关研究成果和大量试验的基础上，构建东北白桦种质资源可持续利用的经营模式和策略。

(1)在合理利用自然资源的同时，加强对存量资源的整合、维护和保护，并针对具有培育价值的林分，实行目标树种经营模式和封山育林保护模式；

(2)原地保护和异地保存相结合，选择林分集中分布的地域，建立自然生态系统保护区和森林公园，以及植物园、树木园、种质收集区和基因异地保存库等育种群体；

(3)调整并优化自然群体的遗传结构，加强良种繁育基地建设，以拓展东北白桦的遗传基础，构建以生态效益优先，社会、经济和生态价值兼顾的战略格局。

[1]中国科学院中国植物志编辑委员会,中国植物志(第21卷)[M].北京:科学出版社,1979.

[2]郑万钧.中国树木志(第一卷)[M].北京:中国林业出版社,1985.

[3]聂绍荃,袁晓颖,杨逄建,等.黑龙江植物资源志[M].哈尔滨:东北林业大学出版社,2003.

[4]周以良,董世林,聂绍荃.黑龙江树木志[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1986.

[5]关文彬.中国东北地区白桦林植被生态学的研究-桦木属植物与中国白桦林的地理分布[J].北京林业大学学报,1998,20(4),104-109.

[6]兰士波.天然杨桦次生林密度效应的研究[J].南京林业大学学报(自然科学版), 2007,31(2),83-87.

[7]兰士波.杂种沙棘果实性状遗传效应分析[J].林业科技开发,2011,25(5):13-16.

[8]翟俏丽,范桂枝,詹亚光.桦树生物技术研究进展[J].中国农学通报,2010,26 (4),93-98.

[9]顾万春,王棋,游应天,等.森林遗传资源学概论[M].北京:中国科学技术出版社,1996.

[10]顾万春.中国林木种质资源保存、研究与对策[J].中国生物多样性保护与研究进展, 2010,93-105.

[11]李子文.天然次生林恢复经营模式[J].黑龙江科学,2014,5(4),197-198.

EcologyCouplingAnalysisandSustainableUtilizationStrategyofBetulaplatyphyllaGermplasmResource

WuJieLanShi-boNingXiao-guang

(First-author′s address: Forestry Research Institute of Heilongjiang Province, Harbin 150081, Heilongjiang, China)

This article is based on a thorough analysis of the research results of the relevant fields both at home and abroad and geographical distribution and ecological coupling, is based on the concept of ecological benefits, social, economic and ecological values, combines the status quo of the resources of Betula platyphylla var.Mandshurica, and builds a business strategy for the sustainable utilization of birch in Northeast China, which can lay the theoretical foundation for the conservation and sustainable utilization of this germplasm.

Betula platyphylla var.mandshurica; geographical distribution; ecology coupling; sustainable utilization; operation strategy

国家林业公益性行业专项(201204307-07) ；国家林木种质资源平台运行服务项目(2011DKA21003-02)。

吴捷(1971-)，黑龙江哈尔滨人，女，高级工程师，主要从事林木遗传育种、森林培育及森林植物等学科的科学管理与成果推广工作。

兰士波(1966-)，山东龙口人，男，硕士，研究员，学科带头人，主要从事林木遗传育种、种质资源、森林培育及森林植物等学科的科学研究。E-mail地址:Lanshibo1966@163.com。

2017-11-08

王大军

校对王 卉