珍稀植物红椿在湖北的相关研究进展

蔡京勇+张汉菊+付翠林+黄+芳+陈军

摘要：指出了红椿是珍贵国家二级保护用材树种。红椿在湖北零星分布，种群规模小，但发展潜力巨大。从种群生态学、群落生态学、种质资源收集与优树选择等方面综述了湖北生态工程职业技术学院红椿研究团队的相关研究进展，并对红椿的未来研究前景作出了展望。

关键词：红椿； 湖北；生态学；优树选择；研究进展

中图分类号：S792.99

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）23-0001-02

1 引言

红椿（Toona ciliata Roem.），楝科（Meliaceae）香椿属（Toona Roem.）落叶或半常绿大乔木，又名红楝子，是中国热带、亚热带地区的珍贵速生用材树种^[1，2]。为国家II级重点保护野生植物。其干形通直，树姿挺秀，自然整枝明显，属强阳性树种，是中国热带、亚热带地区珍贵速生用材树种，其木材为上等家具用材，素有“中国桃花心木”之称^[2]。红椿天然分布范围从印度经缅甸、老挝、巴基斯坦、泰国、马来西亚、印度尼西亚至澳大利亚。中国主要分布区地理坐标为24°21′～32°42′N，100°16′～119°40′E^[3，4]。红椿天然林多呈零星分布，以红椿为优势种的天然种群十分少见。过度开发以及天然更新较慢，导致其数量不断减少^[3]。在中国分布不广，仅呈天然零星分布，但发展潜力很大。由于人类的过度开发以及天然更新较慢，其数量不断减少^[4]。

近年来，湖北红椿相关研究取得较大进展。湖北生态工程职业技术学院红椿课题组进行了以湖北地区的红椿种质资源收集与优树选择相关的系列研究。先后在资源调查、红椿群落生态学、种群生态学、红椿天然林优树选择等方面取得了初步成果。

2 红椿种群生态学研究进展

2.1 红椿天然分布格局研究

按照湖北地域，湖北红椿课题组分别对鄂西北、鄂西南、鄂东南红椿天然分布区进行了群落和种群生态学研究。如利用相邻格子法对鄂西北竹山、谷城和谷城红椿种群进行统计，采用立木径级结构代替种群年龄结构的方法，研究了龄级的个体数量动态指数、静态生命表及存活曲线，进行种群谱分析，提出了环境筛抑制和环境干扰对红椿的影响，是造成红椿濒危的重要因素^[5]。同时提出了红椿天然分布格局的检验方法^[6]，即分布系数Cx的t检验、Morisita指数Iδ的F检验，与χ2统计均满足泊松分布的取样条件。提出了在有限的样地面积内，减小样方尺度面积，获得更高自由度，对于种群个体是否符合泊松检验的结果，有较高的信度。湖北红椿种群格局最为典型表现泊松分布的取样尺度为25 m2^[7]。

2.2 红椿种群统计学研究

鄂西南红椿天然种群动态与谱系分析表明，波谱出现明显小周期，表明红椿种群天然更新存在着周期性，且有小周期的多谐波叠加，不同阶段红椿生理特性、环境筛与人为干扰因素对种群的影响较大^[8]。鄂东地区黄石红椿种群的Fourier级数分析及动态预测研究，同样证明了红椿种群小周期的多谐波叠加特征^[9]。动态预测表明红椿高龄级后种群会趋于老化^[9，10]。相关研究表明^[7，11]，鄂东南的九宫山红椿种群也属于增长性种群，天然更新较好，但种群老龄化趋势明显。通过特定时间生命表，分析存活曲线、死亡率曲线和寿命期望等重要参数，并运用时间序列模型预测红椿种群数量动态，发现红椿种群的生长发育主要受限于其自身的生物学特性、种内竞争和环境干扰^[12]。鄂西南天然红椿种群在自然状态下处于增长状态，有潜在干扰影响时，仍表现为稳定种群。红椿天然种群以泊松分布为特征，聚集分布主要来源于人为干扰^[8，13]。

由于物种聚集分布的自我保护机制，通过系列研究，汪洋等^{[5，7，9，12，13]}提出了人为正向“干扰”以制造林窗、增强种群天然更新能力。适当人为干扰，可以促进红椿种群更新、物种保护和生态效益最大化。同时，人为制造林窗可以尽量接近聚集性最强的面积尺度，能够将有利的自然因素通过耦合效应与人为活动效应结合起来，科学有效地保护这一濒危物种^[7]。

2.3 红椿群落生态学研究

红椿群落研究红椿群落α多样性与种群格局相关性之间是否存在某种关系？相关研究表明，群层间α多样性存在较为不同的相关性，竞争中不平等的资源分配，影响红椿群落物种的演替方向；红椿群落乔灌层的α多样性指数越高，对红椿种群的分布格局影响越大，促使红椿种群分布格局趋于泊松分布^[14]。红椿群落Shannon指数、地形、土壤物理因子典范相关研究，揭示了红椿天然群落土壤物理因子、地形和Shannon指数三者间两两之间相关性很高，且组间相互影响较大。群落物种各α多样性指数在垂直结构上均为： 草本层>乔木层>灌木层。这种特定的群落垂直结构代表了鄂西南天然红椿群落结构的典型特征。相对复杂的群层结构，对于红椿群落的动态及结构产生较强的影响，也可能是造成红椿濒危的重要因素^[15]。保护红椿群落物种α多样性有利于促进红椿种群稳定^[8]。

3 红椿天然林种质资源收集与优树选择

由于湖北红椿天然种群主要以恢复中的次生林为主，规模较小且人为干扰严重，因此天然林选优存在技术壁壘。利用多元线性回归和主成分分析联合分级法，对红椿天然林选优的生长量和形质标准双向评级^[16]，保证了入选优树的速生性和形质优良性，适用于湖北境内中亚热带与北亚热带南缘红椿分布区。鄂西北红椿天然林优树选择，则采用了基准线法和形质评分结合选优。47棵优势木中筛选，生长量指标高于年生长量均值的红椿有19株，高于基准线的单株有15株。形质评分复选红椿优树10株，入选率为52.63%。既确保了红椿生长指标具有较高的平均增益，又有效避免了因过度评分造成优良遗传性状的丢失^[17]。此外，鄂西北优树选择结果与全省选优鄂西北地区结果完全重合。优树选择结果基本可保证湖北地区种质资源圃的建立和前期种源试验需求^[16，17]。endprint

4 湖北红椿研究前景

4.1 湖北红椿分子遗传研究展望

鉴于湖北红椿相关研究进展，开展后续研究势在必行。进一步完善优树种子的跟踪收集，为种实表型变异特征分析提供基础；根据研究团队已经得出的中南和南方共5个省份的红椿SSR分子标记，计算基因流和等位基因，对Nei′s基因多样性指数（H）及Shannon′s信息指数（I）进行分析；红椿种源间遗传多样性分析；红椿遗传结构分析。同時探究分子标记水平的育种研究。

4.2 红椿生理与栽培育苗技术展望

进一步在不同物候区域的红椿天然分布区收集红椿优良种质资源，利用湖北红椿天然分布区来源的种苗（包括优树半同胞家系、无性系、优良林分家系）进行繁育试验，研究育苗技术。研究科学的红椿苗期性状观测方法，如发芽率、苗高、地径、物候与生长节律、苗木生长越冬死亡率与受害率、生理指标如光合速率、呼吸强度、叶绿素含量、CO2胞间浓度、干旱胁迫等，建立红椿种源试验苗期技术评价体系。进行栽培优化配套技术：育苗培养基质优化，外源激素处理对比，栽培季节对比，温、湿度处理对比，抚育管理等方向研究，为红椿生长创造良好的土、肥、水、气、光、热等条件，使其更加合理。筛选适地适树红椿优良品系，为优良二代种源造林试验打下基础。

4.3 红椿生态学研究的深化

以现有调查数据为依据，进行红椿数学生态学相关研究。对特定种群（鄂西北、鄂西南、鄂中和鄂东南典型种群）进行信息维数、计盒维数、关联维数研究，以进一步探明红椿天然林种群分布格局的拐点尺度。通过湖北全省红椿群落调查研究，结合植物谱系研究^[18，19]，揭示群落植物谱系目录的进化机制。

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Research Progress of Rare Commercial Tree SpeciesToonaciliataof Hubei Region

Cai Jingyong，Zhang Hanju，Fu Cuilin，Huang Fang，Chen Jun

（Hubei Ecology Polytechnic College，Wuhan，Hubei，430200，China）

Abstract： ToonaciliataRoem，under state protection （category II），is a rare commercial tree species.It distributes sporadically in Hubei region with small population size but great development potential.In this paper，the relative research progress of the research team of T.ciliata in Hubei Ecology Polytechnic Collegeis addressed frompopulation ecology，community ecology，germplasm collection and plus tree selection.Finally，the prospect of its future research is prospected.

Key words： Toonaciliata； Hubei； ecology； plus tree selection； research progressendprint