杉木种子园自由授粉子代测定及大径材家系选择

杨海英， 张 勰， 黄 帆， 刘晔嘉

(1.会同县坪村镇人民政府农业综合服务中心， 湖南 会同 418302； 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004；3.沅陵县林业局, 湖南 沅陵 419699)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我国特有用材树种，也是湖南省最重要的造林用材树种之一。杉木生长快，产量高，材性好，用途多，在湖南省广泛栽植，深受产区群众喜爱。我国杉木遗传改良研究走在各树种前列。我省在杉木种子园营建、子代测定、人工林培育等方面已做了大量的工作[1-6]。长期以来，由于市场对中小径材的需求较大，杉木育种目标旨在提高其速生性。近年来，国内外市场对大径材的需求与日俱增，如何高效培育大径材已成为杉木商品林建设研究的一个热点[7]。良种是林木速生丰产的物质基础，也是杉木大径材培育的质量保证[8]。上世纪八九十年代，湖南营造了大量的子代测定林，部分现在保存完好。本研究利用25年生试验林调查数据，筛选一批适合本区域培育的杉木大径材优良造林材料，为杉木大径材高效培育适用家系选育提供参考，以充分发掘保存杉木种质资源的应用潜力。

1 试验地概况

试验地位于湖南省会同县林业科学研究所，中心点地理坐标109°61′38″E，26°70′30″N，处于光热充足、气候温和、雨量充沛的中亚热带湿润季风气候区。年均日照时长1 475 h，日均气温17.1 ℃，年均降水量1 446 mm，年均相对湿度81.4%，年均无霜期288 d。试验区处于中低群山延绵起伏、地形复杂的大环境，海拔240～430 m，坡度15°～25°。土壤为板页岩发育而成的山地红黄壤，土层厚度为60～80 cm，pH值6.1～6.7。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验用的苗木为会同县林业科学研究所杉木第1.5代种子园自由授粉子代1年生裸根苗。造林试验采用完全随机区组设计(即RCB设计)，参试家系24个，以母树林混合种为对照(CK)，重复4次，采用15株单列小区，顺坡排列。1996年3月造林，株行距为2.5 m×2.5 m。造林后的前三年每年除草除萌2次，之后每年除草除萌1次，不施肥。2020年12月，调查每木胸径。

2.2 研究方法

按照《杉木大径材培育技术规程》(LY/T 2809—2017)[9]所规定的大径材标准(指树龄20年以上，胸径≥25 cm的原木)，并参考相聪伟等[10]的方法设定立木径级类型如下：胸径≥25 cm为大径材、16 cm<胸径<25 cm为中径材、6 cm≤胸径≤16 cm为小径材。

2.3 指标计算方法

单株立木材积计算公式：

V=0.000 058 77042D1.969 983 1H0.896 461 57

(1)

大径材出材量计算公式：

V规(原条)=3.602 437 58×10-5×D1.947 520 76×H1.007 937 69

(2)

出材率计算公式：K=V规(原条)/V

(3)

式(1)(2)(3)中:V为单株材积，单位m3；D为胸径，单位cm；H为树高，单位m。

以单株为单位进行方差分析和遗传参数估算，方差分析的线性模型为：

Yijk=μ+Fi+Bj+εijk

(4)

式(4)中:Yijk表示第i家系在第j重复中的第k个观测值，μ表示群体平均值，Fi表示家系效应，Bj表示重复效应，εijk表示机误。其中,重复和家系的交互效应不显著，在模型拟合过程中予以舍弃。

家系遗传力计算公式：

(5)

遗传增益计算公式：

(6)

每个家系性状育种值的估算公式：

(7)

2.4 数据统计与分析

统计分析采用SPSS 21.0和ASReml-R 3.0 软件完成。

3 结果与分析

3.1 家系胸径生长变异及遗传力估算

杉木第1.5代种子园子代胸径生长性状的方差分析结果见表1。由表1可知，家系间胸径生长差异达极显著水平(P<0.01)，其表型变异系数(CV)为5.74%。杉木第1.5代种子园建园无性系虽经历了去劣留优，但家系间差异仍然较大，这也为选择优良大径材家系奠定了基础。在方差分析结果显著的基础上，对各参试家系胸径生长性状进行遗传力估算，结果发现胸径家系遗传力为0.621，说明胸径生长在家系水平上受较高的遗传控制。

表1 杉木家系胸径方差分析及遗传力估算Tab.1 DBH variance and heritability estimation of the Chinese fir families家系平均胸径/cmF值家系表型变异系数/%家系遗传力单株遗传力24.55±1.412.269**5.740.621±0.1770.141±0.102注:“**”表示在0.01水平上有显著性差异。

3.2 家系胸径生长水平及育种值估算

由表2可知，25年生杉木家系平均胸径最大值为28.59 cm，最小值为20.19 cm，平均胸径靠前的家系为24、Ⅱ、33、20，平均胸径分别为28.59 cm、27.50 cm、27.10 cm、25.52 cm；家系大径材立木占比最大值为77.78%，最小值为9.09%。以胸径生长量为目标，对参试的24个家系及1个对照系的育种值进行估算并排序可知，24、33、Ⅱ、20等4个家系排名靠前，且明显高于对照，育种潜力更大。

表2 家系育种值排名及胸径生长水平Tab.2 Breeding value rank and DBH growth levels of the Chinese fir familiescm家系号育种值排名平均胸径家系号育种值排名平均胸径24128.59 a±2.26441424.18 b±4.1133227.10 a±2.19371524.14 bc±2.64Ⅱ327.50 a±2.4521624.39 bc±2.9020425.52 ab±2.83401724.46 bc±1.7336525.37 ab±1.9051824.05 bc±2.449625.52 ab±1.44301923.85 bc±2.5931725.12 ab±2.23122023.42 bc±0.78Ⅲ825.48 ab±2.1242122.81 bc±1.4139925.09 ab±2.59CK2222.69 bc±1.5811024.89 ab±1.29322321.98 c±1.27251124.67 b±2.4782420.19 c±2.94431224.09 b±2.11Ⅰ2520.84 c±1.69111324.32 b±1.49 注: 各家系间不同小写字母表示在0.05水平上有显著差异。

3.3 杉木家系各径级立木占比及大径材家系选择

鉴于试验林为成熟林，适于立木径级类别划分。本研究进一步统计了家系内大径材、中径材、小径材立木占比，结果如图1所示。大径材、中径材、小径材立木占比变化范围分别为9.09%～77.80%、22.22%～72.73%、0%～22.22%，大径材立木占比变幅最大。大径材立木占比靠前的家系为24、1、33、Ⅱ，分别为77.78%、65.22%、65.22%、61.54%。值得注意的是，24、33、Ⅱ这3个家系是上述所选家系中育种值靠前的家系。

图1 杉木家系的径级立木占比Fig.1 Ratio of trees at different diameter grade for the different Chinese fir families

郑仁华[2]的研究表明，开展家系选择时，早期(4年生以前)采用低强度(入选率30%)进行选择，中期(7～10年生)以中等强度(入选率20%)选择，后期(18年生以后)以高强度(入选率10%～15%)进行决选。考虑到试验林为25年生，故采用16%的入选率，综合考虑育种值及大径材出材率，终选出24、33、Ⅱ、20共4个家系为参试家系中培育大径材的最优家系(见表3)。入选家系平均胸径≥25 cm占比为66.52%，平均遗传增益为7.07%，平均大径材出材率为66.97%，大径材出材率变化范围为62.33%～71.50%，平均大径材出材率比CK提高了23.26%。

表3 杉木优良家系遗传增益及大径材出材率Tab.3 Genetic gain and percentage of outturn of large-diameter timber of selected families%家系号育种值排名胸径≥25 cm占比遗传增益大径材出材率大径材出材率比CK提高比率24177.78 10.6771.5031.6033265.22 6.8866.0221.52Ⅱ361.54 7.8962.3314.7220461.54 2.8468.0125.18均值 66.527.0766.9723.26

4 结论与讨论

林以种为本，种以质为先。良种是定向培育杉木大径材的重要物质基础[11]，胸径关乎木材产量，也是选育大径材良种的首要指标[7]。本研究分析了25年生湖南杉木第1.5代种子园自由授粉子代林的胸径变异，筛选出了优良家系，为培育大径材提供了育种材料。试验结果表明，家系间胸径差异达极显著水平(P<0.01)，其表型变异系数(CV)为5.74%，家系遗传力为0.621。综合考虑育种值及大径材出材率，终选出24、33、Ⅱ、20共4个家系为参试家系中培育大径材的最优家系。入选家系平均胸径≥25cm占比为66.52%，平均遗传增益为7.07%，平均大径材出材率为66.97%，平均大径材出材率比CK提高了23.26%。

我省杉木遗传改良工作开始于上世纪八十年代，收集、保存、选择、创制了一大批优良的杉木种质资源。历经三十余年，目前已进入第三轮回选择育种阶段[12-13]。由于林木生长周期长，以往的杉木遗传改良都是以早期选择和中期选择为主[14-16]。本研究以胸径生长为选择目标，对25年生子代测定林开展晚期决选，研究结果不仅为大径材培育筛选了材料，也为高世代育种群体提供了建园材料。