不同促脂剂对湿地松家系的增脂效果及对生长的影响*

王 哲 刘 阳 赵奋成 曾 明 李福明 吴惠姗 李义良 廖仿炎 邓乐平 钟岁英 郭文冰

(1.广东省森林培育与保护利用重点实验室 广东省林业科学研究院 广州 510520； 2.台山市红岭种子园 台山 529223)

松脂经初步加工后得到的松香和松节油是重要的化工原料，广泛用于油墨、油漆等化工制造、医药、食品、纺织和军工等领域，具有重要的经济、社会价值与战略地位(Coppenetal., 1995)。我国是世界松香生产及出口第一大国，曾占世界贸易量的60%以上(Laietal., 2020)。然而，近年国内松脂产量连续多年下滑，一方面是由于国内市场受到来自南美和东南亚国家进口松脂的冲击，导致松脂市场价格不升反降，另一方面由于近年来采脂成本上升迅速，国产松脂利润空间不断被压缩。广东省曾是松脂产量最大的省份，拥有大面积可采脂的松树林分，而目前却因产脂利润大幅下降而没有被充分利用，松脂产量逐年下滑，目前只排在国内第3。在无法提高松脂售价的情况下，有效降低采脂成本是保证产脂利润、提高生产积极性和稳定国内松脂市场的重要途径。在大面积机械化采脂未实现的前提下，在单位时间内生产更多的松脂，是提高采脂效率和降低成本最有效的方法(Rodriguesetal., 2008)。

松脂是松树生理代谢的自然产物，主要由树脂道泌脂细胞合成储存在松树根、茎、叶树脂道中。在松树遭遇昆虫和病原体侵害、机械损伤时会形成创伤性树脂道(Hudginsetal., 2004)，在伤口处分泌大量有毒萜类物质以抵抗昆虫和病原体的进一步侵害，同时松脂凝固形成屏障隔绝伤口与外界的联系(Milleretal., 2005)。泌脂量是反映松树在抵御外界损伤应激程度的指标，其受到内部和外部因素的影响。内部因素是个体自身的基因型，外部因素包括季节、温度和湿度等环境因子以及施肥和代谢途径调节剂应用等(Rodríguez-Garcíaetal., 2016; 何紫迪等， 2019)。在松树伤口部位涂抹特定化学物质可加重伤口损伤程度、模拟激素信号传导或促进萜烯合酶的活性，显著提高松树的泌脂效率(Neisetal., 2018)。基于上述原理，多种化学试剂被用来尝试作为松树的促脂剂。例如，病原体信号分子包括水杨酸及其前体苯甲酸(BA)可以促进萜烯生物合成； 促进树脂道分化的生长素，例如萘乙酸(NAA)； 萜烯合成酶的辅助金属离子，例如钾离子(K+)； 可引发松树产生防御反应的信号分子，例如乙烯。目前，世界上广泛应用的一种促脂剂是含有硫酸和2-氯乙基磷酸(CEPA，俗称乙烯利)的糊剂，硫酸可通过最大程度增加受伤部位的损伤效果来延长树脂的流动时间；CEPA是乙烯的前体，可引发松树产生更多的防御反应活性成分(Fülleretal., 2016)。有研究表明，将 25% 的硫酸和 2.5% CEPA 结合使用，美国长叶松(Pinuspalustris)的松脂产量可提高 65%(McReynoldsetal., 1984)。

湿地松(Pinuselliottii)原产美国南部，是世界性的用材林树种，我国自20世纪30年代开始进行引种试验，70年代起在我国大面积推广。90年代在荒山绿化造林工程与世界银行贷款造林项目中，湿地松作为南方省区主要的绿化和速生丰产林造林树种，每年造林面积约25万hm2。我国最早从20世纪90年代初开始湿地松促脂剂研究，使用的主要成分是稀土元素，与对照相比松脂产量可提高20%以上(李萃昇， 1992)。洪院生等(1998)、刘海沧等(2003)对湿地松每月使用1次促脂剂(未标明成分)，松脂产量可提高5.2%～23.3%。郭志文等(2012)使用促脂剂来减少采割频率，使用CEPA类促脂剂采用16天1刀的频率可达到常规2天1刀湿地松松脂产量的85%～88%； 刘大椿等(2016)根据气温对湿地松采用不同的采割、施药频率比固定的频率采脂效率提高100%以上。然而，以上研究试验对象均为材料来源不清的商品林，且没有不同促脂剂效果对比。本研究使用不同促脂原理的促脂成分(K2SO4、NAA、BA和CEPA)分别与一定浓度的硫酸制成的4种促脂剂，连续2年对湿地松半同胞子代测定林进行促脂试验，系统评价各个促脂剂的效果及其对湿地松生长的影响。

1 研究区概况

试验林位于广东省台山市红岭种子园试验林区(22°11′N，112°49′E)。该地属于南亚热带海洋性气候，年均温度21.8 ℃，年积温7 654 ℃，无霜期360天，年降雨量1 940 mm。试验地平均海拔30 m，土壤为花岗岩发育的酸性砖红壤，pH 5.0～5.5，土层深厚。

2 研究方法

2.1 样地设置

湿地松试验林于1999年6月营建，参与试验的有11个湿地松半同胞家系，株行距为3 m×3 m。试验共分为6个区组，区组内家系24株小区，双行排列(图1)，试验林边缘种植保护行， 2018年进行试验时，林分保存率为77.41%。

2.2 研究方法

2.2.1 试验处理 割脂操作按照《松脂采集技术规程》(LY/T 1694—2007)进行下降法采脂，割面负荷率25%，共分为6个处理，T0为不割脂，是生长量的对照；T1为试验对照；T2～T5分别是使用20%硫酸与0.5 mol·L-1K2SO4、1 mmol·L-1NAA、10 mmol·L-1BA和3% CEPA制成膏状促脂剂的处理组。处理以列为单位，采用随机完全区组试验设计，每个处理在区组中重复2次，在整个试验期内，树体接受固定的处理(图1)。割脂频率为每7天1刀并收集1次， 2018年自9月3日开始割脂，到11月29日共收集松脂7次。从第3次收集开始，天气以阴雨天气为主，严重影响促脂剂在伤口的附着，促脂效果下降，所以第5、6次割2刀收集，第7次收集由于气温降低，产脂量显著下降，共割了4刀收集。2019年自7月3日开始割脂，第1次割脂所有林木不使用促脂剂，松脂产量作为本底值，之后6次割脂进行了不同处理并收集松脂，割脂频率为每7天1刀并收集1次。

图1 区组6试验设计示意Fig.1 Schematic diagram of the experimental design for block 6I1—I11是11个家系编号，T0—T5为6个试验处理。I1-I11 are 11 family numbers, and T0-T5 are 6 experimental treatments.

2.2.2 数据收集 2个年份均在割脂之前进行生长量调查，树高使用Vertex Ⅳ测高器进行测量，胸径使用标准胸径尺。由于割脂的高度在1.0～1.8 m之间，因此2个年份测量0.9 m高处的直径。收集松脂使用的容器为14cm×20cm的自封袋，收集回的松脂在称质量前去除杂物，倒出多余水分，使用精度为0.001 g的电子天平称质量。

2.2.3 数据处理 本研究分析采用SAS软件(SAS Institute, Inc., 版本9.4)的PROC MIXED程序进行方差分析，使用的混合模型如下：

式中，YnTx为第n次收集的Tx处理最小二乘估计值，YnT1为第n次收集T1处理的最小二乘估计值。

3 结果与分析

3.1 促脂剂效果分析

3.1.1 2018年促脂效果 使用混合线性模型对3个固定效应进行3型检验，由于不同批次收集有效数据个体不一样，分母自由度稍有区别。7次收集和总产量的分析结果一致，家系效应、促脂处理效应均达到极显著水平，家系和处理的互作效应均不显著(表1)。

表1 2018年7次割脂产量的方差分析①Tab.1 Analysis of variance of the yield of 7 resin harvests in 2018

最小二乘法估计的产脂量结果显示， 2018年前2次收集所有促脂剂均有非常显著的效果，增脂率范围135.84%～272.99%。第3次开始促脂效果急剧下降，增脂率只有17.92%～59.96%。第4次收集，T2、T3、T4出现了显著的减产，只有T5是增产的，但未达到显著水平。后3次收集T2、T3、T4处理除T4在第5次增产达到显著水平外，其余均未能实现显著增产，T5处理则能稳定增产，且达到极显著水平。总产量分析结果显示T2～T4处理能增产17.66%～29.37%，T5处理增产51.73%(图2，表2)。

图2 2018年七次收集的松脂产量Fig.2 Seven harvests of resin production in 2018y18a—y18g分别代表2018年第1-7次收集，y18t代表2018年总产量，不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同。y18a-y18f represent the 1st to 7th harvest in 2018, y18t represents the total production in 2018. The different small letters indicate significant difference at 0.05 level, The same below.

表2 2018年4种处理的增脂率Tab.2 Resin increase rate of 4 treatments in 2018 %

3.1.2 2019年促脂效果 2019年增加了本底产脂量，此时处理效应不显著，产脂量结果也显示各处理间无显著差异。方差分析结果显示，相比2018年， 2019年的家系效应有所减弱，第1次收集未达到显著水平，第3次达到显著水平，其余5次均为极显著水平，促脂处理效应在所有收集批次里均为极显著水平。此外，在第5、第6次收集批次里检测到显著水平的家系与促脂互作效应(表3)。

表3 2019年7次割脂产量的方差分析①Tab.2 Analysis of variance of the yield of 7 resin harvests in 2019

最小二乘法估计的产脂量结果显示，6次处理的所有促脂剂效果均达到极显著水平，4种促脂剂在第3次、第4次收集促脂效果有1个低谷，之后再回升。促脂效果最好的是T5，增脂率范围65.71%～269.07%，总增脂率为160.61%； 其次是T4，增脂率范围34.31～207.28%，总增脂率为135.91%； 第3是T2，增脂率范围是37.89%～195.77%，总增脂率为123.65%； 效果相对最差的T3增脂率范围29.63%～188.76%，总增脂率是116.11%(图3，表4)。

图3 2019年7次收集松脂产量Fig.3 Seven harvests of resin production in 2019y19a—y19f分别代表2019年第1-6次收集，y190代表本底值，y19t代表2019年总产量。下同。y19a-y19f represent the 1st to 6th harvest in 2019, y190 represents the basic value, and y19t represents the total production in 2019. The same below.

表4 2019年4种处理的增脂率Tab.2 Resin increase rate of 4 treatments in 2019 %

计算不同处理下，各个家系的产脂量及其排名，结果显示在不涂促脂剂(T1处理)的情况下不同年份的产脂量排名有较大变化，与2018年相比， 2019年家系I1下降7个名次，家系I8上升5个名次，家系I9上升4个名次，家系I6下降3个名次，其余家系排名变化在2个名次以内。不同促脂剂对家系产脂量的排名也有较大影响， 2019年家系I6在不使用促脂剂产脂量排名第11，使用T5促脂剂产脂量排名第1。综合来看，产脂量较高且较稳定的家系有只有I2和I7(表5)。

表5 不同处理下各个家系的总产脂量及排名①Tab.5 Total resin production and ranking of each family under different treatments

3.2 使用促脂剂对湿地松生长的影响

2018年树高和0.9 m高处的直径作为生长量的本底值，方差分析结果显示家系效应极显著，而处理组间的差异不显著，表明不同处理组之间在割脂前生长量较一致，平均高度范围15.64～15.78 m，0.9 m高处的直径平均值范围20.38～20.79cm，经过1年的割脂，在2019年测量时，未割脂的T0处理组在生长量方面与割脂的处理组没有显著差异(表6)。将每株树2年的树高、0.9 m处直径变化值作为因变量进行分析，树高增量3个效应均不显著，增加均值范围0.17～0.39 m，而0.9 m处直径增量检测到显著的家系效应，处理效应不显著，直径增加均值范围0.34～0.48cm，表明成熟林树高生长趋于一致，但直径的生长仍受基因型控制。

表6 不同年度树高、直径及增量固定效应的方差分析①Tab.6 Analysis of variance for height, diameter in different years and their increments of fixed effects

3.3 促脂效果与生长量间的关系

为检验不同批次收集的松脂产量之间是否一致以及与总产量之间的关系，对各个产脂量之间做了相关性分析。结果显示，同一年份内，不同批次收集的松脂产量之间相关性极显著，但相关系数超过0.6的比例只有1/3(表7)，这表明同一株树不同批次的松脂产量是不稳定的，受环境影响较大。2个年份第1次产脂量与总产脂量的相关系数最低，第2次开始均能达到0.7以上。由于2019年第1次割脂为本底值，相当于T1处理，因此单独将所有T1处理的样本挑选出来进行相关性分析，7次收集与总产量的相关系数分别为0.625 2***、0.794 8***、0.696 7***、0.882 1***、0.819 1***、0.705 6***、0.757 8***，本底值与总产量的相关系数在7次收集里依旧是最低的。这表明第1次割脂的产脂量不能很好的代表这株树的产脂能力。

表7 2018年(右上角)、2019年(左下角)不同批次收集松脂产量相关性检验①Tab.7 Correlation test of resin yield collected in different batches in 2018 (upper right) and 2019 (lower left)

由于不同处理的产脂量有较大差异，因此将每个处理的样本分开进行与生长量的相关性分析。2018年7个批次的松脂收集量与树高呈在显著或极显著相关的数量，T1～T5处理分别有2个(其中第2批次是显著负相关)、5个、5个、1个、7个。T1处理的松脂总产量与树高不相关，其余处理都显著正相关。2019年6个批次的松脂收集量与树高呈显著或极显著相关的数量，T1～T5处理分别有1个、6个、6个、2个、4个。2018年的0.9 m直径与T1处理的第1、第2，T2处理的第4批此松脂收集量不相关外，其余批次松脂收集量及总产量均是显著或极显著的正相关。2019年的0.9 m直径与所有处理的不同批次均呈显著及以上水平的正相关，相关系数0.218 9～0.669 6(表8)。总体来看，树高与T1处理和T4处理的相关性较弱，而使用T2、T3、T5促脂剂后相关性有所加强，这表明对树高更高的松树使用T2、T3、T5促脂剂会得到更好的增脂效果。以上结果表明，直径与产脂量密切相关，是影响产脂量的一个重要因素。

表8 不同批次产脂量与生长量的相关性Tab.8 Correlation between resin yield in different batches and growth

4 讨论

4.1 促脂剂增脂效果显著

以产脂量为目标性状分析时，家系效应几乎在所有3型检验分析中达到显著水平，在2019年本底产脂量分析结果显示，家系效应极显著，表明产脂量是一个由遗传控制的数量性状。对湿地松、思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)、马尾松(P.massoniana)和火炬松(P.taeda)等松树的研究表明，产脂量性状的遗传力处于较高的水平(李思广等， 2008； 李彦杰等， 2012； 刘青华等， 2013； Roberdsetal.， 2003)，通过高产脂优树选择可获得较高的遗传增益。以上研究结果均基于1年的数据，本研究结果显示不同年份家系产脂量的排名有很大变化，因此要获得更准确的遗传参数应连续多年跟踪调查。家系与促脂剂的交互作用总体来看是不显著的，表明促脂剂作用的是底层的、非靶向的，没有特异性效果，研制的促脂剂可对湿地松广泛推广使用。

目前，国内对促脂剂的相关研究有很多(林旭等， 2021)，根据其成分可分为化学促脂剂、生物促脂剂和复合促脂剂，在湿地松的促脂剂研究中，绝大多数的促脂剂增脂率在10%～36%之间，如刘大椿等(2016)使用生长调节剂与渗透剂为主要成分的促脂剂其增脂率达108.3%。由于不同研究中采用的试验方法不同，各个报道中的增脂率不能直接比较。在本研究中，4种促脂剂总体上促脂效果显著，单次收集的促脂剂增脂率最高超过200%，但不同促脂剂之间、同一促脂在不同时间的促脂效果差异很大，这与松树产脂量受环境影响有关。松脂作为松科植物的自然代谢产物，适宜的光照强度是松脂合成与积累的前提，气温、降水量、坡位和林分密度等也都是影响松脂产量的因素。虽然环境因素对产脂量的影响是综合的，但温度与产脂量的关系最为密切，是影响产脂量的主导因子(王以珊等， 2002)。本研究中2018年第4次收集时间是10月份，气温降低，且长时间是阴雨天气，这可能是导致后4次促脂效果不理想的主要因素。然而T5处理始终保持了相对最好的促脂效果，在不同环境中效果稳定，是较理想的促脂剂，可以大大提高割脂效率，节约成本。以2019年产脂高峰期的数据为参考，T5促脂剂增脂率为160.61%，以台山市红岭种子园试验地割脂工人为例，林地平整，在相同时间内使用促脂剂的割脂面积只有不使用促脂剂割脂面积的3/5(山地>3/5)，工人使用促脂剂1天的产量是不使用促脂剂的156.37%，在总产量固定的情况下，可节约36%的人力成本。

4.2 使用促脂剂短期内对生长无显著影响

本研究从2个方面对生长量进行比较，一方面从割脂前后生长增量的差异，另一方面是2个年度与不割脂对照进行比较，2个方面比较的结果显示割脂和使用促脂剂对生长量没有显著影响。割脂操作对树体造成伤害，且松脂合成需要消耗大量的能量，主流观点认为长期割脂对树体生长会造成一定程度的影响。而近期使用以硝酸稀土为主要成分的化学促脂剂、以CEPA、α-萘乙酸为主要成分的生物型促脂剂对思茅松、云南松(P.yunnanensis)生理指标的影响研究结果显示，2种促脂剂年增脂率均超过20%，且松针干质量增加，叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)含量均有提高，结论认为上述的化学促脂剂和生物型促脂剂均为营养型物质，可以促进松树的生长(吴春华等， 2020； 王瑞苓等， 2021)。在割脂过程中有个重要的参数是割面负荷率，刘海仓等(2003)通过割面负荷率(40%和60%两个水平)和促脂剂(成分未标明，使用和不使用促脂剂2个水平)2个因素共4个处理连续2年对湿地松的生长量进行了调查研究，结果显示割面负荷率40%以及使用促脂剂的处理组连年生长量最高，而割面率60%和不使用促脂剂生长量最小，证明了使用促脂剂对松树生长量没有影响。以上研究的对照为常规割脂处理组，洪院生等(1998)的湿地松促脂剂研究中与未进行割脂的对照相比，使用促脂剂对胸径的增长率为14.4%，对树高的促进率则为-8%，而常规割脂对树高和胸径的促进率分别为25.1%和2%。已报道的使用促脂剂对松树生长的研究时长均在3年以内，本研究中对割脂的强度比较小，常规割脂或使用促脂剂割脂均未显著影响树体的生长。但笔者认为对促脂剂的使用应持谨慎的态度，林分经营周期长，使用促脂剂应以节约成本提高割脂效率为目的，不应高频、过量使用来单纯追求产量的提高，避免对林分造成了不可逆转的伤害。

4.3 产脂量与直径显著正相关

松树的产脂量作为一个重要的表型性状，正越来越受到重点关注，然而如何精确测量这一性状是首先要解决的问题。由于不同胸径的树木，在同一割面负荷率的情况下，采割面不同，为了校正这一差异近期的研究引入产脂力的概念来代表个体的产脂能力，而不同研究产脂力的计算公式不同(冯源恒等， 2021； Zengetal., 2013; Baietal., 2020)。本研究主要是测试促脂剂的效果，不做优良家系及单株的选择，试验方案更贴近实际生产，因此直接使用产脂量指标。虽然不同批次松脂产量相关性极显著，但相关系数范围较大(0.15～0.84)，即使是同一株树，在不同批次的收集中表现也不稳定。第1次割脂的产量与总产量的相关性相对最低，这可能是由于第1次割脂收集的松脂里部分是储存在树脂道内已合成的松脂，其产脂量不能代表其产脂能力。因此，在测定产脂量性状时，应进行多次割脂操作，使用单次割脂数据的情况下应剔除掉第1次的割脂数据。

在本研究中湿地松产脂量与树高的相关性在T1和T4处理组内较弱，而在T2、T3、T5处理组内相关性有所加强，即对树高更高的树使用这3种促脂剂可以获得更高的增脂率，这一现象目前还未见相关报道，这可能与T2、T3、T5的主要成分化学离子、CEPA和NAA属于营养物质有关，这些物质在实际生产中经常被用来促进植物生长，而BA是病原体信号分子，其本身并不能促进植物生长。然而，营养型的促脂剂是如何进步一促进树高个体的松脂分泌，这其中的原理有待进一步研究。树径存在极显著的正相关，产脂力与胸径呈显著正相关的结果在其他针叶树如马尾松(尹焕焕等， 2021)和火炬松(Roberdsetal., 2003)中都有报道，这表明在一定程度上可以通过生长量来间接选择产脂量高的个体。目前松树“脂材兼用林”正成为一个重要的研究课题，思茅松(李思广等， 2021)和马尾松(王肖颖等， 2016)已经选育出脂材兼用优良无性系，促脂剂是经营“脂材兼用林”的一个重要培育措施。

5 结论

4种不同类型的促脂剂对湿地松促脂效果显著，但T2、T3、T4促脂剂在不同环境下效果不稳定，T5促脂效果最好而且最稳定，在低温、阴雨的气候环境下仍有显著的效果，以2019年的增脂率测算，相同产量的情况下可节约36%的人力成本。同一株树在不同时间、不同环境的产量差异较大，第1刀的产脂量与总产脂量的相关性相对较低，同一家系在不同年份的产脂量排名变化也较大，因此精准测定产脂量性状，需要避免只用第1刀的割脂产量数据，且需要多刀、多年的连续测量，才能获得较可靠的数据。产脂量与0.9 m高处的直径的相关性较强，在一定程度上可以使用树径作为产脂量的间接选择性状指标。虽然产脂量与树高相关性较弱，但使用T2、T3、T5促脂剂对树高更高的湿地松增脂效果更加显著。4种促脂剂与家系的互作效应不显著，筛选出的T5可广泛推广使用。因此，在湿地松中大面积推广T5处理使用的硫酸与CEPA制成的促脂剂，在科学合理的前提下使用可极大地提高割脂效率，节约成本。本研究中使用2年的数据表明使用促脂剂对树体的生长量没有显著影响，对树体长期的影响，研究团队将会进一步跟踪研究。