恩施市铜盆水林场国家杉木良种基地种子园产量及品质的提升措施

2022-08-03向梓昌杨圣芳肖玉军吴承楚谭代桂

南方农业 2022年13期

向梓昌，杨圣芳，肖玉军，吴承楚，谭代桂

（恩施市国有铜盆水林场，湖北恩施 445000）

品质优良的林木种子，可以为林业生态建设和产业发展提供坚实的基础[1]。推进林木良种化进程，是提高人工林生产力，增加森林资源数量、质量和木材供给，满足经济社会发展对林业多样化需求，实现林业发展目标带有根本性和战略性的选择[2]。林木良种基地是按照国家营建种子园、母树林、采穗圃等有关规定的要求而建立的专门从事良种生产的场所[3]，在良种基地培育种子，能够有效地实现质量标准化、造林良种化，从而有助于生产高产、优质的林产品。种子园属于林木良种基地的主要类型。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是杉科杉木属乔木，高达30 m，胸径可达3 m；我国特有的用材树种，栽培约有1 000 多年的历史。为长江流域、秦岭以南地区栽培最广，生长快、材质好、产量高、用途广的用材树种。树干通直圆满，质较轻软细致，有香气，纹理直，不挠不裂，耐腐力强，是我国最普遍而重要的商品木材[4]。

湖北省恩施州共有杉木面积26.6 万hm2，占有林地面积的19.1%，杉木活立木蓄积2 200万m3，占林木总蓄积的21.2%。全国杉木速生丰产标准化会议将恩施州划为杉木中心产区。

为更好更快地发展恩施林业，选育出速生优良的杉木品种，1986 年，国家林业部和湖北省林业厅决定在恩施市铜盆水林场营建杉木种子园。至此，林场开启了杉木种子园的建设之路。

1 基地概况

1.1 自然地理

恩施市铜盆水林场位于恩施市西北的屯堡乡罗针田村，地理坐标为东经109°21′～109°23′，北纬30°19′～30°22′。距恩施城区33 km，海拔1 000～1 300 m。土壤为黄棕壤，pH 值5.5～6.5，土层厚度50～80 cm，立地质量等级2～3级，肥力中等。林场气候温和，阳光充足，雨量充沛，属典型的北亚热带气候；年平均气温12.9～14.5 ℃，月平均最高气温21～25 ℃、最低气温0.3～3.3 ℃，全年无霜期180～245 d，日照时数1 200～1 400 h，年太阳辐射86～93 kcal·cm-2，相对湿度80%～88%，年降水量1 200～2 000 mm，冬无严寒、夏无酷暑、雨多风小、春迟秋早。其气候的垂直变化十分明显，具有区域小气候特色[5]。

1.2 种子园建设

基地杉木种子园于1987年开工建设。从湖南、福建、广西、四川、重庆等10 省（市）采集优树344个。1990—1994 年，林场从385 个无性系中，通过逐年调查和表型选择，以及结实情况、球果类型、开裂早迟等多项调查分析，选择出158 个无性系建立初级种子园。种子园株行距4 m×4 m或4 m×5 m，采用随机区组排列或顺序错位排列。

种子园现有采种区59.9 hm2，分为4个大区28个小区。其中第Ⅰ大区面积29.7 hm2，第Ⅱ大区面积6.4 hm2，第Ⅲ大区面积16.5 hm2，第Ⅳ大区面积7.3 hm2。至2012年，种子园无性系平均高15.8 m，平均胸径20.2 cm，平均冠幅5.6 m，郁闭度0.9。远远高于种子园营建规程要求的郁闭度0.5～0.6 范围。园内透光度差，结实层只占树冠中上部的一部分，单位面积种子产量很低，平均667 m2产量仅1.6 kg。

基地现有子代测定林面积19.5 hm2，共使用家系252 个。林场每年对子代测定林都进行了形质、生长量等调查观测，获得了一系列相关调查数据，并对数据进行统计分析。

种子园生产的种子，已于2011年经湖北省林木良种审定委员会审定为良种（证书号“鄂S-CSO(1)-CL-001-2011”），适宜推广生态区域为湖北省杉木适生区。

2 基地种子生产中存在的主要问题

2.1 管理粗放

2010 年林木良种补贴实施前，由于后续资金投入缺乏，种子园经营管理基本上处于停滞状态。杂灌丛生，与无性系争夺养分；造林密度大，林分郁闭度高，树冠相互交叉，光照严重不足，自然整枝严重，无性系结实层高度明显上升，部分无性系仅剩顶部结实层，极大地影响了单株产量[2]。枯枝落叶清理不够，病虫害防治不到位。

2.2 产量低

导致低产的主要原因有：树体疏于管理，树冠发育不充分，仅梢端结实；种子园内无性系密度过大，风速小，影响下层花粉飞散，导致花期种子园空间有效的花粉浓度不足而引起授粉不良；不同产地的无性系物候差异导致花期不遇，也严重影响产量。

2.3 采种困难

为追求最大利润，当年种子园建设的总体思路是：既保证种子园建设的顺利进行，又保证种子园无性系作为木材能够利用。正是这种建设思路，经过“无约束”的生长，树高达到20 m 左右，而且杉木的结实主要分布在树冠中上部，采种十分困难，种子结实无法全部采收。

3 提高种子园产量和品质的技术措施

3.1 土壤养分管理

3.1.1 清除杂灌草，提高土壤肥力

2010 年起，种子园每年开展清除杂灌草工作。1）将影响无性系光照的杂灌、枯枝、藤蔓等杂物使用刀锯短截后均匀抛洒在园区内任其腐烂和分解，增强土壤肥力；2）将清理的杂草集中堆沤，生产有机肥。

3.1.2 测土配方施肥

2013 年，在恩施市农业局的支持下，对1 代种子园4个大区59.9 hm2于采种后采集土样4个，即每个大区采集1 个土样，对氮、磷、钾、有机质、锌、硼等土壤养分进行化验。根据化验结果和各大区地力情况，回归分析杉木结实需肥量，制定了种子园无性系施肥配方。Ⅰ大区配方肥氮、磷、钾重量比为16∶9∶9，Ⅱ大区配方肥氮、磷、钾重量比为8∶5∶4，Ⅲ大区配方肥氮、磷、钾重量比为5∶4∶3，Ⅳ大区配方氮、磷、钾重量比为6∶3∶2。

从2014 年起，种子园在测土的基础上，每年在6月（花芽分化前）进行配方施肥。施肥方法为环状沟施，即沿树冠投影边缘处挖宽、深皆为20 cm 的环状沟，将肥料均匀撒在沟中然后覆土。

经测产验收，平均667 m2产量2.03 kg，比常规施肥产量1.60 kg提高27%，取得较好经济效益。

3.2 去劣留优疏伐

2002年，对种子园I大区1、5小区3.2 hm2实施疏伐；2012 年，对种子园I 大区2、3、4、6、7、8 小区26.5 hm2，Ⅲ大区16.5 hm2实施去劣留优疏伐。

3.2.1 疏伐标准

疏伐强度控制在15%～25%，疏伐后郁闭度0.5～0.6。植株分布基本均匀、适中，相邻无性系冠枝不叠盖，建立以优良无性系为主、球果产量较高、出籽率较高、无性系花期基本同步的种子生产群体[6]。

3.2.2 遵循原则

去劣、疏中、留优，即：保留Ⅰ类无性系，淘汰Ⅳ类无性系，结合密度调整Ⅱ、Ⅲ类无性系[6]。

3.2.3 疏伐方法

1）确定无性系类别。①无性系类别确定方法：恩施市铜盆水林场杉木一代种子园共采用无性系158个，分别于1991 年、1997 年营建了包含158 个全部家系的子代测定林。依据2011 年子代测定结果和2011年调查观测的种子园无性系的材积、球果产量、出籽率、花期同步性等4 项指标，采用坐标综合评定方法[7]，权衡其重要性，分别规定评分，累计各项指标的评分，对无性系优劣程度作出全面衡量，按得分90分以上、80～89 分、70～79 分、69 分以下分成I、II、Ⅲ、Ⅳ类无性系。②评分标准：评分标准见表1。③无性系类别确定。经综合评分，确定一代种子园I 类无性系为湖南D691、福建N071、贵州H290、广西N125、四川邻水22、江西D353 等30 个；Ⅱ类无性系为湖南F619、福建N019、四川邻水17、贵州N412、广西N109 等15 个；Ⅲ类无性系为湖南Y914、云南N139、江西N065、贵州Y953、四川邻水23、咸宁74-32、黄冈3 等73 个；Ⅳ类无性系为湖南H962、江西N115、福建F683、贵州Y754、广西那坡326等40 个。

表1 杉木去劣疏伐时各无性系植株的评分标准

2）标记伐除对象。比照小区无性系排列图，标记伐除对象。然后，按照标记了伐除对象的小区无性系排列图，在种子园小区中，按实际情况调整决定去留的无性系，调整时，尽量保留I、Ⅱ类无性系，调整Ⅲ类无性系[7]。

种子园通过去劣留优疏伐，无性系优良植株比率由原来的52%提高到79%；无性系平均单株球果量、出籽率、发芽率分别提高30.6%、8.12%、4.65%；遗传增益由20%提高到23%；每667 m2产量由疏伐前的3.0 kg提高到3.5 kg；平均出籽率由5.6%提高到6.0%；平均千粒重由16.8 g提高到17.5 g。

3.3 树体截干矮化

3.3.1 无性系矮化

2012 年，对种子园II 大区6.4 hm2、IV 大区7.3 hm2，2013年，对种子园I大区5小区2.29 hm2、8小区1.57 hm2，Ⅲ大区16小区1.99 hm2、17小区1.26 hm2、19 小区1.36 hm2两次共22.2 hm2实施了无性系截干矮化果园式管理。截干矮化方法：在种子园无性系嫁接口以上部位截干，保留主干高度2.1～2.5 m，保留1～2 轮粗壮轮盘枝，截口离盘枝10～15 cm，切口整齐，无撕裂。截干后的无性系采用保护膜涂抹锯口面，以防止病菌和害虫由伤口侵入。

3.3.2 整形修剪

在以后每年的6、7、8 月共3 次适时修剪。1）对截干无性系锯口面萌发的直立萌条进行修剪，一般保留1 条生长旺盛的萌条，最多保留2 条，其余的剪除。当保留的萌条每生长至1 m 高时，再次截顶，以抑制高生长，促进侧枝发达和冠幅增大。树高总体控制在6 m 左右。2）对保留下来的轮盘枝，清除重叠轮盘枝，使保留的粗壮侧枝上下无重叠、无挤生现象，且水平分布均匀；清除轮盘枝间的弱枝、病枝和枯枝。3）对轮盘枝上生长的萌条，枝与枝之间间距小于60 cm的剪除。枝条丛生的，保留生长旺盛的萌条，其余的剪除。4）对截干无性系锯口以下萌生的萌芽条，枝与枝之间间距小于30 cm 的剪除，同时考虑保留的侧生萌芽条在树干投影周围均匀分布。通过整形修剪，使无性系植株具有宽冠幅、分枝长、分枝角大、树冠宽卵圆形或圆球形形态特征。

种子园通过截干矮化和整形修剪，虽对大部分无性系球果产量指标影响不显著，但对种子品质及种子发芽能力均具有明显的促进作用；单株种子重、出籽率、种子千粒重和优良度的综合增益值分别为52%、21%、15%和66%；种子发芽率、发芽势和发芽指数的综合增益值分别为49%、72%和48%，表明截干处理虽然不提高无性系种子产量，但是可提高种子品质，从而明显提升种子的发芽能力[7]。

3.4 生长调节剂促进开花结实

2013年，对种子园Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、IV大区已截干小区22.2 hm2进行赤霉素叶面喷洒试验。具体操作是，在种子园I 大区不结实无性系使用50 mg·kg-1赤霉素喷洒，在种子园II 大区不结实无性系使用100 mg·kg-1赤霉素喷洒，在种子园Ⅲ大区不结实无性系使用150 mg·kg-1赤霉素喷洒，在种子园IV大区不结实无性系使用300 mg·kg-1赤霉素喷洒。并随时观察无性系花芽分化情况。结果表明，最适宜的赤霉素浓度为150 mg·kg-1，平均单株的球果数量比对照提高了1.85倍，喷洒时间以7月上旬最佳。

3.5 人工辅助授粉

3.5.1 优良无性系确定

依据子代测定林测定数据，将树高和胸径同时大于对照15%的无性系确定为采集花粉的无性系，它们是：湖南D691、福建N071、贵州H290、广西N125、四川邻水22、江西D353等30个无性系。

3.5.2 辅助授粉方法

2015 年4 月下旬至5 月上旬在种子园雌雄花盛花期，从确定的30个优良无性系植株上人工采集雄花序的花粉，经过处理、风干、筛选与滑石粉按1∶4的比例均匀混合，用纱布装好。在截干种子园开花结实初期，或开花撒粉期遇阴雨天气时，在上午9点至下午4点绑于竹竿顶部，在种子园无性系树顶上进行人工抖动喷洒，促进授粉。结果表明，通过辅助授粉，单株平均雄球花数、平均雌球花数、平均结果数分别比对照的无性系增加2.86 倍、1.94 倍和1.38 倍。说明辅助授粉可以增加树冠周围花粉浓度，提高受孕率，降低劣质基因侵入的频率，改变杉木种子因自交和花粉不足产生的涩粒和空粒现象，提高种子产量和种子千粒重、发芽率等播种品质。

3.6 补植优良无性系

一代种子园由于无性系未经测定，原定植时为随机排列或错位排列，往往优、劣无性系分布不均。根据子代测定结果进行的疏伐，可能造成相邻多个无性系被疏伐，从而形成“天窗”。为加强种子园密度管理，保证种子园无性系分布基本均匀，补植优良无性系是提高种子园产量和品质的路径之一。

3.6.1 优良无性系确定

在子代测定林调查的基础上，通过对调查数据进行数理统计分析，选择一般配合力强、遗传品质好[8]、遗传增益高的贵州锦屏47、广西柳地223、湖南靖县45-5、湖南靖县18-1等11个无性系[9]。

3.6.2 补植方法

采用明穴整地，规格100 cm×100 cm×80 cm，株行距与原设计一致，使用超级苗嫁接、圃地培育2 年的无性系。定植时，采用随机排列配置方式。

2015 年，在种子园I 大区和Ⅲ大区部分小区13.7 hm2共补植优良无性系1 228株。通过优良无性系补植，种子园无性系优良植株比率由79%提高到91%，提高了种子园优良基因型频率，改良了种子园遗传品质。

3.7 营建高世代种子园

3.7.1 园址选择

园址选择在地形开阔，四面光照充足，通风和排水条件好，土层较深厚，肥力中等，立地质量等级Ⅱ～Ⅲ级，且交通便利的铜盆水林场泡桐坪分场黄林坡。土壤为页岩发育而成的沙壤土。平均海拔1 000 m。

3.7.2 建园材料选择

1）优良家系选择。2016 年，在子代测定林调查数据的基础上，按照《主要针叶造林树种优树子代遗传测定技术(LY/T1340－1999)》，采用LSR 法、坐标综合评定数学模型和育种值评定法等3 种方法，对建园以来的子代树高、胸径、冠幅等指标测定数据进行分析，在子代测定林252 个参试家系中，评选出31 个优良家系[2]。

2）优良单株选择。2017 年开始选优工作，历时两年共选出优良单株322 株。通过对优良单株的家系号与评选出的优良家系进行比对，并考虑结实能力（球果量＞15 kg·株-1、出籽率＞6.5%、千粒重＞19 g），决选出优良单株51株。

2019年，林场建立高世代种子园6.7 hm2，预计种子盛产期可年产杉木优良种子500 kg。