人工杉树混合选择方法和意义

王俊泊，王俊海，王俊，巢建宏，周永辉

（1 安福县武功山林场林业科学研究所，江西吉安 343211；2 安福县武功山林场横江分场，江西吉安 343211；3 安福县武功山林场社上分场，江西吉安 343211；4 安福县武功山林场总场党政办公室，江西吉安 343211；5 安福武功山林场洋溪分场，江西吉安 343211）

1 杉树简介与地理分布

杉树（Cunninghamia Lanceolata）裸子植物，杉科（Taxodiaceae），杉树属（Cunninghamia）。从枝叶颜色可分为灰枝杉、黄枝杉、普通绿枝杉等，其自然整枝性良好，树冠呈三角形，主干均匀通直，主根不发达，侧根数量多，分布于土壤层75～120cm 处。杉树需光照忌强光直射，喜湿怕涝，对坡向、坡位等立地条件适应性强。杉树具有生长快，材质好，用途广，是我国南方特有的速生商品材及防护林树种。

杉树分布于整个亚热带地区，涉及湖南、福建、江西、贵州、浙江、广东、广西、四川、湖北、云南、安徽、江苏、河南、陕西、甘肃及台湾等16 省区。位于秦岭、淮河以南，雷州半岛以北，横断山脉以东（22～34°N，98°E以东）的广大地区。面积约2.4×106km2，约占全国国土面积的1/4，素有“七山一水二分田“或”八山一水一分田”之说，人口约占全国总人口的一半。我国亚热带属东岸湿润季风区，位置比西岸气候型偏南5～8 个纬度，比大陆气候型偏北6～7 个纬度。与世界同纬度比，除沙漠地区外，是最暖热的地区，雨量远比同纬度的充沛，生物资源丰富，四季长青，土壤肥沃，生物生产力高，农作物高产优质，是我国主要的农林产区。

2 武功山林场地理位置及安福县杉树栽植历史与现状

（1）武功山林场成立于1955 年，现有在职人员300多人，技术人员37 位，坐落于武功山山脉西南面，与安福县严田镇、洋溪镇、钱山乡、泰山乡及莲花县路口乡、闪石乡交界。山林面积14700hm2，最高处为武功山金顶海拔1918.3m，最低海拔高度121.3m。土壤随着海拔高度的降低呈黄棕壤、黄壤、红壤变化。年均气温17.7℃、最冷月平均气温5.9℃、最热月平均气温32.1℃≥10℃的积温2500℃，极端最低温度-6.3℃，年降水量1553 mm，年日照时数1649h；无霜期279d，是杉树的中心产区之一。

（2）安福县人工栽植杉树历史悠久，县志记载明清时林农有芒种节气插枝造林的习惯，民间有谚语“千树万树，不如杉木”。民国时，江西省政府成立了农林署，推广人工营造杉树林，因种种原因，效果不大，20 世纪50年代仅在彭坊乡保存1.2hm2。1949 年新中国成立后，政府高度重视林业生产和发展，营造了大面积的人工林，特别是人工杉树林面积占山场总面积的97%，为国民经济建设提供大量木材。

武功山林场的发展与安福县其他林场情况类似，以营建人工杉树林为主，20 世纪70 年代末，响应国家林业部保存优良杉树种质资源、提高杉树遗传品质、培育良种壮苗的号召，先后在武功山林场洋溪分场建立杉树地理种子园、杉1 代、杉1.5 代种子园。为杉树改良提供了坚实的物质基础。

3 杉树改良的重要性和技术途径

3.1 杉树改良的重要性

在同一林地上连续栽植2 个轮伐期的杉树，从形态上，看2 代杉树表现为树高平矮，胸径下降，冠幅狭小，缺乏生机。武功山林场洋溪分场西芬林班16 小班2 号固定样地1989 年和2014 年杉树主伐样地调查数据分别是：1898 年杉树树高18.7m，胸径21.6cm，蓄积15.764m3；2014 杉树树树高15.3m，胸径16.4cm，蓄积10.230m3。两者相比较，2014 年的杉树树高、胸径、蓄积都呈明显下降趋势，分别比1989 年同类指标下降18.2%、24.1%、35.1%。分析认为原因主要有3 点：①2008 年的冰冻灾害造成一部分杉树顶芽冻死，高生长停滞，经生长缓慢。②地力下降：武功山林区大面积连续高密度栽植杉树纯林，光照不足，下木缺乏，草本植物稀少。枯枝落叶分具有腊质，阴冷地土壤表层缺少微生物的分解，土壤肥力越来越差。③长期使用小范围林农自采自育杉树的种子繁育苗木。杉树是一种异花授粉的植物，受地形、地势、风向及农田、村庄、道路的阻隔难以大面积授粉结实，自然形成了近交，甚至自交。这种种子亲本或多或少都存在亲缘关系，近交增加纯合度，不利于杉树生长，其影响在子代中最为明显，可以发生在杉树发育的任何阶段，降低种子的成活率、实生苗成活率、树势及种子产量。

综合以上3 点原因：自然灾害不可抗拒，土壤贫瘠是能够通过营建混交林、人为调整经营措施来改变。杉树苗木遗传品质不佳、表型生长差、单位产量低，是严重制约林业高效、可持续发展的因素，杉树改良势在必行。

3.2 杉树改良的技术途径

杉树改良是以同龄未经破坏自然状态的一个数量庞大的（成千上万公顷）杉树林为基本群体，根据人们对杉树速生丰产的经营目的，按比例挑选树高、胸径生长快，冠幅狭小，树干笔直均匀，枝下高的长度等重要性状作为育种群体的主要指标。育种群体经过遗传测定子代，表现优良的个体可入选为繁殖群体。杉树种子园就是一个最为普遍的繁殖群体。这是杉树一个改良周期的结束，也是新的一个改良周期的开始，整个过程中选择——淘汰——选择，是杉树改良的核心（如图1）。

图1 杉树改良过程

图1 中序号1～4 为没有谱系的人工杉树林或天然杉树林中初级种子园的营建过程。序号1～6 为高世代种子园的营建程序。无论是初级种子园还是高世代种子园都是由基本群体、选择群体和育种群体组成。遗传测定是杉树改良的核心，其目的有：①评价如何选择周期入选杉树相对遗传质量。②估计重要性状的遗传参数，如遗传率、遗传相关和基因型与环境相互作用。③提供一个有新的基因型组成的基本群体，从中进行下一个周期的选择。④量化或展示杉树的遗传增益。

4 杉树种子园营建的技术要求与遗传测定

4.1 杉树种子园的基本定义

杉树种子园是由入选的无性系或家系组成，在一定地点建立的以生产良种供人工造林为目的进行经营的人工林。通过集中改良材料，筛选父本和母本，在理论上其遗传增益是直接采集种子的2 倍。种子园是最常见的繁殖群体类型，几乎所有的杉树改良计划都在其项目某个阶段建立种子园以生产遗传改良的种子用于推广造林。种子园内母树间的交配不受人工控制，如以风媒、虫媒、动物传播的自由授粉。种子园可分为无性系种子园和实生苗种子园两大类。

无性系种子园通过营养繁殖（嫁接、扦插）方式，以入选优树无性系建立的种子园。实生苗种子园以入选优树自由授粉或全同胞子代建立的种子园。由于无性系繁殖材料来源广泛、易得，时间短，投资少，见效快；而实生苗木生产周期长、耗资大、遗传优势并不显著。因此，在林业基层单位（较大的林场或县级林科所）绝大多数营建的杉树种子园为无性系种子园。

4.2 营建杉树无性系种子园的一般流程

根据杉树种子园的基本定义，在方便管理的一个固定的山场（位置），把几十个已知品系的优良亲本，按一定的规律进行排列，防止外界杉树花粉的污染，让其自由授粉的种子繁育成造林的苗木。（1）杉树混合选择挑选出优良的家系。（2）挑选出的优良品种无性系移植在采穗圃中进行遗传测定淘汰遗传不良的无性系，选中的无性系材料进行数量扩繁，满足杉树种子园营建的需求。（3）在对杉采穗圃遗传测定的同时，应考虑种子园的选址、区划、砧木的栽植、附属建筑物的营建。（4）杉树种子园的管理。种子园的管理包括嫁接、正冠、树体矮化、疏伐等林木管理措施及子代测定为高世代种子园做准备。

5 杉树混合选择

5.1 杉树混合选择意义

杉树混合选择也称表型选择，是指只根据个体的表型而不知其无性系、祖先、子代或其他亲属的表现情况下选择杉树个体。通常，这是一个杉树改良开始时唯一可能的选择类型。混合选择是根据杉树单株的树高、胸径、枝下高、冠幅所测定表型特征挑选杉树。坡向、坡位、土壤理化性质及人们在经营活动中的杉树抚育、施肥等环境因子都会影响杉树生长。如果未经子代遗传测定，仅依靠表型优良的杉树采种繁育的子代并不能提高林分蓄积和材积，甚至会造成生长缓慢，不如未经筛选采种繁育的子代。表型良好的杉树并不代表其遗传品质就高，能带来更高的遗传和增益。

5.2 混合选择的方法

杉树的混合可以在人工林或天然林中进行选择，区域内所有的杉树都是候选树。而被选中的杉树称为优树。在候选树中，通过遗传测定林中它的无性系或实生苗，出色表现证明其遗传上优良的杉树叫精选树，也就是经过遗传测定的亲本。

在人工杉树纯林中，一般采用对比法进行混合选择。在林分中部，沿等高线目测上下杉树，将一株出色的候选树喷上红漆，以此树为原点，半径15m 的范围内寻找4～6 棵对比树。对比树应是候选树生长在相似微立地上的同龄优势木。深入细致地测量候选树及其他对比树的所有性状。接下来，为每个测量性状分配相对重要性，再利用加权法为每株树计算一个单一的综合得分（这是每株树的预测遗传值或选择标准）。

5.3 杉树优树择应注意的事项

（1）杉树的混合选择应是杉树的自然分布区域内。（2）林分应是天然林或适合种子产地营造的人工林。（3）对入选树的生长性状挑选应在林分中等立地条件上进行比对。（4）杉树的抗性应选择在受到严重自然灾害的区域内进行。（5）在同龄林杉树纯林中选择优树，龄林为半个轮伐期至接近轮伐期。林分立地条件一致，没收到人为干扰的历史，尤其是没有“拔大毛”的现象。（6）优树的选择应在面积较大的范围内进行，将杉树近交率降到最低。以上6 点是确保种子产地的广泛遗传多样性及增加混合选择的遗传增益。

5.4 杉树混合选择的实例

武功山林场于安福县西北部，属中亚热带气候，年均气温17.7℃、最冷月平均气温5.9℃、最热月平均气温32.1℃。极端最低温度-6.3℃，年降水量1553 mm，年日照时数1649h；无霜期279d，是杉树的中心产区之一。

2009 年武功山林场林科所为营建杉树种子园，选择适应本地气候的遗传品质优良的亲本材料，在洋溪、横江、钱山、大布、社上等5 个分场的21 个未间伐及人为干扰的林班83 个小班，面积9800hm2的杉树近熟林中选择杉树优树。

5.4.1 实用工具。1∶1 万地形图、GPS、测树尺、50m 皮尺、江西省一元材积表、记录本、油锯、种子袋、喷漆、砍刀等。

5.4.2 挑选的小班。洋溪分场西芬林班16 小班的低坵到大布分场柿木林班9 号小班的中山；社上分场11 小班的水库孤岛至钱山分场大门岭林班的752hm2的连片杉树纯林；土壤种类有第四季红壤发育而成的黄壤和花岗岩发育的山地黄壤。海拔高度、地貌、坡向、坡位不尽相同，使得杉树林分的光照、温度、湿度的差异，必然影响杉树的生长量，增加了挑选优树杉树遗传多样性。

5.4.3 外业工作。在山场中部，沿等高线上下距离15m目测杉树优树。发现优树时用GPS 定位，削去1.5m 处的杉树粗皮，喷红色油漆，测量胸径、枝下高。以优树为圆心，30m 为半径，选择5 株胸径大、未断梢的对比树测量胸径。最后锯倒6 棵杉树测量树高，将果实分别装袋，并标明树号。每次在野外确定的优树间的距离应在2km之外。应避免在林缘部分挑选优树，对比树的立地条件要与优树的微立地条件一致，这是杉树子代最大遗传增益的保证措施之一。

5.4.4 内业整理。（1）分别计算5 株对比树的算术平均胸径、树高、枝下高、材积。（2）优树与对比树的胸径、树高、枝下高、冠幅的算术平均数比较，若优树的胸径大于对比树的20%；树高大于对比树5%；材积大于对比树的50%。（3）把符合第（2）条的优树每一单项（胸径、树高、枝下高等）测定值用优先级性状合并成一个单一的选择指数。

I杉式中，为杉树的选择指数；上式中的0.55、0.25、0.2 分别为胸径、树高、枝下高测量值的数值权重、分别为优树的胸径、树高、枝下高减去5 株对比树对应的算术平均值。

（4）用GPS 记录的优树坐标在1∶1 万地形图上标明优树位置。（5）将杉球晒制成杉树种子后测量杉树种子千粒重、发芽率、生长势等指标。

由表1 可知，5 个候选优树中，1、3、4、5 号的胸径、树高、材积都符合优树选择标准属于优树，且3 号的选择指数1.105 为4 株优树的最高值，表型测定为最理想优树。2 号候选优树的胸径与对比树的胸径算术平均数为17.4%小于标准值20%即为淘汰，不再作为优树参与以后的混合选择中的遗传测定。

表1 对比法优树选择事例（2009 年优选表中的一部分）

优树育苗只需按种子编号分别播种，并做好半永久标志。优树种子间不宜混淆，随意播种。其余操作与普通杉树种子育苗方式一致，无需特殊对待。