杉木“带冠埋干”采穗圃采穗母树处理关键技术研究

周 杨，常云妮，李宝银，周俊新，薛 婷，陈剑勇，郑雪燕，陈义堂

(1.福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007；2.福建林业职业技术学院，福建 南平 353000；3.福建省洋口国有林场，福建 南平 354000)

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook)，杉科(Taxodiaceae)杉木属(Cunninghamia)常绿树种，生长快，材质好，是我国长江以南地区最主要的用材林造林树种，良种壮苗的市场需求量大．福建省高度重视杉木高世代育种工作和良种基地建设，目前种子园已经发展到第四代，林业科技人员为杉木良种化做出了重大贡献．与良种种子生产相比较，杉木优良无性系苗木生产规模化、基地化水平相对落后．杉木优良无性系造林的增产效应，已获生产单位和林业工作者认可，因而杉木主产区各地曾纷纷营建杉木无性系采穗圃和开展杉木组培快繁技术，对无性系推广有一定的促进作用，但也存在较大问题．组培快繁技术虽然能够较快培育优良无性系苗木，但设施、设备要求较高，投入大，生产成本高，制约了杉木组培苗的规模化发展．科技人员探索了弯干法、伏干法、密植法等杉木采穗圃营建方法，均无法完全解决采穗母树使用寿命短、采条面小、年有效穗条产量低、穗条细弱等问题[1-4]．

采穗圃营建技术的核心内容是采穗母树的树形处理．课题组提出了“带冠埋干”的杉木采穗母树树体处理新思路，通过“伏干、埋干、正冠、平茬”，建立宽大的采条面和光合作用面(树冠)，大幅度提高了单位面积穗条产量和质量，延长了采穗母树使用寿命；通过双行反向埋干的采穗母树布局方式，提高了单位面积采穗母树数量，并改善了采条面的微环境．该技术2019年获得国家知识产权局发明专利授权[5]，并以该技术为主要内容制订了《杉木采穗母树培育技术规程》福建省地方标准[6]．栽植密度、伏干长度、埋干覆土厚度、初始萌芽条基部(芽基)保留长度和密度等，是杉木“带冠埋干”采穗圃采穗母树树形处理的关键技术参数．2017—2020年，课题组开展了杉木“带冠埋干”采穗圃采穗母树栽植密度、伏干长度对比试验，覆土厚度对比试验和初始萌芽条平茬对比试验，探讨关键技术参数变化对穗条产量和质量的影响，优化采穗母树树形处理技术．研究结果为杉木采穗母树树体处理、杉木“带冠埋干”采穗圃穗条产量的提高和质量技术方案的制定提供科学依据．

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地在南平市延平区夏道镇洋头村，黄红壤，土层深厚，肥力中上，土壤pH值为6.03，腐殖质含量5.530 g·kg-1，水解性N 312.35 mg·kg-1，速效P 14.82 mg·kg-1，速效K 135.12 mg·kg-1．试验地全面垦覆后撒施光泽圣农集团公司生产的鸡粪有机肥，施肥量1 500 kg·hm-2．施肥后整畦作床备用，畦宽1 m，高0.4 m，两畦间步道宽30 cm．

1.2 试验材料来源与试验处理

参试苗木为2017年课题组使用“带冠埋干法”采穗圃3月份穗条扦插培育的1年生混系扦插苗．苗高50～60 cm、地径0.9～1.1 cm．采用随机区组试验设计．采穗母树栽植密度、伏干长度对比试验包含3个因素(栽植密度，以种植行内株距表示，A1、A2、A3分别为80、90、100 cm，行间距均为70 cm)、3个处理(伏干长度B1、B2、B3分别为50、60、70 cm)，采穗母树埋干覆土厚度对比试验包含3个处理(覆土厚度C1、C2、C3分别为3、5、7 cm)，采穗母树初始萌芽条平茬对比试验包含3个因素(保留芽基长度，简称基长，D1、D2、D3分别为0.5、1.0、1.5 cm)、5个处理(保留芽基密度，以平伏干平行方向间距×垂直方向间距表示，E1、E2、E3、E4、E5分别为0.5 cm×0.5 cm、0.5 cm×1.0 cm、1.0 cm×0.5 cm、1.0 cm×1.0 cm、0.5 cm×1.5 cm)．每个试验小区面积40 m2，各试验均设置3个重复．试验区周围设置1畦作为保护行，按80 cm株距进行采穗母树定植，并按60 cm伏干埋干处理树体．

2017年12月按试验设计的栽植密度定植，定植前对苗木过长的根系适当修剪，并用体积分数0.01%的吲哚乙酸溶液蘸根．2018年6月对春梢半木质化的幼树进行伏干、埋干、正冠、苗梢摘心处理．平伏干上涂抹体积分数0.05%的6-BA(6-苄基氨基嘌呤)后，两种植行间挖宽30 cm、深15 cm的施肥沟，挖出的土壤按试验设计的覆土厚度覆盖在种植行上[5-6]．2018年8—11月，平伏干上萌芽条长8～10 cm时，按设计的芽基长度、密度平茬，并用体积分数0.2%吲哚乙酸水溶液喷洒切口，促进伤口的愈伤组织形成．对树梢不断摘心、修剪，增加枝叶密度．2019年起，每年3月、6月、9月分别在施肥沟内施放一次鸡粪有机肥，施肥量750 kg·hm-2．

1.3 数据调查分析

统计2019、2020年度各个试验小区的年有效穗条产量、穗条长度、穗条鲜质量，并进行双因素方差分析、多重比较和改进投影寻踪技术(MSM-PP)处理．多重比较采用新复极差法．

2 结果分析

2.1 采穗母树栽植密度、伏干长度对比试验

2.1.1 年有效穗条产量比较

参试群体年有效穗条产量均值为2 017条·m-2，栽植密度A1、A2、A3处理分别为2 134、2 008、1 910条·m-2，伏干长度B1、B2、B3处理分别为1 911、2 046、2 095条·m-2．不同栽植密度间、不同伏干长度间的年有效穗条产量差异极显著(P<0.01，下同)，密度与伏干长度的交互作用差异极显著(表1)，以栽植密度、伏干长度组合进行比较得出，9个组合中A1B3、A1B2组合的年穗条产量显著优于其他组合．从表1方差分量上看，栽植密度(44.86%)>伏干长度(35.69%)>A×B交互作用(16.51%)，栽植密度对年有效穗条产量的影响最大，伏干长度次之，交互作用影响最低．为提高年有效穗条产量，应先考虑栽植密度，而后考虑伏干长度．

表1 不同栽植密度、伏干长度的穗条产量统计及双因素方差分析

2.1.2 穗条长度比较

参试群体穗条长度均值为7.31 m．不同栽植密度间穗条长度差异不显著(P>0.05，下同)，而B1、B2、B3的穗条长度分别为7.73、7.42、6.79 m，伏干长度对穗条长度的影响达到极显著水平，随着伏干长度的提高，穗条长度大幅降低．栽植密度与伏干长度的交互作用也有显著的影响(P<0.05，下同)．A1B1组合的穗条长度最长，与A3B1组合彼此间差异不显著，但这2个组合与其他7个组合之间差异均达到显著或极显著水平．从方差分量(表1)上看，伏干长度(54.89%)>A×B交互作用(23.61%)>栽植密度(16.75%)，表明伏干长度对穗条长度的影响大于栽植密度；栽植密度对穗条长度的影响主要通过与伏干长度间的交互作用实现．

2.1.3 穗条鲜质量比较

参试群体穗条鲜质量均值为9.98 g．不同栽植密度间穗条鲜质量无显著差异，不同伏干长度的穗条鲜质量差异极显著(表1)，B1、B2、B3的穗条鲜质量分别为10.83、9.87、9.27 g，但栽植密度与伏干长度的交互作用差异不显著．可见，要提高穗条鲜质量，关键是确定适宜的伏干长度．从试验结果看，穗条鲜质量呈现随伏干长度增加而降低的趋势，因此不能为了提高穗条产量而盲目延长伏干长度．

2.1.4 基于MSM-PP技术的栽植密度、伏干长度组合的筛选

采用改进的投影寻踪技术，以年有效穗条产量、穗条长度、穗条鲜质量为指标构建数学模型，并通过求解投影指标函数最大化问题来估计最佳投影方向，获取可反映组合综合特征的各组合投影值(见表2)，根据投影值大小筛选最优组合．投影值越大，表示该组合的综合表现越好[7-8]．

表2 各样本投影结果

从表2可知各组合投影值范围为0.785 3～1.744 4，变化幅度很大，其中，A1B2投影值最高，A3B3最低．投影方向值大小与样本内该性状表现的波动幅度有关，波动幅度越大，说明不同措施对该性状的影响越大[8-9]．投影方向值：年有效穗条产量>穗条鲜质量>穗条长度．投影方向值的平方和为1，因此，可将各指标的投影方向值的平方值，作为采穗圃质量评价的指标权重．在3个指标中，年有效穗条产量权重为0.675 0，穗条长度为0.137 1，穗条鲜质量为0.187 9．9个组合中，A1B2(株距80 cm，伏干长度70 cm)组合综合评价最高，A1B1(株距80 cm，伏干长度60 cm)组合次之．

2.2 采穗母树埋干覆土对比试验

2.2.1 覆土厚度对年有效穗条产量的影响

3种覆土厚度中，C1的年有效穗条产量最高，达到2 022条·m-2；C2为2 005条·m-2，与C1相差不大；C3年有效穗条产量最低，仅为1 793条·m-2．覆土厚度对年有效穗条产量具有极显著影响(表3)，可能是不同土壤厚度的水热条件存在差异，影响了采条部位芽原基形成、芽的萌发、萌芽条生长．从提高穗条产量角度来看，覆土厚度以3～6 cm为宜．

2.2.2 覆土厚度对穗条长度的影响

在穗条长度上，不同覆土厚度处理间存在极显著的差异(表3)．覆土厚度对穗条长度的影响，一是水热条件差异，引起穗条生长速度差异；二是穗条出土时间不同，导致穗条快速生长时间差异．萌芽条快速生长期在出土展叶后．萌芽条出土前，茎细，叶呈鳞片状，出土展叶后，经光合作用积累碳水化合物，生长迅速，土面至下方2 cm左右的茎开始迅速膨大，地上部分生长迅速．覆土越厚，萌芽条出土时间越迟，快速生长期越迟．但覆土也不能太薄，太薄会使萌芽条出土前处于一个水热条件变化不定的环境，影响穗条生长．

表3 不同埋干覆土厚度结果统计及单因素方差分析

2.2.3 覆土厚度对穗条鲜质量的影响

在穗条鲜质量上，覆土厚度处理间存在极显著的差异(表3)．穗条鲜质量既受穗条长度影响，也受穗条粗壮程度影响．覆土厚度的穗条鲜质量/穗条长度比值：C1、C2、C3分别为1.24、1.31、1.48，说明覆土对穗条的粗生长有利，在3～9 cm的覆土范围内，随着覆土厚度的递增，穗条生长更粗壮．

2.2.4 覆土厚度对穗条含水率的影响

覆土厚度中，C3的穗条含水率最高，达到60.65%； C2次之，为60.32%；C1穗条含水率最低，为51.18%．在穗条含水率上，覆土厚度处理间差异极显著(表3)．在3～9 cm的覆土范围内，覆土厚度较大对提高穗条含水率有利．

2.2.5 穗条含水率与年有效穗条产量、穗条长度、穗条鲜质量的相关性

将各试验小区的穗条含水率分别与年有效穗条产量、穗条长度、穗条鲜质量指标进行相关分析，结果表明，穗条含水率与年有效穗条产量间存在一定的线性负相关，但未达显著水平．穗条含水率与穗条长度间无显著线性关系．穗条含水率与穗条鲜质量间存在显著的线性正相关(r=0.699 3)．可见，增加覆土厚度，提高穗条含水率，能够显著提高穗条鲜质量，但对年有效穗条产量有一定的负面影响．提高穗条含水率，不能单纯通过增加覆土厚度来实现．覆土太厚，会降低穗条产量．

2.3 采穗母树初始萌芽条平茬技术对比试验

2.3.1 年有效穗条产量比较

不同芽基长度和芽基密度对年有效穗条产量均有极显著影响(表4)，其中D1、D2、D3的年均有效穗条产量分别为1 989、2 136、1 939条·m-2；E1、E2、E3、E4、E5的年有效穗条产量分别为2 420、2 333、1 970、1 593、1 791条·m-2．芽基密度的方差分量(67.99%)>芽基长度的方差分量(20.66%)，芽基密度对年有效穗条产量的影响，大于芽基长度．D×E交互作用的影响也达到极显著水平，要提高年有效穗条产量，在确定芽基长度时，也要确定适宜的芽基密度．

2.3.2 穗条长度比较

不同芽基长度间、芽基密度间的穗条长度均存在极显著差异，D×E交互作用的影响亦极显著(表4)．D1、D2、D3的穗条长度分别为8.88、9.56、7.78 cm，E1、E2、E3、E4、E5的穗条长度分别为8.27、8.87、8.60、9.20、8.77 cm．芽基密度的方差分量(52.27%)>芽基长度的方差分量(30.62%)，说明芽基密度对穗条长度的影响大于芽基长度．

表4 采穗母树平茬技术对比试验结果统计和方差分析

2.3.3 穗条粗度比较

不同芽基长度间、芽基密度间的穗粗差异极显著，芽基长度和芽基密度间存在极显著的交互作用(表4)．D1、D2、D3的平均穗粗分别为4.34、3.93、3.59 mm，E1、E2、E3、E4、E5的平均穗粗分别为3.37、4.10、3.81、4.48、4.02 mm，总体上表现出随着芽基长度缩短，或芽基间距扩大，穗条粗度呈现增大的趋势．方差分量：芽基长度(41.80%)>芽基密度(35.95%)>D×E交互作用(17.56%)，表明芽基长度对穗粗的影响大于芽基密度．

2.3.4 穗条鲜质量比较

D1、D2、D3的平均穗条鲜质量分别为12.82、12.51、9.20 g，随着所留的芽基长度的增长，穗条鲜质量逐渐降低；E1、E2、E3、E4、E5的穗条鲜质量分别为9.46、12.37、11.32、12.33、12.05 g，随着芽基间距不断扩大，穗条鲜质量开始增大而后相对稳定．芽基长度间、芽基密度间的穗条鲜质量差异均极显著(表4)．芽基密度的方差分量(53.16%)远大于芽基长度的方差分量(35.17%)，芽基密度对穗条鲜质量的影响，远超芽基长度，同时，芽基长度和芽基密度间存在极显著的交互作用．

2.3.5 穗条干质量比较

D1、D2、D3的穗条干质量分别为5.18、5.21、3.97 g，随着所留的芽基长度的增长，穗条干质量降低；E1、E2、E3、E4、E5的穗条干质量分别为3.80、5.09、4.77、5.24、5.02 g，随着芽基间距扩大，穗条干质量开始增大而后相对稳定．不同芽基长度间、不同芽基密度间的穗条干质量差异，以及两者间的交互作用均达到极显著水平(表4)．芽基密度的方差分量(36.81%)略大于芽基长度的方差分量(32.13%)；D×E交互作用方差分量达29.95%，芽基长度和芽基密度间交互作用对穗条干质量的影响略低于芽基密度、芽基长度．

2.3.6 穗条含水率比较

不同芽基长度的穗条含水率差异达到极显著水平，D1、D2、D3的平均穗条含水率分别为60.62%、58.96%、56.82%；不同芽基密度之间的穗条含水率差异不显著，但D×E交互作用的差异极显著(表4)．方差分量上，芽基长度(51.74%)>D×E交互作用(34.88%)>芽基密度(8.76%)，说明芽基密度对穗条含水率的影响，主要通过与芽基长度间的相互作用来实现．

以上分析结果表明，平茬所留的芽基长度、芽基密度分别对穗条产量指标，以及穗条长度、穗条粗度、穗条鲜质量、穗条干质量等4个穗条质量指标存在极显著的影响，且影响的程度存在很大差异；芽基长度对穗条含水率有极显著影响．在穗条产量指标和质量指标上，芽基长度和芽基密度间还存在极显著的交互作用，因此要以芽基长度、芽基密度组合来对穗条产量指标、质量指标进行综合评判，才能找出最佳的芽基长度、芽基密度．

2.3.7 基于MSM-PP技术的栽植密度、伏干长度组合的筛选

采用MSM-PP技术，按各芽基长度、芽基密度组合的穗条产量、质量指标数据进行综合评价(表5)．

表5 芽基长度、芽基密度组合样本集及投影结果数据表

各组合的投影值的变化幅度很大，为0.289 7～2.704 7，其中，投影值最高的为D1E2，最低的是D3E3．投影方向值:穗条鲜质量>穗条干质量>年有效穗条产量>穗条长度>穗条粗度>穗条含水率．以各指标的投影方向值的平方值，作为芽基长度和芽基密度组合效果评价的指标权重．在5个指标中，年有效穗条产量权重为0.166 4，穗条长度为0.154 4，穗条粗度为0.144 9，穗条鲜质量为0.268 8，穗条干质量为0.227 0，穗条含水率为0.038 5．可见，不同芽基长度、芽基密度组合影响下，穗条鲜质量变化幅度最大，选择适宜的组合，对提高穗条鲜质量意义最大；穗条干质量次之；而穗条含水率受影响最小.说明不同组合间穗条鲜质量发生了变化，其主要原因是穗条物质积累的速度和积累的量发生变化．年有效穗条产量的指标权重值较穗条鲜质量、干质量低，说明筛选合理的芽基长度、芽基密度组合，可较大幅度提高年有效穗条产量．改进投影寻踪综合评价结果表明，D1E2(芽基长度0.5 cm，芽基密度0.5 cm×1.0 cm)组合综合评价最高，为最佳芽基长度、芽基密度组合．

3 讨论与结论

3.1 讨论

无性系造林是无性系林业的主体，杉木无性系造林在中小径材培育中的增产效益已得到公认．目前，制约杉木无性系造林大面积推广的主要原因是无性系繁殖材料供应不足、无性系苗木质量参差不齐．无性繁殖材料的复幼程度是影响杉木无性系苗木质量的最主要因素，而采穗圃有效穗条产量低造成了无性系繁殖材料供应不足．造林树种中，许多阔叶树寿命长，“年老梯度”间距大，侧芽位置效应不显著，可以通过连续修剪矮化树体，从树冠上获得大量幼化萌芽条，但杉木“年老梯度”间距小，幼化区域窄，侧芽位置效应明显，一般情况下只能利用根颈部以上0～10 cm位置的萌芽条．杉木弯干法、伏干法采穗圃技术，通过消除顶端优势释放干上潜伏芽，但并没有扩大幼化区域，无法提高有效穗条产量，且采条部位暴露在土壤外，采条形成的伤口容易木栓化，阻碍萌芽条的产生，导致穗条产量急剧下降；密植法采穗圃技术，通过增加采穗母树数量来提高穗条产量，但因为连续平茬促萌，采穗母树长时间处于无树冠状态，无法正常光合作用，树体衰老快．

采穗圃营建技术的核心是采穗母树树形处理，而杉木“带冠埋干”采穗母树树形处理重点是构建宽大的采条面(采条部位)、光合作用面(树冠的受光面)．“伏干”“埋干”“平茬”，是为了构建宽大的采条面[5-6]．“伏干”关键是确定伏干长度，而伏干长度受栽植密度影响．由于每畦两行反向平行伏干，所以栽植密度就是确定种植行内株距．“埋干”重点解决覆土厚度问题．“平茬”是将平伏干上的初始萌芽条切除，留下一小段芽基，也可称为“修萌”，是为二级萌芽条生长位置做预先设置．芽基与平伏干的连接部位会产生大量不定根，类似于根颈部的萌蘖条，可以从土壤中吸收养分，满足自身生长需要．“平茬”中芽基长度，影响芽基切口愈伤组织分化、潜伏芽萌发及生长的营养供应和水热条件．芽基上萌发的二级萌芽条，随着穗条采收可以发生三级及三级以上的萌芽条，采条面逐渐扩大，穗条产量不断提高．“正冠”是为了形成合理的树冠结构，在树干伏倒在埋干沟后，对埋干长度以外树梢部分，通过立桩绑扎固定，使其直立，并通过摘心、修剪，形成浓密、端正的树冠(光合作用面)，这部分的研究结果，将另文报道．

与杉木其他类型采穗圃相比较，“带冠埋干”采穗圃技术将有效穗条产量提高了5倍以上，且穗条具有明显的幼态特征，质量好，扦插生根快，扦插苗根系发达，是采穗圃领域的一项技术创新，对加快杉木无性系造林进程具有重要意义，应用前景广阔．文中通过对比试验，根据不同处理的年有效穗条产量、穗条长度、穗条鲜质量等性状表现的方差分析与比较，选择、确定杉木“带冠埋干”采穗圃采穗母树树形处理中栽植密度、伏干长度、覆土厚度、芽基长度、芽基密度等关键技术指标，实现技术优化．

3.2 结论

杉木“带冠埋干”采穗圃营建技术大幅度提高了杉木采穗圃的单位面积穗条产量和质量，其核心技术在于采穗母树的树形处理：“伏干”的重点在于确定采穗母树栽植密度和伏干长度；“埋干”的重点在于确定平伏干上覆土的厚度；“平茬”的重点，是确定芽基长度和芽基密度．本研究确定了采穗母树处理的最佳处理技术方案如下：“带冠埋干”采穗圃采穗母树每畦反向两行定植的行内株距为80 cm，伏干长度为70 cm，平伏干上覆土厚度为6 cm；对萌芽条平茬时，保留芽基长度为0.5 cm，芽基间距为0.5 cm×1.0 cm(干平行走向1.0 cm宽，干垂直走向0.5 cm宽)，年有效穗条产量最高，穗条质量最好．