












摘要[目的]揭示不同桉樹(Eucalyptusspp.)林分葉片性狀與產(chǎn)量的關(guān)系,為良種選育和造林優(yōu)良苗木選擇提供科學依據(jù)。[方法]以廣西八桂種苗高科技集團股份有限公司培育的尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)DH32-29種苗的林分(BG)和其他生產(chǎn)單位培育的尾巨桉DH32-29林分(NBG)為研究對象,設置典型樣地,開展林分調(diào)查和葉片性狀與產(chǎn)量關(guān)系的對比研究。[結(jié)果]5個地區(qū)BG林分葉面積、葉周長、葉長和葉寬等葉片性狀均高于NBG林分;天峨、桂平、象州及右江區(qū)BG與NBG林分葉面積、葉周長、葉長差異顯著(P<0.05);5個地區(qū)BG與NBG林分葉寬、葉長寬比差異顯著(P<0.05);在林齡相同的情況下,天峨、桂平、象州和橫州BG林分單株材積顯著高于NBG林分(P<0.05);桂平、象州和橫州的BG林分蓄積量、年均蓄積量均高于NBG林分;不同葉片性狀與年均蓄積量的相關(guān)關(guān)系緊密,但不同性狀間存在差異。[結(jié)論]BG林分葉片性狀和年均蓄積量優(yōu)于NBG林分,能有效提高單位面積的光合生產(chǎn)能力,從而提高林分蓄積量。
關(guān)鍵詞不同苗木;桉樹人工林;葉片性狀;年均蓄積生長量
中圖分類號S722.5"文獻標識碼A"文章編號0517-6611(2025)02-0109-08
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2025.02.024
開放科學(資源服務)標識碼(OSID):
StudyonLeafTraitsandStandVolumeofDifferentEucalyptusPlantationsfromDifferentSources
CHEN Jin-lei" XU Jun-mo" WEN Yuan-guang "2 et al
(1.InstituteofEco-EnvironmentResearch,GuangxiAcademyofSciences,Nanning,Guangxi530007;2.InstituteofEcologicalIndustry,GuangxiAcademyofSciences,Nanning,Guangxi530007)
Abstract[Objective]InordertorevealtherelationshipbetweenleaftraitsandyieldofdifferentEucalyptusstands,andtoprovideabasisforthebreedingofimprovedvarietiesandtheselectionofexcellentseedlingsforafforestation.[Method]Takingthestand(BG)ofE.urophylla×E.grandisDH32-29seedlingscultivatedbyGuangxiBaguiSeedlingHigh-techGroupCo.,LTDandthestand(NBG)ofE.urophylla×E.grandisDH32-29seedlingscultivatedbyotherproductionunitsastheobjects,thetypicalplotsweresetup.Tocarryoutstandinvestigationandcomparativestudyontherelationshipbetweenleaftraitsandyield.[Result]Theresultsshowedthattheleafarea,leafperimeter,leaflengthandleafwidthofBGstandswerehigherthanthoseofNBGstandsin5regions.Thereweresignificantdifferencesinleafarea,leafperimeterandleaflengthbetweenBGandNBGstandsinTian’e,Guiping,XiangzhouandYoujiang.Thereweresignificantdifferencesinleafwidthandleaflength-to-widthratiobetweenBGandNBGstandsin5regions(Plt;0.05).Underthesameage,theindividualtreevolumeofBGstandsinTian’e,Guiping,XiangzhouandHengzhouwassignificantlyhigherthanthatofNBGstands(Plt;0.05).InGuiping,XiangzhouandHengzhou,BGstandvolumeandaverageannualvolumegrowthwerehigherthanNBGstands.Therewasaclosecorrelationbetweenleaftraitsandannualaveragevolumegrowth,butthereweredifferencesamongdifferentleaftraits.[Conclusion]TheseresultsindicatedthattheleaftraitsandannualaveragevolumegrowthofBGstandaresuperiortoNBGstand,whichcaneffectivelyimprovethephotosyntheticproductioncapacityperunitareaandthusincreasethestandvolume.
KeywordsDifferentseeding;Eucalyptusplantation;Leaftraits;Annualaveragevolumegrowth
桉樹(Eucalyptus)具有生長快、產(chǎn)量高、用途廣等優(yōu)點,與松樹和楊樹并稱為世界三大速生樹種[1],也是我國南方重要造林用材樹種,在木材資源供給、生態(tài)保護修復和應對氣候變化等方面扮演著重要角色。廣西桉樹面積和產(chǎn)量均居全國首位,截至2021年,全區(qū)桉樹人工林面積約303萬hm2,蓄積量約1.86億m 占全區(qū)森林、人工喬木林面積比例分別為20.4%和37.6%;2020年全區(qū)桉樹木材年產(chǎn)量超過3 000萬m 占全區(qū)商品材產(chǎn)量的80%和全國的40%以上[2],有效降低了公益林采伐面積。桉樹已成為國家木材儲備林核心基地建設的主要樹種,具有極強的固碳能力,平均固碳效率達12.73 t/hm2[3],對保障國家木材安全、應對全球氣候變化以及實現(xiàn)“雙碳目標”均具有重要意義。
葉片性狀和產(chǎn)量(森林蓄積量)是兩個緊密聯(lián)系的重要生態(tài)學和林學指標。葉片性狀是植物同化、光合以及蒸騰作用發(fā)生的主要器官,直接決定植物光合作用速率,影響物質(zhì)循環(huán)和能量交換[4],是產(chǎn)量和品質(zhì)形成的決定性因素之一[5]。與葉片化學和生理屬性相比,葉面積、葉片長度、葉片寬度等性狀簡單易測,已被作為葉片功能屬性研究的重要參數(shù)[6-8]。單位面積森林蓄積量反映了森林資源生長狀況、分布規(guī)律及森林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量狀況[9]。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大、最豐富的碳庫之一[10],而森林蓄積量的提高是碳增匯的主要貢獻之一,擴大森林面積和提高森林質(zhì)量已成為全球共識。以往的研究針對間伐強度[11]、無性系間的比較[12]、種植單位[13]等對尾巨桉生長狀況的影響,然而不同來源桉樹林分生長狀況的對比研究較少。調(diào)查發(fā)現(xiàn),不同苗木來源的桉樹林分葉片性狀差異很大,直接影響著林分蓄積量高低。然而,有關(guān)桉樹葉片功能性狀與林分蓄積生長量之間的關(guān)聯(lián)性尚不清楚。
筆者以廣西八桂種苗高科技集團股份有限公司培育的尾巨桉DH32-29林分(BG)與其他單位培育的尾巨桉DH32-29林分(NBG)為對象,通過野外樣地調(diào)查、葉片采集、實驗室測定及其統(tǒng)計分析等方法,探究不同來源桉樹林分葉片性狀與林分蓄積量的變化及其相互關(guān)系,以期為桉樹良種選育及造林優(yōu)良苗木選擇提供科學依據(jù)。
1材料與方法
1.1研究區(qū)概況
根據(jù)廣西桉樹人工林種植分布區(qū)域劃分為5個樣本采集區(qū),分別為桂西北(天峨縣)、桂東(桂平市)、桂中(象州縣)、桂南(橫州市)、桂西(右江區(qū))5個地區(qū)[14]。桂西北(天峨縣)年均氣溫20.5 ℃,年降水量1 339.3 mm,森林資源豐富,覆蓋率達80%以上,為廣西桉樹邊緣產(chǎn)區(qū)。桂東(桂平市)年均氣溫21.4 ℃,年降水量1 759.2 mm,森林覆蓋率48.7%,土層深厚,土壤有機質(zhì)含量豐富,營養(yǎng)結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào),是桉樹主產(chǎn)區(qū)。桂中(象州縣)年均氣溫20.7 ℃,年降水量1 306.0 mm,森林覆蓋率達40%,林地面積9.4萬hm2,其中桉樹種植面積約占森林面積的55.5%,為廣西桉樹主產(chǎn)區(qū)。桂南(橫州市)年均氣溫21.7 ℃,年降水量1 468.2 mm,森林覆蓋率49.7%,水熱條件良好,土壤養(yǎng)分含量較高,為桉樹主產(chǎn)區(qū)。桂西(右江區(qū)),年均氣溫22.1 ℃,年降水量1 068.0 mm,林地面積30萬hm2,森林覆蓋率超過80%,其中桉樹種植面積約3.1萬hm2,為廣西桉樹一般產(chǎn)區(qū)。
1.2樣地設置與樣品采集
目前,廣西大規(guī)模推廣種植的桉樹良種以尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)、巨尾桉(E.grandis×E.urophylla)、大花序桉(E.cloeziana)等為主。選擇使用尾巨桉系列無性系良種DH32-29(廣西八桂種苗高科技集團股份有限公司培育,BG)造林的典型林分作為研究對象,在上述5個地區(qū)根據(jù)典型林分的立地條件、連栽代次、經(jīng)營周期、營林措施(林地清理、肥料管理、撫育方式等),選擇相似條件的其他苗木公司培育的桉樹無性系DH32-29林分(NBG)為對照。在選定的每種林分分別設置3個20m×20m的樣地,即3次重復,共計30個樣地,樣地分布如圖1所示。采用樣方法對每個樣地內(nèi)的尾巨桉進行每木檢尺,并記錄樣地基本特征。5個地區(qū)各林分的基本特征如表1所示。
1.3葉片功能性狀測定方法
在每個樣地內(nèi),按樣方調(diào)查結(jié)果中的平均胸徑和平均樹高,隨機選取3株生長狀況良好、樹形完整的桉樹作為標準木,利用高枝剪摘取具有成熟葉片、生長正常、葉片無損傷的標準小枝3~5個,并立即浸入水中,做好相關(guān)標記后帶回實驗室。使用掃描儀(EpsonperfectionV39II)掃描后,運用萬深LA-S葉面積分析軟件獲取葉面積等功能性狀數(shù)據(jù)。
1.4林分蓄積量的計算
桉樹的林木單株蓄積量(individualtreevolume,ITV)采用自然形數(shù)法計算:
ITV=fe×(H+3)×π4×DBH2
式中:fe為試驗形數(shù),取值為0.4[15];H為樹高(m);π為圓周率;DBH為胸徑,cm。將林分單株蓄積量累加得到林分蓄積量。
1.5數(shù)據(jù)分析
運用單因素方差分析(one-wayANOVA)法檢驗同一地區(qū)不同來源尾巨桉林分葉面積、葉周長、葉片長度、葉片寬度、葉片長寬比、單株材積和林分蓄積量的差異顯著性(Plt;0.05),采用Pearson相關(guān)性分析方法分析各因素之間的相關(guān)性。采用線性回歸表達不同地區(qū)桉樹葉片性狀與林分年均蓄積生長量的相互關(guān)系。以上分析通過Excel和SPSS24.0完成,采用Sigmaplot12.5作圖。
2結(jié)果與分析
2.1植物葉片功能性狀
2.1.1葉面積。
從圖2可以看出,5個地區(qū)BG林分葉面積平均值均高于NBG林分。其中,天峨、桂平、象州和右江區(qū)2種來源桉樹種苗的林分葉面積差異顯著(Plt;0.05),橫州不同來源林分葉面積差異不顯著(Pgt;0.05)。天峨、桂平、象州和右江區(qū)BG林分葉面積平均值分別為4750.30、3552.55、4858.03和3977.35mm2,分別是NBG林分葉面積平均值的1.61、1.80、1.92和1.34倍。橫州BG和NBG林分葉面積平均值,分別為2932.11和2959.26mm2。不同地區(qū)中,象州BG林分葉面積平均值最大,橫州BG林分葉面積平均值最??;天峨NBG林分葉面積平均值最大,桂平NBG林分葉面積平均值最小。
2.1.2葉周長。
由圖3可知,5個地區(qū)BG林分葉周長平均值均高于NBG林分葉周長。其中,天峨、桂平、象州和右江2種來源桉樹種苗的林分葉周長差異顯著(Plt;0.05),橫州2種來源間林分葉周長差異不顯著(Pgt;0.05)。天峨、桂平、象州、橫州和右江區(qū)的BG與NBG林分葉周長平均值依次為386.54和268.66mm、355.83和243.49mm、405.95和266.47mm、262.55和257.33mm、390.28和342.30mm;相應地,BG是NBG林分葉周長平均值的1.44、1.46、1.52、1.02和1.14倍。不同地區(qū)中,象州BG林分葉周長平均值最大,橫州BG林分葉周長平均值最小;右江區(qū)NBG林分葉周長平均值最大,桂平NBG林分葉周長平均值最小。
2.1.3葉片長度。
由圖4可知,天峨、桂平、象州和右江區(qū)不同來源桉樹林分葉片長度存在顯著差異(Plt;0.05),BG與NBG林分葉片長度平均值依次為162.94和108.96mm、152.23和103.43mm、174.27和113.19mm、167.40和148.79mm;相應地,BG林分葉片長度分別是NBG的1.50、1.47、1.54和1.13倍。此外,橫州BG與NBG林分葉片長度平均值分別為105.52和104.18mm,兩者間差異不顯著(Pgt;0.05)。不同地區(qū)中,象州BG林分葉片長度平均值最大,橫州最??;右江NBG林分葉片長度平均值最大,桂平最小。
2.1.4葉片寬度。
從圖5可以看出,5個地區(qū)BG林分葉寬均顯著高于NBG林分(Plt;0.05),其中天峨、桂平、象州、橫州和右江區(qū)BG林分葉寬平均值分別為48.91、42.08、49.35、46.31和42.63mm,分別是NBG林分的1.12、1.27、1.26、1.13和1.28倍。不同地區(qū)中,象州BG林分葉寬平均值最大,桂平最小;天峨NBG林分葉寬平均值最大,桂平最小。
2.1.5葉片長寬比。
從圖6可以看出,5個地區(qū)不同來源桉樹林分葉片長寬比均呈顯著差異(Plt;0.05)。天峨、桂平和象州BG林分葉片長寬比均顯著高于NBG林分(Plt;0.05),而橫州和右江區(qū)則表現(xiàn)出BG林分葉片長寬比顯著低于NBG林分(Plt;0.05)。天峨、桂平、象州、橫州、右江區(qū)的BG和NBG林分葉片長寬比平均值分別為3.37和2.53、3.70和3.17、3.57和2.96、2.31和2.59、3.94和4.52。不同地區(qū)中,右江區(qū)BG林分葉片長寬比平均值最大,橫州最小;右江區(qū)NBG林分葉片長寬比平均值最大,橫州最小。
由表2可知,林分密度與樹高、葉面積、葉周長、葉長、葉寬均呈顯著或極顯著負相關(guān)(Plt;0.05或Plt;0.01),樹高與胸徑呈極顯著正相關(guān)(Plt;0.01),葉面積與葉周長、葉長、葉寬均呈極顯著正相關(guān)(Plt;0.01),葉周長與葉長、葉寬、葉長寬比呈極顯著和顯著正相關(guān)(Plt;0.01),而葉長與葉寬間呈正相關(guān)。葉長寬比與葉周長、葉長呈極顯著正相關(guān)(Plt;0.01),與葉寬呈顯著負相關(guān)(Plt;0.05),與葉面積呈正相關(guān)。
2.2林分蓄積量
2.2.1不同林分平均單株材積。
由圖7可知,5個地區(qū)2種來源桉樹林分單株材積差異均達到顯著水平(Plt;0.05)。其中,天峨、桂平、象州及橫州BG林分的單株材積平均值均顯著高于NBG林分(Plt;0.05),BG和NBG林分的單株材積平均值依次為0.0119和0.0110m3、0.0159和0.0069m3、0.0393和0.0336m3、0.0694和0.0416mBG林分的單株材積平均值分別是NBG林分的1.08、2.30、1.17和1.67倍;右江區(qū)BG林分單株材積平均值顯著低于NBG林分(Plt;0.05),分別為0.0161和0.0366m3。不同地區(qū)中,BG和NBG林分的單株材積平均值均為橫州最大,而BG和NBG單株材積平均值最小的分別是天峨和桂平。
2.2.2不同林分蓄積量。
由圖8可知,天峨、桂平和象州2種來源桉樹林分蓄積量差異不顯著(Pgt;0.05),橫州和右江區(qū)2種來源桉樹種苗間林分蓄積量差異顯著(Plt;0.05)。其中,天峨、右江區(qū)BG林分蓄積量均低于NBG林分,BG和NBG林分蓄積量依次為15.56和19.32m3/hm2、25.36和54.51m3/hm2;桂平、象州和橫州BG林分蓄積量均高于NBG林分,BG和NBG林分蓄積量依次為28.47和24.78m3/hm2、58.94和49.29m3/hm2、137.95和58.20m3/hm2。不同地區(qū)中,BG和NBG林分蓄積量均為橫州最大,而天峨最小。
由于部分地區(qū)林齡上存在一定差異,以年均林分蓄積量進行對比(圖9),以消除年齡差異。天峨、桂平、象州和右江區(qū)2種來源桉樹林分平均蓄積量差異不顯著(Pgt;0.05),橫州2種來源桉樹種苗的林分平均蓄積量差異顯著(Plt;0.05)。其中,天峨BG林分年均蓄積量低于NBG林分,分別為14.15和14.86m3/(hm2·a);桂平、象州、橫州和右江區(qū)林分年均蓄積量均高于NBG林分,BG和NBG林分年均蓄積量依次為28.47和24.78m3/(hm2·a)、29.47和21.43m3/(hm2·a)、45.98和17.64m3/(hm2·a)、12.68和12.11m3/(hm2·a)。不同地區(qū)中,BG和NBG林分年均蓄積量分別是橫州和桂平最大,而右江區(qū)2種來源林分年均蓄積量均為最小。
2.3葉片性狀與林分年均蓄積量的關(guān)系
從圖10可見,不同地區(qū)桉樹葉片性狀與林分年均蓄積量之間存在差異。天峨、桂平、象州和右江區(qū)林分葉面積與年均蓄積生長量均呈正相關(guān)關(guān)系,而橫州為負相關(guān)關(guān)系。除天峨外,桂平、象州、橫州和右江區(qū)林分葉周長、葉長與年均蓄積量均呈正相關(guān)關(guān)系。5個地區(qū)林分葉寬與年均蓄積量均呈正相關(guān)關(guān)系。除象州外,其他4個地區(qū)葉片長寬比與年均蓄積量均呈負相關(guān)關(guān)系。
3討論
葉片是植物進行光合作用制造有機養(yǎng)分的重要器官,也是生態(tài)系統(tǒng)中初級生產(chǎn)者的能量轉(zhuǎn)換器[16],且葉片與環(huán)境的接觸面積最大,對環(huán)境變化較敏感[17],是植物—土壤—大氣進行物質(zhì)交換的重要載體[18],葉面積對葉片能量和水分平衡起到關(guān)鍵作用,并且與養(yǎng)分限制和干擾策略等具有密切聯(lián)系[19]。該研究中,5個地區(qū)BG林分葉面積、葉周長、葉長和葉寬平均值均高于NBG林分,表明BG林分生長狀況對外界環(huán)境的適應性要優(yōu)于NBG林分。主要原因是隨著葉面積的變化,光合面積減小,光合作用減弱,干物質(zhì)的積累量也隨之減少[20]。因此,減少葉片間的相互遮蔽,增大有效光合葉面積產(chǎn)生適宜的葉面積指數(shù)不僅有利于增加群體的光能利用率,也有利于光合效率的提高以及光合產(chǎn)物的增加[21]。葉面積與葉周長、葉長和葉寬呈極顯著正相關(guān)(Plt;0.01),這主要是由于葉面積是葉周長、葉長和葉寬的聯(lián)動因子[22]。因此,葉面積的大小及動態(tài)變化在生理生化、遺傳育種和作物栽培等研究中經(jīng)常影響植物的生長發(fā)育狀態(tài)[23-24]。該研究中,隨著林分密度的增加,葉面積、葉周長、葉長和葉寬呈顯著負相關(guān)(Plt;0.05,Plt;0.01),這與李志輝等[25]的研究結(jié)果類似,主要原因是林分密度增加,林木間競爭激烈,導致葉片形狀變化,影響林木生長,表明合理協(xié)調(diào)林分結(jié)構(gòu),有助于林木生產(chǎn),提高生產(chǎn)力。該研究中,不同地區(qū)不同來源桉樹葉片功能形狀間差異顯著,主要原因可能是在同一地區(qū),雖然同屬DH32-29無性系,但BG苗木為來源清晰純正良種,并通過組培技術(shù)大規(guī)模工廠化生產(chǎn),從而比NBG苗木具備更優(yōu)的葉性狀特征;在不同地區(qū),影響葉片性狀的因素很多:①不同地區(qū)環(huán)境條件差異顯著,植物通常在異質(zhì)環(huán)境中表現(xiàn)出明顯的形態(tài)可塑性,尤其是葉面積變化最為敏感[26];②地形和土壤特性對植物葉片性狀有影響,不同地形特征間光照條件差異顯著,表現(xiàn)出不同的葉性策略,并且由于地形導致土壤養(yǎng)分在小尺度間的異質(zhì),從而影響植物生長過程中為適應不同生境而表現(xiàn)出葉片性狀差異[27];③同一種源葉片形態(tài)受遺傳物質(zhì)內(nèi)部因素影響[28],導致BG和NBG間具有一定變異性??梢?,影響葉片性狀變化的因素較多,加強不同地區(qū)不同來源桉樹葉片性狀的研究具有重要意義。
該研究中,天峨、桂平、象州及橫州BG林分單株材積顯著高于NBG林分,表明BG比NBG林分具有更高的生產(chǎn)力,反映了BG苗木的優(yōu)越性,為今后桉樹種質(zhì)資源評價提供了理論依據(jù)。而右江區(qū)BG林分單株材積顯著低于NBG林分,主要是由于林齡差異引起的。隨著林齡增加,BG林分單株材積均表現(xiàn)出橫州gt;象州gt;桂平gt;天峨,而NBG林分單株材積表現(xiàn)出橫州gt;象州gt;天峨gt;桂平,這主要受林分密度影響導致。比較不同來源桉樹林分蓄積量、年均蓄積量發(fā)現(xiàn),桂平、象州及橫州的BG林分蓄積量、年均蓄積量均高于NBG林分,而天峨、右江區(qū)分別因林分密度、林齡導致結(jié)果不一致,這也暗示適當?shù)牧址置芏瓤商岣呱a(chǎn)力[29]。同時,筆者還發(fā)現(xiàn)隨著林齡增加,BG林分年均蓄積量高于NBG林分,表明不同地區(qū)BG林分生產(chǎn)力顯著高于NBG林分,優(yōu)良種質(zhì)更能夠提高林分生產(chǎn)力[30]。
研究表明,葉片功能性狀的對比是揭示木材產(chǎn)量如何變化的重要因素,也是衡量植物生長發(fā)育好壞的重要標志[31]。該研究發(fā)現(xiàn),不同葉片形狀與年均蓄積量存在不同的相關(guān)關(guān)系。天峨、桂平、象州和右江區(qū)的年均蓄積量與葉面積均呈正相關(guān)關(guān)系,表明葉面積與材積呈現(xiàn)顯著的正相關(guān),即葉面積越大,材積越大[32],而橫州呈負相關(guān)關(guān)系,主要原因是受林分密度的影響。不同地區(qū)桉樹林分年均蓄積量與葉片周長和葉長的關(guān)系一致,這主要是由于葉長和葉周長顯著正相關(guān),這與張勇等[33]的研究結(jié)果一致。不同地區(qū)桉樹林分年均蓄積量與葉寬均呈正相關(guān)關(guān)系,這與張潔等[34]的研究結(jié)果類似,而與葉面積、葉周長、葉長以及葉長寬比的相關(guān)性略有差異,這可能是由于地區(qū)環(huán)境及林齡的差異導致,同時也說明了桉樹生長過程中葉片各性狀具有一定關(guān)聯(lián)性[22]??梢?,為提高桉樹人工林生產(chǎn)力,在選育優(yōu)良品種的過程中,要考慮多個性狀間的相互關(guān)系,有助于提高良種篩選效率。
4結(jié)論
由BG和NBG苗木營造的桉樹林分的葉片性狀存在顯著差異,BG林分的葉片性狀優(yōu)于NBG;桉樹葉片性狀與林分蓄積量之間具有顯著關(guān)聯(lián)性,可作為反映林分蓄積量變化的重要指標;整體上BG林分年均蓄積量高于NBG林分。因此,在大規(guī)模造林中,選擇BG苗木將更有利于提高林分蓄積量。
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