马尾松三代选择群体生长性状变异及选择研究

以浙江省淳安县姥山林场的6×6半双列遗传交配设计的三代测定幼林为对象,分析幼林期(2、3和5 a)的生长性状的遗传参数和育种值,及2 a生时生物量的累积与分配。结果表明,马尾松幼林期不同杂交组合间的树高、地径、冠幅和活枝数均存在显著的遗传差异,且生物量在2 a生亦存在显著的遗传差异。杂交组合2 a生的地上生物量占植株总生物量的87.17%。幼林期生长性状以树高的增长量最大,5 a生较2 a生增长了4.23倍。采用综合育种值法,依据预测的树高(H)育种值为主,结合地径(D——0)和2 a生茎干生物量(Bs)指标的配合选择方式,以入选率20%优选出杂交组合分别为22×44、33×22、40×44。以5 a生时树高、地径的单株育种值为依据,2%的入选率优选出16个单株,其树高、地径、冠幅及活枝数平均增益分别为1.07 m、1.58 cm、0.32 m和4.67个。

大气氮沉降提高低磷土壤条件下马尾松菌根共生和磷效率的原因

【目的】菌根共生是提高植物磷(P)营养高效利用的重要机制之一。近年来大气氮(N)沉降的增加,导致森林土壤有效氮含量增加、N/P比发生改变,将影响菌根共生植物的生长和磷效率。【方法】以马尾松优良家系作为试验材料,NH4NO3作为外加氮源,设置模拟氮沉降与同质低磷(介质表层与深层均缺磷)、异质低磷(介质表层磷丰富、深层缺磷)耦合条件下马尾松外生菌根共生的盆栽实验,系统研究模拟氮沉降对低磷胁迫下马尾松家系菌根化苗生长和磷效率的影响。【结果】1)模拟氮沉降对马尾松菌根共生的影响与土壤磷素环境有关。在表层和深层磷素均极为匮乏的同质低磷条件下,氮沉降降低了苗木菌根侵染率和侵染程度,然而提高了菌根共生对马尾松生长和磷效率作用的有效性,马尾松的生长量和生物量均显著增加。在表层磷丰富、深层缺磷的异质低磷条件下,菌根共生对马尾松苗木生长有抑制作用,然而氮沉降降低了其抑制程度,高氮较低氮处理对菌根侵染苗木和菌根化苗生物量积累的抑制程度小;2)同质低磷下,模拟氮沉降显著降低了菌根化苗的根系生长,但增加了根系APase活性和有机酸分泌量,尤其是有机酸分泌量增加了近3倍。相关性分析表明,有机酸分泌对菌根化苗生长的贡献显著高于APase,这是氮沉降促进马尾松生长的主要原因之一。异质低磷下,模拟氮沉降处理后苗木深层菌根的生长发育程度较表层好,深层根的根尖数显著增加。有机酸分泌的增加提高了苗木的磷效率,促进了菌根化苗木的生长;3)不同低磷环境下,氮沉降的增加均降低了土壤磷的相对有效性,菌根通过增加马尾松苗木对土壤磷的吸收和利用,从而改善磷素营养促进马尾松生长发育。两种磷素环境下,马尾松菌根化苗生长对模拟氮沉降均较敏感;4)马尾松菌根化苗生长对模拟氮沉降的响应存在显著的家系差异。【结论】大气氮沉降可改善马尾松的氮素营养,增加菌根作用的有效性,从而促进马尾松对磷的吸收,进而促进了林木的生长。不同马尾松品种对氮沉降的反应有差异,筛选高氮-低磷环境下菌根共生能力强的马尾松基因型,将成为提高土壤磷素生物学利用效率的重要途径。

马尾松三代测定林抽梢性状的遗传效应及与针叶氮磷钾养分的遗传相关

【目的】测定分析马尾松三代测定林的抽梢性状及针叶氮磷钾含量,揭示抽梢性状的遗传控制方式,探究针叶中氮磷钾含量与生长的相关关系,为解析马尾松高生长的遗传规律提供理论依据。【方法】利用设置在浙江省淳安县姥山林场的5年生6×6半双列遗传交配设计的马尾松三代种质遗传测定林,对其抽梢性状(初次抽梢生长量、后续抽梢生长量、年抽梢次数及年抽梢长度)、树高及针叶氮磷钾含量进行测定与分析,探究马尾松抽梢性状及针叶养分含量的遗传变异规律及遗传控制方式,揭示抽梢性状间及与针叶氮磷钾含量的遗传相关。【结果】马尾松三代测定林的初次抽梢生长量、后续抽梢生长量、年抽梢次数、年生长量和树高的平均值分别为0.89 m、0.45 m、1.90次、1.34 m和5.16 m,且方差分析结果表明在不同杂交组合间的差异均达到极显著。配合力分析表明,后续抽梢生长量、抽梢次数、年生长量等抽梢性状和树高以加性基因效应控制为主,加性基因效应百分数在52.10%~73.28%,而初次抽梢生长量则几乎完全受显性效应控制(98.32%);针叶养分含量中,钾含量以加性基因效应(69.70%)控制为主,氮磷含量则几乎完全受显性效应控制。抽梢性状、树高与氮磷钾含量受中等及以上程度的遗传控制(hf2=46.54%~84.17%)。性状间及与针叶养分含量的遗传相关分析发现,树高与后续抽梢生长量、抽梢长度及抽梢次数均呈极显著正相关;后续抽梢生长量与抽梢长度、抽梢次数呈极显著正相关;初次抽梢生长量与树高、后续抽梢生长量、抽梢次数呈极显著负相关,与抽梢长度的相关性不显著。针叶氮含量与树高、后续抽梢生长量、抽梢长度及抽梢次数极显著正相关;针叶磷含量与初次抽梢生长量及抽梢长度成极显著正相关;针叶钾含量与抽梢长度呈显著负相关。N/P比与树高、后续抽梢生长量及年抽梢次数呈显著正相关;N/K比与树高、后续抽梢生长量及抽梢长度呈极显著正相关;P/K与抽梢长度极显著正相关。【结论】马尾松三代测定林的抽梢性状及针叶氮磷钾含量变异丰富。后续抽梢生长量、抽梢次数、年生长量、树高和钾含量以加性基因效应控制为主,初次抽梢生长量与氮磷含量则几乎完全受显性效应控制。抽梢性状影响高生长,尤其是后续抽梢特性显著地影响后续抽梢生长量,增加年抽梢长度,进而增加当年高生长。

马尾松年轮稳定碳同位素比率(δ13C)变化特征及影响因子分析

以浙江省淳安县姥山林场(S1)和湖北省太子山林场管理局石龙林场(S2)2个试验点内10个相同种源的马尾松(Pinus massoniana Lamb.)植株为研究对象,对其长期生长过程中年轮宽度、早材宽度、晚材宽度和年轮稳定碳同位素比率(δ^13C)的变化以及年轮δ^13C值的种源间差异进行了比较,并对年轮δ^13C值的影响因子进行了分析。结果表明:随着年轮增长,2个试验点马尾松的年轮宽度总体上先降低后略升高;S1试验点的早材和晚材宽度均先降低后略升高,而S2试验点的早材和晚材宽度则缓慢降低;2个试验点马尾松的年轮δ^13C值呈“升高—降低—升高—降低”的趋势。S1和S2试验点各年轮段δ^13C值的均值分别为-26.48‰^-25.19‰和-25.71‰^-25.05‰,且S2试验点各年轮段δ^13C值的均值高于S1试验点。方差分析结果表明:马尾松各年轮段δ^13C值的均值在种源间差异极显著(P<0.01);总体上看,高纬度地区种源各年轮段的δ^13C值依次高于中纬度和低纬度地区种源。相关性分析结果表明:2个试验点马尾松年轮δ^13C值与种源地的纬度和干燥度指数呈显著(P<0.05)正相关,与种源地的年均温、年降水量、5月至9月降水量和≥10℃年积温以及种源地和试验点间纬度差值呈显著负相关,与年轮宽度和早材宽度呈显著或极显著负相关,与晚材宽度呈不显著负相关。研究结果显示:马尾松年轮δ^13C值在种源间变异丰富,这是其对种源地环境长期适应的结果;立地环境和径向生长对马尾松固碳过程中碳同位素的分馏有一定影响。

马尾松二代无性系生长和针叶N/P化学计量特征

[目的]在土壤有效P匮乏的立地条件下,揭示针叶N、P含量及其化学计量比与马尾松生长性状的相关性。[方法]以马尾松二代育种群体内30个无性系为试验对象,野外调查11年生时马尾松二代无性系树高、胸径等生长性状与针叶N、P含量及其化学计量比的相关性。[结果]结果表明:(1)各生长性状在马尾松二代无性系间差异显著,且无性系重复力较高,均达到0.95以上。马尾松成熟针叶和当年生针叶N、P含量及N/P在二代无性系间差异均达显著水平;(2)相关分析表明,马尾松二代无性系树高、胸径与成熟针叶和当年生针叶N含量、N/P均呈显著或极显著正相关,与成熟针叶N/P的相关系数分别为0.608 6和0.542 8,与当年生针叶N/P的相关系数分别为0.515 9和0.679 2;(3)基于主要生长性状、针叶N和P含量及其化学计量比,可将30个马尾松二代无性系聚为4类:类群1无性系树高、胸径等生长表现优良,成熟针叶N/P较高,而当年生针叶N/P相对较低;类群2无性系树高、胸径等生长表现较好,成熟针叶和当年生针叶N/P值在30个无性系中居中间水平;类群3占试验无性系总数的一半,树高、胸径等生长表现一般,成熟针叶与当年生针叶N/P相差较大,大部分无性系成熟针叶N/P较低,而当年生针叶N/P相对较高;类群4树高、胸径等生长表现较差,成熟针叶和当年生针叶N/P均较低。[结论]在贫P立地下,马尾松二代亲本无性系C13(7750×1126)和C14(3201×1123)各生长指标均较高,可能是通过调整当年生针叶和成熟针叶的养分分配,增加了当年生针叶对限制其生长的P素的再利用和再吸收,促进了N素的吸收,调整了当年生针叶和成熟针叶的N/P,以形成特定的养分分配机制。

持续N沉降对低P下2年生马尾松苗木菌根共生影响

【目的】研究低P胁迫下N沉降持续增加对马尾松菌根化苗木生长和土壤养分的影响,为有效调控以充分发挥菌根潜力提高苗木对土壤P表的吸收、利用效率提供理论依据。【方法】以马尾松优良家系为试材,设置持续2个生长季的N沉降与同质低P(介质表层与底层均缺P)、异质低P(介质表层P丰富、底层缺P)耦合条件下菌根共生的盆栽试验,量化分析不同低P胁迫下持续N沉降对马尾松菌根化苗木生物量积累、根系发育、N和P效率以及菌根土养分等的影响。【结果】1)同质低P下,土壤中N素累积、P素相对严重匮缺,从而显著抑制马尾松苗木的菌根侵染,降低菌根化苗木的生物量积累;异质低P下,土壤原有的N/P改变,从而促进菌根真菌对马尾松苗木的侵染及植株对N和P素的吸收,最终促进苗木生物量的增加。2)同质低P下,植株的N/P显著增加,导致苗木生长受P素的限制,而对N素的增加不敏感,从而抑制菌根化苗木的生长;异质低P下,持续的N输入增加菌根作用的有效性,促进苗木对土壤P素和N素的吸收,植株N/P降低,从而改善苗木的生长状况。3)同质低P下,菌根土养分状况改善,土壤N和P含量均增加,p H值未显著改变,这可能因为菌根对土壤作用的有效性增加;异质低P下,接种菌根菌对土壤养分的抑制程度降低,土壤p H值显著降低。【结论】2种P素环境下,菌根作用的有效性对持续增加的N沉降的响应不同:同质低P下,菌根土养分状况得以改善,但随着土壤有效N的不断累积,导致土壤P素相对严重匮缺,植株N/P显著增加,使苗木生长受P素的限制程度增加,最终抑制苗木的生长;异质低P下,持续N沉降降低菌根菌对土壤养分的抑制程度,改变土壤原有的N/P,增加菌根作用的有效性,最终显著增加苗木的生物量。

三种南方主要造林树种苗木生长响应模拟N沉降的种间差异

我国南方土壤缺P严重,加之近年来大气N沉降增加明显,导致森林土壤有效N含量增加和N/P发生改变,从而对林木的生长发育和生产力产生影响。本文选择马尾松、杉木和木荷等3种南方具有不同生长和生物学特性的主要针阔叶造林树种,设置低P胁迫下的模拟N沉降盆栽试验,研究N素增加下3种苗木生长发育及适应低P胁迫机制的种间差异。结果表明:1)模拟N沉降增加了马尾松和木荷生物量向地上部分的分配,增加了地上部分的生长量和生物量,但根系的生物量降低,2种幼苗的整株生物量变化均不显著。N素的增加严重抑制了杉木幼苗地上部分和根系的生长,整株生物量显著降低;2)模拟N沉降加剧了3种幼苗遭受低P胁迫的程度,其根系分泌性酸性磷酸酶(APase)活性及有机酸总量均增加。马尾松和木荷较杉木根系分泌物总量增加幅度大;3)模拟N沉降增加了3种幼苗叶N含量,降低了叶P含量,增加了叶N/P。杉木叶N/P增加幅度最大,马尾松叶最小。杉木叶N/P急剧增加,导致其叶P含量的相对匮缺,叶N、P素营养失衡,最终影响杉木叶光合作用。马尾松和木荷叶片N/P增加幅度较小,N素的增加促进了2种幼苗净光合速率的提高;4)N沉降下,马尾松、木荷表层土壤酸化程度较杉木大。杉木和马尾松土壤水解N含量增加幅度较木荷更大,这归因于木荷对土壤表层N的吸收和淋溶作用均较大,马尾松表层土壤N的淋溶作用较杉木强。3树种盆栽土壤有效P含量均降低,而表层土壤有效P含量均较底层高。