東北白樺種質(zhì)資源生態(tài)耦合性分析及可持續(xù)利用策略

吳 捷 蘭士波 寧曉光

(黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，哈爾濱 150081)

東北白樺種質(zhì)資源生態(tài)耦合性分析及可持續(xù)利用策略

吳 捷 蘭士波 寧曉光

(黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，哈爾濱 150081)

基于充分汲取國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究成果與地理分布和生態(tài)耦合性的分析，以生態(tài)效益優(yōu)先，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值兼顧的理念，結(jié)合東北白樺的資源現(xiàn)狀，構(gòu)建了東北白樺可持續(xù)利用的經(jīng)營(yíng)策略，為該種質(zhì)資源的保存和可持續(xù)利用奠定理論基礎(chǔ)。

東北白樺 地理分布 生態(tài)耦合性 可持續(xù)利用 經(jīng)營(yíng)策略

1 引言

東北白樺(Betula platyphylla var.mandshurica Suk.)是白樺(Betula platyphylla Suk.)的一個(gè)地理變種，在植物系統(tǒng)分類(lèi)學(xué)上隸屬于樺木科(Betulacea)、樺木屬(Betula L.)、樺木組(Sect.Betula)。東北白樺是形成中國(guó)東北多種地帶性植被的先鋒類(lèi)型和森林草原過(guò)渡類(lèi)型的重要組成樹(shù)種[1-3]，具有適應(yīng)廣泛、耐寒性強(qiáng)、生長(zhǎng)快和材質(zhì)優(yōu)良的生物生態(tài)學(xué)特性。東北白樺的自然資源較少，受人為活動(dòng)或自然因素的干擾與破壞，致使其存量資源消耗十分嚴(yán)重，直接影響了林業(yè)產(chǎn)業(yè)原料供給，制約了區(qū)域性經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。目前，全世界林業(yè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)步入可持續(xù)經(jīng)營(yíng)運(yùn)行階段，發(fā)展森林資源與保護(hù)生態(tài)環(huán)境已成為林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主旋律，而且，林業(yè)生產(chǎn)完成了以人工林生產(chǎn)為中心向生態(tài)效益優(yōu)先，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)三大效益兼顧的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。因此，基于東北白樺的地理分布及生態(tài)耦合性的分析，在汲取國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合資源現(xiàn)狀，以生態(tài)效益優(yōu)先，兼顧社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)自然資源實(shí)行目標(biāo)樹(shù)種經(jīng)營(yíng)模式。同時(shí)，有針對(duì)性地選擇適宜的立地類(lèi)型和生態(tài)環(huán)境，加大人工育種群體和種質(zhì)資源保存基地建設(shè)力度，以增加資源儲(chǔ)備，提高工業(yè)用材林整體質(zhì)量和林地生產(chǎn)潛力，最終實(shí)現(xiàn)林業(yè)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)與發(fā)展。

2 東北白樺與原種的主要區(qū)別

地理隔離使生物在形態(tài)和結(jié)構(gòu)方面發(fā)生顯著的遺傳變異，從而形成新變種。一個(gè)品種至少具有兩點(diǎn)以上的性狀差異，且地理分布類(lèi)型不同，方可作為變種來(lái)處理。在中國(guó)東北林區(qū)，東北白樺是白樺的一個(gè)地理變種[4]，二者的主要區(qū)別在于:東北白樺葉基部由寬楔形至狹楔形，稀截形，白樺葉基部多平截；東北白樺果序長(zhǎng)而細(xì)，而白樺果序短而粗；東北白樺集中分布于黑龍江省南部山區(qū)，愈往北愈少，呈間斷性島嶼狀分布，白樺的自然分布區(qū)遍及7個(gè)植被區(qū)，橫跨中國(guó)東北、華北、西北及陜北等14個(gè)省(自治區(qū))，呈連續(xù)分布狀態(tài)。

3 地理分布與生態(tài)耦合性分析

3.1 地理分布

在中國(guó)大陸境內(nèi)，東北是東北白樺的次生分布區(qū)，主要分布在長(zhǎng)白山余脈的張廣才嶺和老爺嶺[2-4]，集中分布于黑龍江省南部山區(qū)，愈向北愈少，呈明顯間斷性的島嶼狀分布。東北白樺分布范圍狹窄，資源儲(chǔ)量十分有限，應(yīng)加強(qiáng)資源防護(hù)力度，以維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)平衡。

3.2 生態(tài)耦合性

在林木與環(huán)境的相互關(guān)系中，生態(tài)因子對(duì)林木的生長(zhǎng)發(fā)育和材質(zhì)材性起綜合作用，而林木又以自身變異來(lái)應(yīng)變外界環(huán)境。東北白樺性喜涼爽濕潤(rùn)的森林氣候和冷濕的土壤條件，對(duì)生境的適應(yīng)具有可縮性。立地條件對(duì)生長(zhǎng)性狀的效應(yīng)顯著，在土層深厚肥沃，且排水良好的暗棕色森林土上，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，表現(xiàn)良好，且以東北向和西北向坡下部，以及東南向和西南向坡中部的林木生長(zhǎng)表現(xiàn)最佳[5-6]。

(1)光照效應(yīng):東北白樺為強(qiáng)陽(yáng)性樹(shù)種，在樺木屬植物中，耐蔭性最弱，對(duì)光的適應(yīng)范圍最窄，但抗直射光的能力甚強(qiáng)，只能生長(zhǎng)在較強(qiáng)的光強(qiáng)度下；

(2)溫度效應(yīng):東北白樺是紅松林、落葉松林、云杉林和冷杉林的主要伴生樹(shù)種，耐寒性強(qiáng)，可耐-50℃極端低溫，且抵御霜凍和日灼的能力亦較強(qiáng)；

(3)水分效應(yīng):東北白樺性喜濕潤(rùn)，適宜冷濕且年降水量大于400mm的土壤類(lèi)型和氣候條件；

(4)土壤效應(yīng):東北白樺對(duì)氣候和土壤要求不甚苛刻，適宜分布區(qū)內(nèi)的各種立地條件和土壤類(lèi)型，尤其在土層深厚肥沃且排水良好的暗棕色森林土上，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，表現(xiàn)最佳；

(5)密度效應(yīng):經(jīng)營(yíng)密度對(duì)林內(nèi)的光能利用率、凋落物分解和養(yǎng)分歸還、林地土壤含水量，以及林分的生長(zhǎng)和發(fā)育等均具一定影響，直接影響林分出材率和木材質(zhì)量[7]。林分密度大，自然整枝良好，樹(shù)干通直，出材率高，材質(zhì)優(yōu)良；林分密度小，自然整枝不良，樹(shù)干彎曲且分枝多，出材率低，材質(zhì)較差。

4 種質(zhì)資源保存與可持續(xù)利用

生物種質(zhì)資源是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，負(fù)載著森林植物高度的多樣性和豐富的遺傳基因資源，直接關(guān)系到林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和生物基因工程的順利實(shí)施[8]。林木種質(zhì)資源是選育新品種、優(yōu)良品種或優(yōu)異個(gè)體的遺傳基礎(chǔ)，其資源存量標(biāo)志著國(guó)家和民族的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)實(shí)力[9]。因此，長(zhǎng)遠(yuǎn)保存與持續(xù)利用這部分資源，并結(jié)合森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，廣泛建立新的人工群體，對(duì)改變自然群體的遺傳結(jié)構(gòu)，拓展種質(zhì)資源的遺傳基礎(chǔ)，避免重要遺傳基因缺失，加速林木遺傳改良進(jìn)程，具有重大的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

4.1 種質(zhì)資源保存的意義和迫切性

林木種質(zhì)資源的自然功能和社會(huì)功能豐富，既可維護(hù)生態(tài)平衡，又能促進(jìn)現(xiàn)代文明與傳統(tǒng)文化的融合，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代育種技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展。目前，中國(guó)的森林及其遺傳資源面臨巨大的危機(jī)，天然資源破壞嚴(yán)重，遺傳基礎(chǔ)狹窄，林地向逆境退化，鄉(xiāng)土樹(shù)種遭受遺傳侵蝕，生物多樣性降低，重要種質(zhì)缺失嚴(yán)重[10]，因此，有效保存林木種質(zhì)資源勢(shì)在必行。

(1)種質(zhì)資源保存是生產(chǎn)力資源保存的必然結(jié)果。東北白樺是環(huán)境發(fā)展和生態(tài)災(zāi)難治理的戰(zhàn)略資源之一，保護(hù)的核心就是生產(chǎn)力資源的保存，這對(duì)徹底解決“漸釋效應(yīng)”的危害，儲(chǔ)備必要的可再生物質(zhì)資源，意義重大；

(2)東北白樺種質(zhì)資源保存是樺木屬植物高效育種的基因基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代育種技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)使樺木屬植物的遺傳基礎(chǔ)變窄，致使高效育種面臨基因匱乏的窘境。因此，優(yōu)良品種的可持續(xù)培育與種質(zhì)資源的永久性保存，必將持續(xù)提高人工林的產(chǎn)量，促進(jìn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展；

(3)東北白樺種質(zhì)資源保存是維護(hù)生態(tài)平衡的必要保障。在自然界，生物因子與非生物因子構(gòu)成不可分割統(tǒng)一綜合體，東北白樺對(duì)整個(gè)森林和陸地生態(tài)系統(tǒng)具有重要的影響。因此，長(zhǎng)久保護(hù)東北白樺種質(zhì)資源可最大限度保護(hù)生物多樣性，維持生態(tài)平衡，提升陸地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能和森林的社會(huì)與生態(tài)價(jià)值；

(4)東北白樺種質(zhì)資源保存是樺木屬植物遺傳改良的迫切需求。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，社會(huì)對(duì)林產(chǎn)品市場(chǎng)的需求趨于多樣化，因此，保存和儲(chǔ)備東北白樺種質(zhì)資源，有助于該種質(zhì)的定向培育和遺傳改良。

4.2 種質(zhì)資源可持續(xù)利用的主要策略

東北白樺是重要的商品林樹(shù)種，在資源恢復(fù)與可持續(xù)利用中占居重要地位，基于自然地理、氣候特征及資源分布現(xiàn)狀，選擇代表性較強(qiáng)的地域，實(shí)施原地保存、異地保存和聯(lián)合保存，防止遺傳多樣性和種質(zhì)基因的丟失[11]。同時(shí)，依據(jù)不同的森林類(lèi)型，確定相宜的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，分別采取相應(yīng)的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)與模式，為目標(biāo)樹(shù)種和輔助性樹(shù)種提供相對(duì)優(yōu)越的生長(zhǎng)空間，改善群落結(jié)構(gòu)組成，提高森林的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

4.2.1野生資源利用和人工群體培育協(xié)調(diào)發(fā)展

在合理利用野生資源的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)存量資源的整合、維護(hù)和保護(hù)，防止資源的退化和枯竭。

(1)針對(duì)具有培養(yǎng)價(jià)值且結(jié)構(gòu)合理的林分，以鄉(xiāng)土樹(shù)種為目標(biāo)樹(shù)種，清除低質(zhì)木、低價(jià)木、低產(chǎn)木和病腐木，通過(guò)林分密度調(diào)控，改善林分健康狀況和目標(biāo)樹(shù)種的生長(zhǎng)環(huán)境，運(yùn)用分層經(jīng)營(yíng)技術(shù)，引進(jìn)目標(biāo)樹(shù)種和珍貴樹(shù)種，增加單位面積的個(gè)體數(shù)量和優(yōu)質(zhì)樹(shù)種的組成比例，提高林地的生產(chǎn)潛力；

(2)對(duì)培養(yǎng)價(jià)值較高的林分，實(shí)行封山育林保護(hù)模式，減少人為干擾活動(dòng)，恢復(fù)森林和植被，促使林分自然生長(zhǎng)，改善林分質(zhì)量，提高林地生產(chǎn)潛力。

4.2.2原地保護(hù)與遷地保存相機(jī)結(jié)合

東北白樺的自然分布呈間斷性島嶼狀，資源存量十分有限。為有效保存這部份寶貴的資源，在自然分布區(qū)內(nèi)，選擇林分集中分布的地段，建立自然生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)和森林公園，原地保護(hù)該植物群體及其遺傳多樣性。同時(shí)，在優(yōu)良群體綜合分析與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，廣泛收集優(yōu)良的個(gè)體種質(zhì)，選擇適宜生長(zhǎng)的地域，采取人工林經(jīng)營(yíng)、林木育種與引種馴化相結(jié)合的方式，利用經(jīng)過(guò)選擇的遺傳材料，分別建立植物園、樹(shù)木園、種質(zhì)收集園、子代測(cè)定林和種質(zhì)異地基因保存庫(kù)等育種群體，擴(kuò)大種質(zhì)資源的分布范圍。

4.2.3加強(qiáng)良種繁育基地建設(shè)

東北白樺的結(jié)實(shí)較早，樹(shù)體高大，種實(shí)收集時(shí)間短且采集困難，鑒于此，選擇生態(tài)條件適宜的地段，建設(shè)良種繁育基地，以及具備種質(zhì)收集、保存功能的基本群體和育種群體，為種質(zhì)資源保存庫(kù)、種植園及生產(chǎn)性栽培，提供豐富的良種資源和繁殖材料。

4.2.4優(yōu)化并調(diào)整自然群體的遺傳結(jié)構(gòu)

結(jié)合森林經(jīng)營(yíng)和林業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，合理調(diào)整林分密度，改變自然群體的遺傳結(jié)構(gòu)，拓展遺傳基礎(chǔ)，以適應(yīng)長(zhǎng)期進(jìn)化的生態(tài)系統(tǒng)和全球氣候與環(huán)境的變化。

5 結(jié)語(yǔ)

東北白樺是白樺的一個(gè)地理變種，材質(zhì)優(yōu)良且用途廣泛，受長(zhǎng)期人為活動(dòng)的影響和自然因素的干擾，存量資源匱乏。目前，世界林業(yè)已步入可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的運(yùn)行階段，因此，結(jié)合東北白樺的資源現(xiàn)狀，基于地理分布及其生態(tài)耦合性的分析，在汲取國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果和大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建東北白樺種質(zhì)資源可持續(xù)利用的經(jīng)營(yíng)模式和策略。

(1)在合理利用自然資源的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)存量資源的整合、維護(hù)和保護(hù)，并針對(duì)具有培育價(jià)值的林分，實(shí)行目標(biāo)樹(shù)種經(jīng)營(yíng)模式和封山育林保護(hù)模式；

(2)原地保護(hù)和異地保存相結(jié)合，選擇林分集中分布的地域，建立自然生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)和森林公園，以及植物園、樹(shù)木園、種質(zhì)收集區(qū)和基因異地保存庫(kù)等育種群體；

(3)調(diào)整并優(yōu)化自然群體的遺傳結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)良種繁育基地建設(shè)，以拓展東北白樺的遺傳基礎(chǔ)，構(gòu)建以生態(tài)效益優(yōu)先，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值兼顧的戰(zhàn)略格局。

[1]中國(guó)科學(xué)院中國(guó)植物志編輯委員會(huì),中國(guó)植物志(第21卷)[M].北京:科學(xué)出版社,1979.

[2]鄭萬(wàn)鈞.中國(guó)樹(shù)木志(第一卷)[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,1985.

[3]聶紹荃,袁曉穎,楊逄建,等.黑龍江植物資源志[M].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[4]周以良,董世林,聶紹荃.黑龍江樹(shù)木志[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1986.

[5]關(guān)文彬.中國(guó)東北地區(qū)白樺林植被生態(tài)學(xué)的研究-樺木屬植物與中國(guó)白樺林的地理分布[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1998,20(4),104-109.

[6]蘭士波.天然楊樺次生林密度效應(yīng)的研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2007,31(2),83-87.

[7]蘭士波.雜種沙棘果實(shí)性狀遺傳效應(yīng)分析[J].林業(yè)科技開(kāi)發(fā),2011,25(5):13-16.

[8]翟俏麗,范桂枝,詹亞光.樺樹(shù)生物技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,26 (4),93-98.

[9]顧萬(wàn)春,王棋,游應(yīng)天,等.森林遺傳資源學(xué)概論[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,1996.

[10]顧萬(wàn)春.中國(guó)林木種質(zhì)資源保存、研究與對(duì)策[J].中國(guó)生物多樣性保護(hù)與研究進(jìn)展, 2010,93-105.

[11]李子文.天然次生林恢復(fù)經(jīng)營(yíng)模式[J].黑龍江科學(xué),2014,5(4),197-198.

EcologyCouplingAnalysisandSustainableUtilizationStrategyofBetulaplatyphyllaGermplasmResource

WuJieLanShi-boNingXiao-guang

(First-author′s address: Forestry Research Institute of Heilongjiang Province, Harbin 150081, Heilongjiang, China)

This article is based on a thorough analysis of the research results of the relevant fields both at home and abroad and geographical distribution and ecological coupling, is based on the concept of ecological benefits, social, economic and ecological values, combines the status quo of the resources of Betula platyphylla var.Mandshurica, and builds a business strategy for the sustainable utilization of birch in Northeast China, which can lay the theoretical foundation for the conservation and sustainable utilization of this germplasm.

Betula platyphylla var.mandshurica; geographical distribution; ecology coupling; sustainable utilization; operation strategy

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)(201204307-07) ；國(guó)家林木種質(zhì)資源平臺(tái)運(yùn)行服務(wù)項(xiàng)目(2011DKA21003-02)。

吳捷(1971-)，黑龍江哈爾濱人，女，高級(jí)工程師，主要從事林木遺傳育種、森林培育及森林植物等學(xué)科的科學(xué)管理與成果推廣工作。

蘭士波(1966-)，山東龍口人，男，碩士，研究員，學(xué)科帶頭人，主要從事林木遺傳育種、種質(zhì)資源、森林培育及森林植物等學(xué)科的科學(xué)研究。E-mail地址:Lanshibo1966@163.com。

2017-11-08

王大軍

校對(duì)王 卉