不同水肥處理下尾葉桉無性系生長性狀研究

楊會(huì)肖，徐 放，楊曉慧，廖煥琴，張衛(wèi)華，潘 文

(廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520)

優(yōu)質(zhì)木材是滿足人類高質(zhì)量生活需要、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略資源。隨著人們對(duì)紙漿的需求量日益增多，紙漿原料供需矛盾日益突出[1]。我國桉樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展事關(guān)林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動(dòng)權(quán)，關(guān)系國家木材安全。尾葉桉(Eucalyptus urophylla)屬于熱帶樹種，是山地次生林優(yōu)勢(shì)樹種，在桉屬樹種中具有較廣泛的海拔分布。以尾葉桉為骨干親本的桉樹雜交育種已引起世界各國重視并取得顯著成效[2]。目前，國內(nèi)外對(duì)桉樹的研究主要集中在生長、木材強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和密度測(cè)定方面[3—4]，培育出一批抗逆性強(qiáng)且速生的尾巨桉、尾細(xì)桉等雜交無性系，并得到廣泛推廣種植[5—6]。以往進(jìn)行的尾葉桉優(yōu)良無性系評(píng)選基于無性系試驗(yàn)，但是不同水肥處理的樹干解析尚屬研究空白。本研究以9種水肥處理下生長18個(gè)月的31個(gè)尾葉桉無性系為試驗(yàn)材料，分別對(duì)其解析木和樹皮厚度進(jìn)行測(cè)定。目的是通過尾葉桉無性系在不同水肥條件下的變異系數(shù)、主成分和多重比較分析等，探索尾葉桉無性系在不同水肥處理下的生長表現(xiàn)，進(jìn)而根據(jù)不同性狀的基因型值評(píng)選優(yōu)良無性系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于韶關(guān)市武江區(qū)田心苗圃，113°31′E，24°51′N。年均氣溫 20.3 ℃(其中最高年均溫 25.4 ℃、最低年均溫16.8 ℃)，年均日照時(shí)數(shù)1858 h，無霜期305 d。年均降雨量1537.4 mm，降水主要集中在4月中旬至7月下旬。屬亞熱帶氣候?yàn)橹鞯臐駶櫺约撅L(fēng)氣候。

1.2 材料

2017年 1月移栽尾葉桉組培生根苗至輕基質(zhì)中，待苗木生長至高35 cm時(shí)，于2017年5月定植于圓形控根器(直徑56 cm×高80 cm)，以鈣鎂磷和復(fù)合肥做基肥。共31個(gè)尾葉桉無性系，每個(gè)無性系9株，其中編號(hào)6(尾巨桉3229)和19(廣林9)為本試驗(yàn)的對(duì)照無性系。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用雙因素(水分和養(yǎng)分)3水平完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每重復(fù)包含9種處理。其中水平1為缺水和缺養(yǎng)分條件，水平2為水分和養(yǎng)分正常條件，水平3為水分和養(yǎng)分充足條件。為有效控制水肥，每個(gè)圓形控根器上面覆蓋黑白膜，下面墊水泥磚。具體的水分和養(yǎng)分梯度及測(cè)量方法見文獻(xiàn)[7]。其中，土壤含水率采用土壤水分測(cè)定儀TDR300測(cè)定，土壤養(yǎng)分含量采用穴施方法嚴(yán)格控制。

1.4 取樣方法及測(cè)量性狀

水肥控制18個(gè)月后，用利刃從根頸處分開莖和根，摘下所有葉片和側(cè)枝。測(cè)定樹高，地徑，1/4、2/4、3/4樹高處的主干直徑。在20 cm樹高處截取圓盤，用游標(biāo)卡尺測(cè)量樹皮厚度。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

利用R軟件進(jìn)行變異系數(shù)分析、方差分析、多重比較、主成分分析等[8]，利用混合線性模型預(yù)測(cè)相關(guān)性狀基因型值[9]。模型為：Y=u+Wi+Nj+Bk+Cl+Wi×Cl+Nj×Cl+em，其中，Y 表示性狀觀測(cè)值；u為總體平均值，Wi表示第 i種水分處理的固定效應(yīng)，Nj表示第 j種養(yǎng)分處理的固定效應(yīng)；Bk表示第k個(gè)區(qū)組的隨機(jī)效應(yīng)，Cl表示第l個(gè)無性系隨機(jī)效應(yīng)，Wi×Cl表示第i種水分處理與第l個(gè)無性系的交互效應(yīng)，Nj×Cl表示第j種養(yǎng)分處理與第l個(gè)無性系的交互效應(yīng)，em為第m個(gè)體上的剩余誤差[9—10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長性狀變異分析及多重比較

對(duì)9種水肥處理下31個(gè)無性系的生長性狀進(jìn)行變異分析(表1)。結(jié)果顯示，在所有處理下各性狀變異系數(shù)從大到小依次是枝下高、3/4樹高直徑、樹皮厚、2/4樹高直徑、樹高、1/4樹高直徑和地徑，其中枝下高變異系數(shù)最大，均值50.78%，地徑變異系數(shù)最小，均值2.46%。Duncan法多重比較顯示，樹高位于前3名的處理是23、33和13，樹高分別為230 cm、221.3 cm 和 217.8 cm，比整體表現(xiàn)提高13.41%、9.12%和7.39%；枝下高位于前3名的處理是31、11、21和32，枝下高分別為61 cm、55 cm、55 cm和55 cm，比整體表現(xiàn)提高17.55%、5.99%、5.99%和5.99%。樹皮厚位于前3名的處理是33、32和21，分別為0.40 mm、0.34 mm和0.34 mm，比整體表現(xiàn)提高27.65%、8.51%和8.51%。地徑前3名的處理是33、32和23，分別為43.00 mm、42.68 mm和41.49 mm，比整體表現(xiàn)提高了16.16%、15.29%和12.08%。1/4樹高直徑位于前3名的處理是33、32和22，分別為35 mm、34 mm和32 mm，比整體表現(xiàn)提高20.88%、17.43%和11.24%。2/4樹高直徑位于前3名的處理是33、32和23，分別為21.00 mm、20.53 mm和20.48 mm，比整體表現(xiàn)提高13.22%、10.69%和10.42%。3/4樹高直徑位于前3名的處理是23、33和32，分別為11.28 mm、11.74 mm和10.82 mm，比整體表現(xiàn)提高13.53%、9.11%和4.66%。因此，在不同水肥處理下尾葉桉苗木的樹高、地徑、樹皮厚、1/4樹高直徑、2/4樹高直徑和3/4樹高直徑總體上差異顯著。

表1 基于不同水肥處理下的各性狀變異分析及多重比較Table 1 Variation analysis and multiple comparison of traits based on different water and nutrient

2.2 生長性狀方差分析

方差分析表明,除2/4處直徑和枝下高性狀外，其他性狀在水分、養(yǎng)分、水分與養(yǎng)分互作、區(qū)組間的差異均達(dá)到顯著或極顯著水平(表2)。1/4處的直徑、2/4處的直徑和3/4處的直徑性狀在無性系間差異不顯著，而樹高、枝下高、樹皮厚和地徑在無性系間達(dá)到顯著或極顯著水平。其中，所有顯著性狀在水分間的F值介于4.41～222.49之間，在養(yǎng)分間的F值介于7.47～183.33之間，在水和養(yǎng)分互作間的F值介于0.63～3.05之間，在區(qū)組間的F值介于3.45～9.19之間，無性系間的F值為3.67～6.03。

表2 基于不同水肥處理的各性狀方差分析Table 2 Variance analysis of traits based on different water and nutrient

2.3 主成分分析

對(duì)837株尾葉桉的生長和樹皮厚度性狀進(jìn)行主成分分析(表 3)，在第 1主成分中，地徑、1/4處直徑、2/4處直徑和3/4處直徑占有較高系數(shù)，方差貢獻(xiàn)率為42%，說明第1主成分是表示1/4處直徑的綜合指標(biāo)，可作為評(píng)價(jià)尾葉桉樹干粗度指標(biāo)的參考。在第2主成分中，樹高和枝下高占有最高系數(shù)，方差貢獻(xiàn)率達(dá)22%，說明第2主成分主要以樹高和枝下高這些生長性狀為主，可作為尾葉桉高生長指標(biāo)的參考。在第3主成分中，樹皮厚占有最高系數(shù)，方差貢獻(xiàn)率達(dá)20%，說明第3主成分主要以樹皮厚為主，可作為尾葉桉樹皮厚度指標(biāo)的參考。由此可知，尾葉桉無性系間的差異主要表現(xiàn)為 1/4處直徑、枝下高和樹皮厚的不同。

表3 各性狀主成分的特征向量及貢獻(xiàn)率Table 3 Principal component analysis of traits

2.4 不同水肥處理下生長性狀比較

在水分脅迫條件下，不同養(yǎng)分處理中無性系的生長差異見表 4～表 6。通過比較分析，無性系 15和29在養(yǎng)分1處理下生長和樹皮厚度表現(xiàn)較好；無性系17在養(yǎng)分2處理下生長和樹皮厚度表現(xiàn)較好；無性系 18在養(yǎng)分 3處理下生長和樹皮厚度表現(xiàn)較好。在水分正常條件下，無性系21和29在養(yǎng)分1處理下生長和樹皮厚度表現(xiàn)較好；無性系 1、11、12、17、25、27和30在養(yǎng)分2處理下生長和樹皮厚度表現(xiàn)較好；無性系4、6、13、17、18、19、20和29在養(yǎng)分3處理下生長和樹皮厚度表現(xiàn)較好。在水分充足條件下，無性系21和27在養(yǎng)分1處理下生長和樹皮厚度表現(xiàn)較好；無性系 2、3、5、14、16、17、18、19、20、21和 22在養(yǎng)分 2處理下生長和樹皮厚度表現(xiàn)較好；無性系2、4、6、15、16、20、23、26、27、28和30在養(yǎng)分3處理下生長和樹皮厚度表現(xiàn)較好。綜上所述，除地徑在處理組合13和樹皮厚在處理組合22差異不顯著外，18個(gè)月苗木生長性狀和樹皮厚度在不同處理組合間差異達(dá)顯著水平。

表4 在水分脅迫下不同養(yǎng)分處理中各無性系的生長性狀Table 4 Ranks of clones in different nutrient treatments under water stress

表5 在正常水分下不同養(yǎng)分處理中各無性系的生長性狀Table 5 Ranks of clones in different nutrient treatments under normal water conditions

表6 在充足水分下不同養(yǎng)分處理中各無性系的生長性狀Table 6 Ranks of clones in different nutrient treatments under water sufficient conditions

2.5 尾葉桉優(yōu)良無性系綜合評(píng)選

尾葉桉優(yōu)良無性系按照生長和樹皮厚度性狀的基因型值大小進(jìn)行綜合評(píng)選(表7)。根據(jù)樹高基因型值評(píng)選的優(yōu)良無性系為 27、20、31、29和 15，與對(duì)照2(廣九)相比，平均樹高遺傳增益提高12.14 cm、6.74 cm、4.05 cm、3.40 cm和2.59 cm；根據(jù)枝下高基因型值評(píng)選的有優(yōu)良無性系為31、8和17，與對(duì)照2(廣九)相比，平均枝下高遺傳增益提高3.84 cm、2.01 cm和0.33 cm；根據(jù)樹皮厚基因型值評(píng)選的有優(yōu)良無性系為7、30、24、3、21和1，與對(duì)照2相比，平均樹皮厚遺傳增益提高0.068 mm、0.049 mm、0.040 mm、0.036 mm、0.035 mm和0.033 mm；據(jù)1/4樹高直徑基因型值評(píng)選的有優(yōu)良無性系為 24、18、13、30、25和7，與對(duì)照1(3229)相比，1/4樹高直徑遺傳增益提高3.00 mm、2.69 mm、2.35 mm、1.36 mm、0.82 mm和0.81 mm。綜上所述，依據(jù)樹高、樹皮厚和地徑的基因型值綜合評(píng)選表現(xiàn)較好的無性系為30、7、1、29、20和6，平均遺傳增益較整體水平提高10.73 cm、0.02 mm和0.83 mm，達(dá)5.29%、6.38%和2.24%。

表7 無性系生長和樹皮厚度性狀的基因型值Table 7 Phenotype value for growth traits of clones

3 結(jié)論

9種水肥處理下的31個(gè)無性系生長和樹皮厚性狀存在較大的變異，其中枝下高變異系數(shù)最大，為50.78%，地徑的變異系數(shù)最小，為12.46%。各性狀變異系數(shù)從大到小依次是枝下高、3/4樹高直徑、樹皮厚、2/4樹高直徑、樹高、1/4樹高直徑和地徑。除地徑性狀外，其他性狀的變異系數(shù)均達(dá)15%以上，說明尾葉桉無性系各性狀間存在豐富的變異，具有較大的改良潛力。Duncan法多重比較顯示，不同尾葉桉無性系在不同水肥處理下苗木的樹高、地徑、樹皮厚、1/4樹高直徑、2/4樹高直徑和3/4樹高直徑總體上差異顯著，所有無性系在處理組合32、33下表現(xiàn)較優(yōu)。

樹皮具有支持和保護(hù)功能，樹皮厚度被認(rèn)為是重要的樹皮性狀之一，在防火和光合作用方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用[10—14]。大量研究表明，較大的樹皮厚度在防火性能、保護(hù)功能和硬度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[15]。本研究中，依據(jù)樹高、樹皮厚和地徑的基因型值綜合評(píng)選表現(xiàn)較好的無性系為30、7、1、29、20和6，平均遺傳增益較整體水平提高10.73 cm、0.02 mm和0.83 mm，達(dá)5.29%、6.38%和2.24%。樹皮厚與 1/4樹高直徑性狀間密切相關(guān)，以樹皮厚和1/4樹高直徑的基因型選育出排名前10的優(yōu)良無性系，兩個(gè)性狀的重合率為80%。因此，本研究?jī)H研究了樹皮厚與 1/4樹高直徑間的關(guān)系，而沒有研究樹皮厚度與樹皮密度、樹皮含水率以及莖干的關(guān)系，今后應(yīng)加強(qiáng)此方面的研究，以深入揭示尾葉桉在不同水肥梯度的適應(yīng)性。