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Variation in Traits of Picea likiangensis var. linzhiensis Seedlings from Different Provenances

林芝云杉不同地理种源苗期性状变异



全 文 :林业科学研究 2014,27(4):557 561
ForestResearch
  文章编号:10011498(2014)04055705
林芝云杉不同地理种源苗期性状变异
林 玲1,罗 建2
(1.西藏农牧学院资源与环境学院,西藏 林芝 860000;2.西藏高原生态研究所,西藏 林芝 860000)
收稿日期:20131210
基金项目:国家自然科学基金(31260049,30860026);西藏自治区自然科学基金(20122013)
作者简介:林 玲(1973—),女,硕士,副教授,研究方向:林学和保护生物学。Email:xizyz@126.com.
 通讯作者:副研究员,研究方向:植物分类与生态,生物多样性。Email:luojiansh@sohu.com
关键词:林芝云杉;种源;苗期性状;早期选择
中图分类号:S722.3 文献标识码:A
VariationinTraitsofPicealikiangensisvar.linzhiensisSeedlingsfrom
DiferentProvenances
LINLing1,LUOJian2
(1.DepartmentofResourcesandEnvironment,AgriculturalandAnimalHusbandryColegeofTibetUniversity,Nyingchi 860000,Tibet,China;
2.ResearchInstituteofTibetPlateauEcology,Nyingchi 860000,Tibet,China)
Abstract:InordertounderstandthevariationinmaingrowthtraitsofPicealikiangensisvar.linzhiensisatseedling
stage,eightseedlingtraitsfrom9provenancesinitsnaturaldistributionrangeswereexaminedusingfieldseedorigin
experiment.Theresultsindicated:(1)Exceptforthelateralrootnumber,theothersevenseedlinggrowthtraitsa
mong9provenancesshowedsignificantdiferences;(2)Thecorelationanalysisshowedthattheseedlingheight,
basaldiameterandabovegroundbiomassweresignificantlypositivecorelatedwiththelongitude,andsignificant
negativecorelatedwiththealtitude,butnotsignificantcorelatedwiththelatitude.Interestingly,thetaprootlength
androot/shootratioweresignificantnegativecorelatedwiththelongitude.Theseresultssuggestedthattherewasa
significantprovenancegeographicalvariationtrendinPicealikiangensisvar.linzhiensisatseedlingstage;(3)By
clusteranalysis,the9provenancestestedcouldbedividedintotwogeographicalprovenancegroups,theeastern
groupandthewesterngroup.Thewesterngrouphadhigheradaptationtodroughtandcooling,althoughtheincre
mentofeasterngroupwashigherinseedlingstage.
Keywords:Picealikiangensisvar.linzhiensis;provenances;seedlinggrowthtrait;earlyselection
林芝云杉 (Picealikiangensisvar.linzhiensis
ChengetL.K.Fu)是松科(Pinaceae)云杉属(Picea
Dietr.)常绿高大乔木,为西藏高原亚高山暗针叶林
主要、特有的建群树种之一[1-2]。主要分布在西藏
东南的林芝、米林、波密等地,并向西分布至朗县、错
那、洛扎、隆子、工布江达。林芝云杉是云杉属中木
材品质系数最高的树种[3],生长迅速,寿命持久,在
水热条件优越的地区能长成罕见的巨树,胸径可达
2.5m,最大树高可达73m,单株立木材积达到50
m3以上[3],徐凤翔在波密岗乡林区调查到1hm2的
立木蓄积量高达3831m3,堪称世界之最[4]。作为
青藏高原特有的地带性顶级群落的建群种,林芝云
杉还在提供工业和民用用材及维护生态环境、构建
高原生态屏障方面发挥着重要的作用[5],是藏东南
森林更新及荒山造林优先选择的树种。
近年来,由于林芝云杉材质优良、用途广泛,致
使一些天然群体大树已被砍伐[6],其林分受到强烈
的干扰,群落结构、组成和功能的退化均十分严
林 业 科 学 研 究 第27卷
重[5]。加之林芝云杉天然分布区地理环境相对恶
劣,种群一旦遭到破坏,恢复相对困难,因此,这一重
要植物资源急需得到有效保护、种群健康亟待恢复、
优良种源的培育等研究需要有效的开展。迄今为
止,对林芝云杉进行的保护和恢复研究工作主要集
中在天然种群群落特性[5,7-10]、幼林更新规律[11]和
生物学及生理特性[6,12-15]方面,尚未见有对该树种
迁地保护、地理种源苗期性状变异、优良种源选择方
面的研究报道。林芝云杉主要的天然分布区的纬度
27°54′ 30°02′N、经度 91°48′ 95°28′E,海拔
2700 4000m,均跨越较大,水热条件存在较大差
异,生境异质化程度较高,表型变异较大,这为该树
种的遗传改良工作提供了丰富的原始材料。本研究
对林芝云杉地理种源进行试验,从8个主要苗期性
状入手,系统分析了林芝云杉种源苗木生长差异及
其地理变异模式,提出了林芝云杉种源区可划分为
东部种源区和西部种源区的方案,为本地区森林更
新及荒山造林优良种源的选择提供基础理论依据。
1 材料与方法
1.1 种源材料采种和试验设计
2007年9月下旬至10月中旬,根据前期资料和
实地调查,在林芝云杉全分布区域的典型集中地带,
分别为西藏林芝地区的波密县、林芝县、米林县、工
布江达县、朗县和山南地区错那县,选择了9个林芝
云杉种源种子采集地,采集种子完全成熟时的球果,
各种源自然概况见表1。球果采集方法为每个种源
选择10 15株壮龄母树(树间距 >50m),等量采
集,分种源收集种子。
表1 林芝云杉不同种地理源自然概况
种源号 地点 海拔/m年降水量/mm 纬度(N) 经度(E)
GX 波密岗乡 2752 877 29°53′31″ 95°28′26″
ZGG 米林扎贡沟 3040 675 29°09′30″ 94°13′20″
LL 林芝鲁朗 3410 950 29°45′20″ 94°43′59″
LB 错那勒布 3350 960 27°54′44″ 91°48′45″
XRK 朗县西日卡 3710 473 28°51′20″ 93°26′53″
JM 林芝结麦 3060 654 29°35′06″ 94°23′14″
ZL 工布江达朱拉 3527 466 30°02′26″ 93°35′44″
XK 米林雪卡 2971 641 29°14′07″ 94°15′43″
DW 林芝德巫 3080 980 29°50′21″ 94°45′25″
2007年11月,将采集的种子分种源在室内进
行营养袋播种育苗,2008年移入温室遮荫培养,
2010年3月按完全随机区组试验设计[16],3个区
组,12株小区,将9个种源的幼苗移栽到露地苗圃
中。移栽前,对试验地采取深翻土、除草、土壤灭菌
等整理措施。移栽后,适时进行常规的苗期管理。
1.2 试验地概况
试验地设在西藏农牧学院实习基地苗圃内,地
处西藏自治区林芝县八一镇,地理位置为29°40′N,
94°20′E,海拔3005m。年平均温度8.6℃,5—10
月的月平均气温在10.0 15.6℃,6—9月平均最
高气温在20℃以上,最热月(7月)平均最高气温为
22.2℃,气温≥10℃的日数为160d左右,有效积温
1800 2200℃,无霜期为160 180d,年平均降水
量650 750mm,降水集中在6—9月份,平均相对
湿度为63%,年日照时数1988.6 2000.4h,日照
百分率46%。气候温暖湿润,日照充足,雨水充沛,
四季分明,无霜期长。试验地处林芝云杉的分布核
心区,区域森林覆盖率高,干旱、大风、冰雹等气象灾
害极少发生。土壤为沙壤土,肥力一般。
1.3 性状特征的测量
2013年10月,林芝云杉停止当年生长,进入休
眠后,每区组每种源中各随机选取5株生长正常的
平均苗,测量苗高、地径、主根长、侧根数、根生物量、
地上部分生物量、单株生物量等指标。用直尺测定
苗高(精确度0.01cm)和主根长(精确度0.01cm)、
游标卡尺量测地径(精确度0.01mm),记录侧根数;
将植株洗净,晾干水分,做好标记,带回实验室,每株
在根茎处分地上和地下两个部分,用电热恒温箱在
105℃下杀青20min,85℃烘干至恒质量,电子天平
(精确度为0.001g)分别称量根生物量、地上部分的
生物量和单株干生物量。2013年10月种源试验林
测定时苗木年龄为6年。
1.4 数据统计分析
对上述测定的数据进行统计分析。用 Ex
cel2003进行调查数据录入和整理;采用 SPSS13.0
软件进行方差分析、相关分析、主成分分析和聚类
分析[16-18]。
2 结果与分析
2.1 林芝云杉种源苗期生长性状比较
6年生林芝云杉种源苗期生长性状的方差分析
结果表明(表2),在不同种源的林芝云杉苗期各生
长性状中,除侧根数外,苗高、地径、主根长、根生物
量、地上部生物量、单株干生物量和根冠比7个指标
均达到了显著或极显著差异,表明林芝云杉不同种
源苗期(6年生)的生长差异是非常明显的,这为优
良种源早期的选择提供了可能。
855
第4期 林 玲等:林芝云杉不同地理种源苗期性状变异
为进一步比较种源间性状的差异,对种源间差
异显著的7个性状进行了Duncan多重比较,结果见
表3。从表3可以看出,不同种源苗期性状存在较大
的变幅,其中,苗高的变幅为18.41 32.76cm,地
径的变幅为5.97 9.44mm,地上部生物量变幅为
4.541 9.457g,主根长变幅为13.23 19.73cm,
根生物量变幅为 2.897 4.543g,单株干生物量
8557 12.831g,根冠比0.332 0.987。相对比
较,波密岗乡(GX)种源苗最高,米林扎贡沟(ZGG)
种源地径最粗及地上部生物量最大,侧根数最多,错
那勒布(LB)种源主根最长及侧根数最少,根冠比最
大,工布江达朱拉(ZL)种源根生物量最大,林芝鲁
朗(LL)种源单株干生物量最大。
表2 林芝云杉种源苗期生长性状的方差分析
性状 SS Df MS F值 F检验值
苗高     8834.0778 8 1104.2597 31.37 F0.05(8,126)=2.01
地径     155.0065 8 19.3758 2.78 F0.01(8,126)=2.66
主根长    751.2181 8 93.9023 8.54
侧根数    56.1742 8 7.0218 1.92
根生物量   83.4127 8 10.4265 2.29
地上部生物量 178.2797 8 22.2850 3.58
单株干生物量 513.1634 8 64.1454 8.27
根冠比    16.2341 8 2.0293 2.53
  注:表示差异显著(P<0.05),表示差异极显著(P<0.01)。
表3 林芝云杉不同种源苗期性状均值和多重对比(平均数±标准差)
种源
地上性状
苗高/cm 地径/mm 地上部生物量/g
地下性状
主根长/cm 侧根数 根生物量/g
单株
干生物量/g
根冠比
GX 32.76±4.31a 8.54±1.12a 8.735±0.78a 14.69±3.21cd 8.7±3.78 2.897±0.42cd 11.721±1.22ab 0.332±0.06c 
ZGG 28.75±3.32b 9.44±1.76a 9.457±2.31a 13.23±2.27d 9.6±1.61 3.214±0.27c 12.667±3.32a 0.340±0.04c
LL 27.43±3.99b 8.15±1.22a 8.343±1.87a 15.79±1.46bc 8.2±1.06 4.091±0.78ab 12.831±0.92a 0.490±0.07bc
LB 18.41±2.87d 5.97±0.98c 4.541±1.11d 19.73±0.89a 5.2±1.21 4.482±1.31a 9.021±2.32c 0.987±0.12a
XRK 21.55±4.02c 6.16±1.87bc 5.287±0.42c 17.77±2.17b 6.9±0.89 3.173±0.92c 8.557±1.75c 0.600±0.03b
JM 28.17±5.07b 8.22±1.32a 8.431±1.52a 16.13±1.66b 7.9±2.02 4.152±0.82a 12.582±1.62a 0.492±0.05bc
ZL 22.47±3.72c 6.63±1.33b 6.833±1.12bc18.37±1.01a 5.8±1.15 4.543±0.84a 10.373±2.02bc 0.665±0.11b
XK 28.19±5.01b 8.39±1.56a 8.576±1.72a 16.72±1.21b 8.3±1.77 4.241±0.12a 12.816±4.11a 0.495±0.07bc
DW 26.23±3.68b 7.55±1.72b 7.483±2.23b 15.76±1.31bc 7.4±3.01 3.363±0.32bc 10.843±1.33b 0.449±0.09bc
  注:同列数据后不同小写字母表示同一性状种源间差异(Duncan)显著(P<0.05)
2.2 林芝云杉种源苗期生长性状的地理变异模式
苗木生长性状的相关性分析是评价苗木质量和
品质的重要参考依据[19]。表4表明,林芝云杉苗期
苗高与地径、地上部生物量、单株干生物量均呈极显
著的正相关,相关系数分别为0.9587、0.9851和
08766;地上部生物量与根生物量、单株干生物量
也呈极显著正相关,相关系数分别为 0.8966和
0.9544;地径与单株干生物量达到显著相关,相关
系数为0.5991;主根长与根生物量、单株干生物量
呈极显著正相关,相关系数分别为 0.9153和
0.7819;侧根数与根生物量呈显著相关,相关系数
为0.6385;根生物量与单株干生物量呈显著正相
关,相关系数为0.9278。由于苗高与地径、地上部
生物量、单株干生物量均呈极显著的正相关关系,从
性状测定的高效性和方便性考虑,苗期苗高可作为
林芝云杉优良种源选择的首选指标。由于地径和侧
根数分别与其他5个性状的相关性较低,反映出其
具有较强的相对独立的遗传力。主根长与根生物量
呈极显著正相关,表明林芝云杉主根生长状况直接
影响根生物量,进而影响到地上部的生长。
从表4还可以看出,9个种源的苗高、地上部生
物量、侧根数与经度呈极显著正相关,主根长、根冠
比与经度呈极显著负相关;地径、单株干生物量与经
度呈显著正相关;苗高、地径、地上部生物量与海拔
呈显著负相关;降水量与苗期性状没有明显相关性。
很明显,林芝云杉种源苗期生长性状和生物量的变
异在经度和海拔上均表现出一定的地理变异,而纬
度的变异则不明显。从研究的9个地理种源的分布
看,林芝云杉苗期生长性状主要表现在东部区种源
和西部区种源区的差异,以及低海拔种源与高海拔
种源的差异。相比较,东部种源生长量明显高于西
部种源,低海拔种源则高于高海拔种源。
955
林 业 科 学 研 究 第27卷
表4 林芝云杉种源苗期生长性状、地理坐标和降水量的相关分析
性状 苗高 地径 地上部生物量 主根长 侧根数 根生物量 单株干生物量 根冠比
地径     0.9587
地上部生物量 0.9851 0.4975
主根长    0.2283 0.3194 -0.0175
侧根数    -0.1749 -0.0911 0.2764 -0.2873
根生物量   -0.2127 -0.0782 0.8966 0.9153 0.6385
单株干生物量 0.8766 0.5991 0.9544 0.7819 0.3136 0.9278
根冠比 -0.9061 -0.8420 -0.8749 0.9268 0.9092 0.6519 -0.4186
海拔 -0.7971 -0.7487 -0.7027 0.6313 -0.6340 0.3177 -0.6401 0.5780
年降水量 0.1640 0.1390 0.0551 -0.1529 0.0681 -0.0867 0.1489 0.0269
纬度 0.6042 0.4729 0.6638 0.4809 0.3959 -0.0998 0.5449 -0.5567
经度 0.9308 0.7659 0.8447 -0.8149 0.8039 -0.5349 0.7001 -0.9481
  注:表示差异显著(P<0.05),表示差异极显著(P<0.01)。
2.3 林芝云杉苗期生长性状主成分分析
方差分析和多重比较表明,林芝云杉种源间苗
期生长性状具有显著差异。为更全面的获取判定优
良种源的性状因子,对8个调查性状进行主成分分
析,从而获得这些性状之间的特征值、贡献率、因子
载荷量等参数。表 5表明,第 1主成分特征值为
5.634,贡献率为 80.483%;第 2主成分特征值
1.134,贡献率为16.196%;第3个主成分以后的特
征值都小于1,贡献率均很小。由于前2个主成分累
积贡献率达到96.679%,所以前2个主成分足以代
替原始因子所代表的全部信息。结合表6可知,第
一主成分中,苗高(0.948)、地上部生物量(0.967)、
主根长(-0.955)和单株干生物量(0.867)4个性
状的信息荷载量最大,相关性程度较高。第二主成
分中,根生物量(0.874)的信息荷载量最大,说明第
二主成分与根生物量相关程度较高。很明显,苗高、
地上部生物量、主根长和根生物量是造成林芝云杉
不同地理种源苗期性状差异的主要因子。
表5 特征值、贡献率和累积贡献率
主成分 特征值 贡献率/% 累积贡献率/%
1 5.634 80.483 80.483
2 1.134 16.196 96.679
3 0.145 2.067 98.746
4 0.056 0.803 99.549
5 0.017 0.241 99.789
6 0.014 0.194 99.983
7 0.001 0.016 100
  为系统评价林芝云杉种源,通过主成分综合因
子指数法[20]对9个种源进行统计分析。由表7可
知,9个种源生长性状综合排序为:米林扎贡沟
(ZGG)>米林雪卡(XK)>波密岗乡(GX)>林芝结
麦(JM)>林芝鲁朗(LL)>林芝德巫(DW)>工布
江达朱拉(ZL)>朗县西日卡(XRK)>错那勒布
(LB)。
表6 8个性状的主成分的载荷量
性状 第一主成分 第二主成分
苗高 0.948 -0.014
地径 0.481 0.134
地上部生物量 0.967 0.218
主根长 -0.955 0.224
侧根数 0.097 -0.120
根生物量 -0.484 0.874
单株干生物量 0.867 0.490
根冠比 0.209 -0.221
表7 不同种源林芝云杉主成分综合因子指数法得分值
种源 第一主成分 第二主成分 综合 排名
ZGG 13.25 7.47 12.28 1
XK 12.61 9.27 12.05 2
GX 12.91 7.00 11.92 3
JM 12.44 9.03 11.87 4
LL 12.42 8.98 11.84 5
DW 11.04 7.87 10.51 6
ZL 9.87 9.69 9.84 7
XRK 8.56 7.62 8.41 8
LB 7.98 9.67 8.26 9
2.4 林芝云杉种源区划
对9个林芝云杉种源的8个生长性状,应用欧
式距离平均法进行聚类,结果见图1所示。以分层
类距离15为阈值,供试的9个种源可聚为2大类,
即GX、ZGG、LL、JM、XK和 DW种源为第1类,LB、
XRK和ZL种源为第2类。对比各种源苗期生长性
状,不难发现,第1类种源为东部地区种源,苗高生
长较快,单株生物量较高,为速生性种源,包括米林
扎贡沟(ZGG)、米林雪卡(XK)、波密岗乡(GX)、林
芝结麦(JM)、林芝鲁朗(LL)和林芝德巫(DW)6个
种源。第2类为西部种源,地上部分生长速度比较
065
第4期 林 玲等:林芝云杉不同地理种源苗期性状变异
缓慢,但地下生物量高,主根较长,根冠比大,显示出
对干旱和寒冷适应性比较强的特性,包括工布江达
朱拉(ZL)、朗县西日卡(XRK)和错那勒布(LB)3个
种源。
图1 林芝云杉9个种源苗期性状聚类分析(欧氏距离)
3 结论与讨论
1)6年生林芝云杉不同地理种源苗期性状中,
苗高、地上部生物量、主根长、根生物量、单株干生物
量、根冠比均达到显著或极显著差异,表明林芝云杉
不同地理种源间存在丰富的变异,且种源的选择在
苗期是可行的。由于苗高与地径、地上部生物量、单
株干生物量间均存在极显著的正相关关系,苗高指
标可作为种源早期选择的指标。
2)林芝云杉种源苗期生长性状和生物量的变
异在经度和海拔上均表现出一定的地理变异规律,
而纬度的变异则不明显。造成不同地理种源差异的
主要原因是不同种源对各自地理气候长期适应的结
果。相比较,东部种源区气候温暖,海拔低,降水量
大,而西部种源区海拔相对较高,较为干旱和寒冷,
长期的适应性选择导致东部种源生长量明显高于西
部种源。关于东部种源和西部种源适应性的差异,
从苗期的根茎比的比较也不难发现,西部的3个种
源(工布江达朱拉ZL、朗县西日卡XRK和错那勒布
LB)的根茎比分别为0.665,0.987和0.600,而东部
的6个种源(米林扎贡沟ZGG、米林雪卡XK、波密岗
乡GX、林芝结麦JM、林芝鲁朗LL和林芝德巫 DW)
的根茎比在0.332 0.495之间,很明显,西部种源
比东部种源更具对干旱和寒冷的适应性。从这个意
义上来说,在林芝云杉的更新造林和荒山造林中,建
议在两个地理种源区最好选择各自种源区的优良种
源为好。
参考文献:
[1]郑万均,傅立国,诚静容.中国裸子植物[J].植物分类学报,
1975,13(4):56-90
[2]中国科学院青藏高原综合科学考察队.西藏植物志(第一卷)
[M].北京:科学出版社,1983:368-372
[3]中国科学院青藏高原综合科学考察队.西藏森林[M].北京:科
学出版社,1985:59-67
[4]徐凤翔.应珍视和珍惜西藏的森林资源[J].林业资源管理,1988
(1):20-21
[5]罗 建,方江平,王国严.林芝云杉群落特征的研究[J].热带亚
热带植物学报,2011,19(2):113-119
[6]贾子瑞,张守攻,王军辉.林芝云杉天然群体针叶与种实的变异
及其地理趋势[J].林业科学研究,2011,24(4):428-436
[7]王建林,陶 澜,吕振武.西藏林芝云杉林凋落物的特征研究
[J].植物生态学报,1998,22(6):566-570
[8]方江平,项文化,刘韶辉.西藏原始林芝云杉林雨季林冠降水分
配特征[J].生态学报,2010,30(14):3679-3687
[9]方江平,项文化,刘韶辉.西藏南伊沟原始林芝云杉林水文学过
程的水化学特征[J].林业科学,2010,46(9):14-19
[10]刘韶辉,项文化,方江平.西藏南伊沟原始林芝云杉林土壤水文
的物理特征[J].中南林业科技大学学报,2010,30(7):15-
18,25
[11]韩景军,肖文发,郭泉水,等.西藏林芝县林芝云杉幼林更新与
物种多样性指数研究[J].林业科学,2002,38(5):166-168
[12]肖文发,韩景军,郭志华,等.西藏林芝云杉针叶净光合速率对
环境因子的响应[J].林业科学研究,2003,16(3):299-305
[13]陈克龙,刘晓宏.喜马拉雅冷杉和林芝云杉年轮稳定碳同位素
气候意义比较[J].盐湖研究,2003,11(2):29-34
[14]贾子瑞,张守攻,王军辉.林芝云杉天然群体同工酶遗传多样性
分析[J].东北林业大学学报,2011,39(7):57-62
[15]贾子瑞,王军辉,张金凤,等.林芝云杉针叶中元素含量的群体
变异[J].林业实用技术,2008(9):4-6
[16]杜荣骞.生物统计学[M].北京:高等教育出版社,2003:161
-184
[17]薛 薇.基于SPSS的数据分析[M].北京:中国人民大学出版
社,2008
[18]叶宗裕.对主成分综合评价方法若干问题的探讨[J].浙江师范
大学学报,2006,31(6):87-90
[19]舒 枭,杨志玲,杨 旭,等.不同种源厚朴苗期性状变异及主
成分分析[J].武汉植物学研究,2010,28(5):623-630
[20]罗建勋,孙 鹏,王乐辉,等.云杉种源苗期性状变异及种源选
择初步研究[J].西南林学院学报,2006,26(4):14-18
165