王偉偉，何旭東，鄭紀偉，隋德宗，姜開朋，，王保松*

(1. 江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153； 2. 江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護與利用平臺，江蘇 南京 211153)

江蘇沿海地區(qū)灘涂總面積68.7萬hm2，約占全國灘涂總面積的1/4，且每年仍以1 267 hm2的速度淤長[1]。由于鹽堿脅迫等原因，沿海灘涂資源一直不能得到充分的利用，因此，研究具有經(jīng)濟價值的耐鹽林木良種對沿海鹽堿地的開發(fā)利用、改善海岸帶的生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。隨著煤炭、石油等不可再生能源日漸減少，世界發(fā)達國家紛紛轉(zhuǎn)向發(fā)展和利用生物質(zhì)能源[2-3]，發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)是我國緩解能源供應(yīng)壓力和解決環(huán)境問題的途徑之一[4]。

柳樹是柳屬(Salix)植物的統(tǒng)稱，其中的灌木類型具有生物量大、適應(yīng)性強、繁殖容易、根系發(fā)達等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)能源生產(chǎn)、土壤修復(fù)、水土保持等方面[5-7]，已成為世界上公認的優(yōu)質(zhì)生物能源樹種之一。瑞典國家能源委員會資助的“瑞典國家能源林計劃”(NSEFP)選取柳樹作為主要的能源林樹種；美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)從事生物能源的研究，選育出適合不同氣候和土壤條件的優(yōu)良柳樹無性系；地處寒溫帶的加拿大和北歐等國對柳樹的能源林栽培進行了研究[8]。

江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院積極響應(yīng)江蘇沿海開發(fā)的需要，從2004年起開展了柳樹耐鹽堿、高生物量新品種選育及栽培技術(shù)研究工作[9-13]。針對沿海灘涂的生境特點，選育出適合蘇北淤泥質(zhì)灘涂生長的柳樹生物能源專用新品種，對改善沿海生態(tài)環(huán)境，增加農(nóng)民收入，促進沿海清潔能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

利用簸箕柳、蒿柳、二色柳、歐洲紅皮柳、杞柳、銀柳、灰柳和毛枝柳等進行種間雜交，培育實生苗10萬株以上，選出初期生長優(yōu)良的無性系310個，并保存在鹽城市大豐區(qū)川東鎮(zhèn)海堤外輕度鹽堿地上(土壤含鹽量為0.1%—0.2%)。試驗材料是根據(jù)各無性系生物量、病蟲害危害及鹽害情況初步篩選出的51-3，50-6等性狀較優(yōu)的前20位無性系(見表1)，以通過江蘇省林木良種審定委員會認定的蘇柳1053和蘇柳2345為對照。

1.2 研究方法

在江蘇鹽城市大豐區(qū)川東鎮(zhèn)海堤外選取土壤含鹽量為0.2%—0.4%試驗地，布置田間對比試驗。按床寬 200 cm、溝深 30 cm開溝做床。將直徑約0.8 cm的1年生試驗柳樹枝條剪切成長12 cm的插條，按株距30 cm，行距100 cm，進行扦插對比試驗；參試無性系采用隨機區(qū)組設(shè)計，4次重復(fù)，10株為1小區(qū)進行對比試驗，2 a后測定各無性系保存率、鹽害指數(shù)(見表2)、含水率、生物量和低位發(fā)熱量等指標進行分析評價。以折合的年單位面積標準煤產(chǎn)量為依據(jù)，篩選較優(yōu)良的無性系進行品種穩(wěn)定性評價。

選取土壤含鹽量分別0.1%—0.2%(輕鹽)、0.2%—0.4%(中鹽)和0.4%—0.5%(重鹽)的3個試驗地，將篩選出的柳樹無性系按隨機區(qū)組設(shè)計，10株小區(qū)，4次重復(fù)，進行無性系穩(wěn)定性試驗。2 a后測定各無性系保存率、含水量和生物量等指標，依據(jù)年單位面積標準煤產(chǎn)量數(shù)據(jù)，利用改良的AMMI模型[14-15]進行穩(wěn)定性評價。

發(fā)熱量采用河南鑫科分析儀器有限公司生產(chǎn)的XKRL-3000A 微電腦全自動量熱儀(測溫范圍：5—40 ℃；溫度分辨率：0.000 1 K；精密度：≤0.1%)，按照國家標準GB5186—1985《生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測試方法》進行測定。

表1 參試無性系

序號系號雜交組合拉丁名12352簸箕柳×蒿柳S. suchowensis×S. viminalis22381簸箕柳×蒿柳S. suchowensis×S. viminalis32391二色柳×歐洲紅皮柳S. alberti×S. purpurea42406簸箕柳×蒿柳S. suchowensis×S. viminalis52521歐洲紅皮柳×歐洲紅皮柳S. purpurea×S. purpurea62575二色柳×(簸箕柳×杞柳)S. alberti×(S. suchowensis×S. integra)72577二色柳×(簸箕柳×杞柳)S. alberti×(S. suchowensis×S. integra)82579(杞柳×蒿柳)×銀柳(S. integra ×S. viminalis)×S. argyracea92678二色柳×灰柳S. alberti×S. cinerea102680二色柳×灰柳S. alberti×S. cinerea112688簸箕柳×黃花柳S. suchowensis×S. caprea122820(簸箕柳×蒿柳)×銀柳(S. suchowensis×S. viminalis)×S. argyracea1350-6簸萁柳×銀柳S. suchowensis×S. argyracea1451-3二色柳×銀柳S. alberti×S. argyracea1551-5二色柳×銀柳S. alberti×S. argyracea1652-2簸萁柳×銀柳S. suchowensis×S. argyracea17△2杞柳×鉆石柳S. integra×S. eriocephala1831-24簸箕柳×(杞柳×簸箕柳)S. suchowensis×(S. integra×S. suchowensis)1935-13二色柳×白杞柳S. alberti×S. integra20P63杞柳S. integra21蘇柳1053二色柳×毛枝柳S. alberti×S. dasyclados22蘇柳2345簸箕柳×杞柳S. suchowensis×S. integra

表2 柳樹無性系鹽害分級標準

序號級別 分級標準 分值Ki11級基本無枯梢或僅個別側(cè)枝頂端有枯梢022級側(cè)枝枯梢超過1/3,但不到1/2133級側(cè)枝枯梢超過1/2,但主干沒有枯梢244級主干枯梢不到1/4355級主干枯梢接近1/2466級主干枯梢超過1/2或植株死亡5

1.3 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析均在EXCEL 2007和DPS 16.05軟件的相關(guān)程序下完成。用保存率和鹽害指數(shù)平方根的反正弦值進行數(shù)據(jù)分析。

鹽害指數(shù):

其中，ni為達到第i個等級的植株數(shù)量，Ki為第i個等級的分值，i取1，2，…，6。

標準煤產(chǎn)量：M=ρ×c×m×Q/t

其中，ρ為栽培密度，c為保存率；m為單株生物量，Q為低位發(fā)熱量，t為標準煤熱值。

2 結(jié)果與分析

2.1 無性系選育

2.1.1 無性系保存率 22個柳樹無性系2年生保存率存在極顯著(P<0.01)差異，無性系平均保存率為64.5%，蘇柳2345保存率最高，為94.9%，2820保存率最低，為27.3%，變異系數(shù)為32.9%。22個無性系保存率的多重比較結(jié)果(見表3)表明，蘇柳2345，2678，2352，2391,蘇柳1053,51-6，2579和2521等8個無性系平均保存率超過80%，差異不顯著，但顯著高于35-13等10個無性系的保存率。

表3 柳樹無性系保存率、鹽害指數(shù)和生物量多重比較

無性系保存率/%無性系鹽害指數(shù)/%無性系生物量[t/(hm2·a)]蘇柳234594.9 Aa282086.2 Aa252139.507 Aa267892.5 ABa51-342.4 Bb50-634.577 ABab235287.3 ABab257940.6 BCb239132.057 BCb239187 ABab△240.0 BCb52-230.954 BCb蘇柳105384.9 ABabc257537.0 BCb235230.458 BCbc50-684.5 ABabc235234.4 BCDb257925.642 CDcd257984.1 ABabc238128.5 BCDbc51-325.569 CDcd252182.3 ABCabc蘇柳105320.5 BCDbcd蘇柳234522.869 DEde257772.4 ABCDbcd35-1320.3 BCDbcd蘇柳105322.801 DEde51-369.8 ABCDEbcd268820.0 BCDbcd51-521.645 DEFdef257569.8 ABCDEbcd257713.6 CDEcd35-1321.578 DEFdef52-267.3 BCDEcde268010.7 DEFde238121.151 DEFdef35-1359.8 CDEFdef239110.0 EFde267819.070 DEFGefg238157.2 DEFGdefg52-210.0 EFde△217.510 EFGHfghP6352.2 DEFGHefghP632.6 EFGef257717.353 EFGHfgh31-2449.8 EFGHIfghi51-51.3 EFGfP6316.102 FGHIghi268844.8 FGHIfghij50-60.9 FGf31-2415.358 FGHIghi268042.4 FGHIJghij24060.5 FGf240613.510 GHIJhij△239.7 GHIJhij31-240.1 Gf268013.217G HIJhij240637.4 HIJijk26780.0 Gf257512.300 HIJij51-532.4 IJjk25210.0 Gf282010.1301 IJj282027.3 Jk蘇柳23450.0 Gf26888.707 Jj

數(shù)據(jù)后不同大、小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和差異顯著(P<0.05)

2.1.2 無性系的鹽害指數(shù) 在中度含鹽立地，22個無性系鹽害指數(shù)存在極顯著(P<0.01)差異，無性系平均鹽害指數(shù)為19.1%，其中2820鹽害指數(shù)最高，為86.2%，蘇柳2345，2521和2678等3個無性系最低，為0，變異系數(shù)為111.9%。22個無性系鹽害指數(shù)多重比較結(jié)果(見表3)表明，2820最嚴重，與其余無性系差異達到極顯著水平(P<0.01)；2688等鹽害指數(shù)超過20.0%的9個無性系間差異未達到顯著水平；蘇柳2345，2521，2678，31-24，2406，51-6，51-5，P63等8個無性系間差異不顯著，鹽害指數(shù)介于0—2.6%之間，與其余無性系差異達到顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)水平。

2.1.3 無性系生物量 按每公頃33 333 株(株距30 cm，行距100 cm)，根據(jù)各無性系鮮質(zhì)量、含水量及保存率計算單位面積年均生物量。22個無性系的生物量存在極顯著(P<0.01)差異，無性系平均生物量為21.457 t/(hm2·a)，變異系數(shù)為38.5%。2521生物量最高為39.507 t/(hm2·a)，是平均值的1.8倍，2688最低，為8.707 t/(hm2·a)。22個柳樹無性系生物量多重比較結(jié)果(見表3)表明，2521與除50-6外的所有無性系的差異達到極顯著(P<0.01)水平；其次為2391，52-2，2352和51-3等4個無性系，平均生物量介于25.569—32.057 t/(hm2·a)，與2678，△2，2577，P63，31-24，2406，2680，2575，2820和2688等平均生物量低于20 t/(hm2·a)的10個無性系差異達到顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)水平。

表4 柳樹無性系低位發(fā)熱量和折算成標準煤年產(chǎn)量

無性系低位發(fā)熱量/( J/g )無性系標準煤[t/(hm2·a)]51-514 641 Aa252117.388 Aa35-1314 599 Aab50-617.082 Aa50-614 479 ABabc239115.724 Bb267814 471 ABabc52-214.833 Cc282014 425 ABabc235213.074 Dd268014 411 ABabc51-312.226 Ee268814 397 ABabc257912.119 EeP6314 395 ABabc蘇柳234511.052 Ff239114 376 ABabc蘇柳105311.022 Ff257714 331 ABabcd51-510.813 Ff257514 326 ABabcd35-1310.749 FGf238114 244 ABabcd238110.28 Gg蘇柳105314 167 ABabcd26789.416 Hh蘇柳234514 163 ABabcd25778.485 Ii240614 155 ABabcd△28.434 Ii△214 117 ABbcdP637.909 Jj31-2414 052 ABcd31-247.364 Kk52-214 044 ABcd24066.525 Ll51-314 014 ABcd26806.499 Ll257913 852 Bd25756.012 Mm252112 899 Ce28204.987 Nn235212 580 Ce26884.277 Oo

數(shù)據(jù)后不同大、小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和差異顯著(P<0.05)；標準煤低位發(fā)熱量按29 307.6 kJ/kg計算

2.1.4 無性系低位發(fā)熱量 對22個無性系低位發(fā)熱量間存在極顯著(P<0.01)差異，22個無性系平均值為14 143 J/g，變異系數(shù)為3.5%。多重比較結(jié)果(見表4)表明，51-5等15個柳樹無性系間差異未達顯著(P<0.05)水平，2352和2521低位發(fā)熱量最低，且與其他20個無性系的差異達到極顯著(P<0.01)水平。

2.1.5 無性系綜合評價 根據(jù)22個無性系2年生枝條低位發(fā)熱量和生物量折算成標準煤的年產(chǎn)量(見表4)進行綜合評價。2521、50-6、2391、52-2、2352、51-3、2579、蘇柳2345、蘇柳1053、51-5、35-13和2381等12個無性系每公頃年產(chǎn)低位發(fā)熱量折算成標準煤超過10 t，且與其他無性系間差異達到極顯著(P<0.01)水平。其中2521和50-6單位面積低位發(fā)熱量最高，折算成標準煤分別為17.388 t/(hm2·a)和17.082 t/(hm2·a)，且與其他無性系間達到極顯著(P<0.01)水平。因此選取2521、50-6、2391、52-2、2352、51-3、2579、蘇柳2345、蘇柳1053、51-5、35-13和2381等12個耐鹽高生物量柳樹無性系進行穩(wěn)定性測試。

2.2 無性系穩(wěn)定性評價

表5為柳樹無性系標準煤產(chǎn)量AMMI分析表。從表5可以看出，基因型、環(huán)境及交互作用方差均達到1%顯著水平，基因型、環(huán)境及交互作用平方和分別占處理平方和的26.3%，25.5%和48.2%，對產(chǎn)量變異影響最大的是基因與環(huán)境的交互作用，基因型和環(huán)境因素對產(chǎn)量變異影響相近。PCA1和PAC2的平方和占交互作用平方和的100%，整個互作的變異集中在前2個PAC軸上。

表5 柳樹無性系標準煤產(chǎn)量AMMI分析

變異來源dfSSMSFProb.總的1437 345.68351.368處理356 913.979197.54249.4190.000基因111 819.940165.44941.3910.000環(huán)境21760.498880.249220.2130.000交互作用223 333.541151.52537.9070.000PCA1123 161.561263.46365.9110.000PCA210171.98017.1984.3020.000殘差00.0000.000誤差108431.7043.997

圖1給出了IPC1和IPC2雙標圖。圖1中越接近坐標原點的無性系越穩(wěn)定，無性系在地點與原點連線上的垂直投影到原點的距離表示該無性系與這個地點交互作用的大小，連線越長交互作用越大，反之越小，如果垂直投影落在連線的反向延長線上則表示交互作用為負向。根據(jù)圖1，無性系2521和蘇柳1053較為穩(wěn)定，尤其是無性系2521在3個地點均表現(xiàn)出生長優(yōu)勢。51-3，51-5和2381在輕度含鹽立地有較強的正向交互作用，而在中度和重度含鹽立地有負向交互作用；35-13在重度含鹽立地有最強的正向交互作用，而在輕度含鹽立地為負向交互作用；2391，50-6，2352和52-2在中度含鹽立地有正向交互作用。

圖1 基因型AMMI雙標圖

表6列出了12個柳樹無性系在3個栽培地點標準煤產(chǎn)量平均值、離差和穩(wěn)定性參數(shù)。12個無性系標準煤產(chǎn)量均值為12.817 t/(hm2·a)，大小排序為51-3>51-5>2521>2381>50-6>蘇柳1053>52-2>2391>2579>35-13>2352>蘇柳2345，其中51-3，51-5，2521和2381等4個無性系產(chǎn)量大于均值；12個無性系在3個地點的穩(wěn)定性參數(shù)Dg為0.188—3.360，穩(wěn)定性順序為2521>蘇柳1053>2579>52-2>2352>35-13>2391>50-6>蘇柳2345>2381>51-5>51-3。

表6 無性系穩(wěn)定性參數(shù)

表7 地點對品種的鑒別力

地點產(chǎn)量平均離差PCA1PCA2Dj輕鹽16.9864.1684.304-0.2244.192中鹽13.0370.219-2.553-1.6882.516重鹽8.429-4.388-1.7511.9121.760

表7列出了12個柳樹無性系的標準煤產(chǎn)量平均值在3個栽培地點的鑒別力值。Dj值越大鑒別力越強，輕鹽立地的品種鑒別力最強，其次為中鹽立地，重鹽立地最弱。

3 結(jié)論與討論

柳樹是溫帶最速生的樹種之一，具有適應(yīng)性強、萌生能力強、易于更新、熱值高等特點，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。針對特定的立地條件選育速生柳樹優(yōu)良品種是推進柳樹生物能源林建設(shè)的重要手段。瑞典柳樹人工林的干生物量平均值為10—12 t/(hm2·a)，最高可達30 t/(hm2·a)[16-17]。美國柳樹無性系SV1生物產(chǎn)量達23.8 t/(hm2·a)[18]。加拿大柳樹無性系SX64與SX61生物量分別為67.58 t/(hm2·a)和62.34 t/(hm2·a)[19]。李洪[8]認為杞柳的生物量最大為11.27 t/(hm2·a) 。本研究共選育12個優(yōu)良無性系，其中無性系51-3,51-5和2381在輕度鹽堿地上(土壤含鹽量0.1%—0.2%)單位面積平均生物量為51.194—80.561 t/(hm2·a)；無性系2521和50-6在中度鹽堿地上(土壤含鹽量0.2%—0.4%)單位面積平均生物量分別為39.507 t/(hm2·a)和34.577 t/(hm2·a)；無性系2521和51-5在重度鹽堿地上(土壤含鹽量0.4%—0.5%)，單位面積平均生物量分別為32.254 t/(hm2·a)和25.886 t/(hm2·a)。無性系51-3在輕鹽立地上生物量約為瑞典柳樹能源林最高產(chǎn)量的2.6倍，約為美國能源林柳樹無性系SV1生物量的3.4倍；約為加拿大SX64與SX61 2個柳樹無性系的生物量的1.2倍和1.3倍；約為杞柳的7.1倍。選育出適合在江蘇沿海鹽堿地生長的柳樹能源林無性系，有利于改善沿海生態(tài)環(huán)境，提高土地利用率，促進清潔能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

造林密度的大小主要取決于無性系自身的特點，同時和土壤條件及經(jīng)營強度密切相關(guān)，適宜的密度能提高能源林的生產(chǎn)力。同時造林密度還與收獲期緊密相關(guān)，造林密度改變，其采伐期也會隨之改變[20]。通常來講，國際上柳樹能源林的栽植一般采用寬窄行，密度為15 000—20 000 株/hm2，輪伐期為3—5 a[21-22]。李洪[8]研究發(fā)現(xiàn)輪伐期為2 a、密度15 000 株/hm2時，柳樹的年均單位面積生物量為最大。本研究柳樹株距30 cm，行距100 cm，密度為33 333 株/hm2，采伐時間為2 a，與國外研究相比，本研究栽植密度較高，且輪伐期相對較短。有的無性系(如無性系51-5)保存率低，但并未影響最終產(chǎn)量，可能是因密度降低，有利于保存株的生長，單株產(chǎn)量的增加彌補了數(shù)量上的不足。這種情況是否與初植密度過大有關(guān)，降低初植密度是否能提高保存率和單位面積產(chǎn)量有待于進一步研究。另外，有些無性系開始出現(xiàn)較嚴重的潰瘍病(如無性系2820)，如果延長輪伐期是否會影響第3年的產(chǎn)量也需進一步研究。

熱值是植物能量水平的一種度量，可反映植物對太陽輻射能的利用狀況，也反映了植物組織對生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性[23-25]。1934年向日葵不同部位葉片熱值被首次測定[26]，此后開始了眾多熱值方面的研究。本研究采用春季萌發(fā)前的枝條測定低位發(fā)熱量，無性系間存在顯著差異。選取的22個無性系中低位發(fā)熱量為12 580—14 641 J/g，無性系2521和2352低位發(fā)熱量最低，與其他無性系間存在極顯著差異(P<0.01)，這種差異的出現(xiàn)是否和無性系組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，究竟是那些因素造成的，能否穩(wěn)定遺傳等均有待于進一步研究，為選育低位發(fā)熱量高且生物量大柳樹品種提供依據(jù)。張英楠等[27]研究發(fā)現(xiàn)，5年生喬木柳無性系A(chǔ)AUSC全株熱值最高，為3.168×108kJ/(hm2·a)。李洪[8]研究發(fā)現(xiàn)，3 個喬木柳(蘇柳795、蘇柳799和蘇柳172)和 1 個灌木柳(杞柳)干質(zhì)量熱值為 2 年生大于 1 年生。本研究選育的12個無性系2年生熱值平均為3.819×108kJ/(hm2·a)，超過AAUSC熱值的20.5%，但現(xiàn)在僅有2年生春季萌發(fā)前枝條熱值數(shù)據(jù)，下一步應(yīng)開展優(yōu)良無性系不同輪伐期熱值的研究。

品種穩(wěn)定性是評價品種推廣價值的一個重要參考指標[14]，由于基因與環(huán)境的互作，大多數(shù)作物在不同地區(qū)種植的表型值常常不一致，有時還有顯著的差異。因而，分析基因型與環(huán)境互作的大小，找到一種既適合種植又能獲得穩(wěn)定高產(chǎn)的品種，一種有效的評價品種穩(wěn)定性的方法和模型就顯得格外重要[28]。Kemption[29]第1次將這AMMI模型應(yīng)用于小麥區(qū)域試驗資料的分析，現(xiàn)在AMMI模型已廣泛應(yīng)用于水稻等作物品種區(qū)域試驗中基因型與環(huán)境互作產(chǎn)量特征分析中[30-37]。本研究如用線性回歸模型只能解釋基因型與環(huán)境互作平方和的85.882%，而AMMI模型交互作用主成分PCA1和PCA2解釋了基因型與環(huán)境交互作用平方和的100%，故采用改良的AMMI模型進行穩(wěn)定性分析結(jié)果較為可靠。品種穩(wěn)定性高表明在各種立地上表現(xiàn)較一致，但穩(wěn)定性弱的品種可能在特定立地表現(xiàn)優(yōu)良，如無性系51-3在輕度鹽堿地上生長迅速，而與中鹽和重鹽立地有較強的負向交互作用，這也是本項研究擴大穩(wěn)定系參試無性系的意義所在。

本研究采用年單位面積標準煤產(chǎn)量進行穩(wěn)定性評價，這一指標綜合了保存率、生物量、含水率、低位發(fā)熱量等指標，是最終產(chǎn)品，與利用多項指標進行綜合評價相比更加簡潔，有更加實際的應(yīng)用價值。