马尾松种源长期生产力形成及对水热因子的响应

Pinus massoniana is an important material and ecological tree species in the south of China. The formation process of long-term productivity on Pinus Massoniana provenance and the mechanism of response to climate change are not in-depth understanding. Current Pinus massoniana breeding and deployment in China is based largely on the plantation inventory zones rather than on biological patterns of genotype by environment interaction (G×E), and consequently cannot deliver optimal genetic gains across the whole plantation estate. This application project will study the long-term productivity formation and response to climate change by provenance experimental forest and introduction of excellent provenance plantation in the period of rotationage. We will use stable carbon isotope technique to reveal long-term water use efficiency of different provenances, and to verify provenance differences on radial growth, water use efficiency, genotype, the environment interaction effect and geographic variation pattern of Pinus massoniana. We will confirm the relationship between the rings diameter growth and climate, the growth process of advantage provenance, and analysis the formation process on provenance biomass accumulation and its distribution influence on provenance productivity. All these analyses will reveal accumulation model on excellent provenance biomass and allometric growth relationship on distribution of elements, and expound the formation mechanism of height increment and faster growth rate on advantage provenances of Pinus Massoniana. The results will finally provide important science theoretical foundation for genetic improvement of high quality and high yield of Pinus Massoniana.

马尾松为我国南方重要的用材及生态树种，对马尾松种源长期生产力的形成进程及其对水热因子的响应机制了解不深入，未能从遗传变异模式、基因型与环境互作效应角度解析种源生长进程及对重要气候因子的响应。本申请项目利用达轮伐期的马尾松种源试验林与优良种源人工林，系统研究马尾松长期生产力形成及对水热因子变化的反应，利用稳定碳同位素技术揭示不同种源的长期水分利用效率，探明马尾松径向生长及水分利用效率的种源差异、基因型与环境互作效应及地理变异模式，明确马尾松种源生产力形成过程及与气候因子的关系；明确优势种源生长进程，解析快、慢种源生物量累积形成过程及其分布对种源生产力的影响，揭示优良种源生物量累积模式及分配的异速生长关系，阐明马尾松优势种源高生长量及较快生长速率的形成机制，为优质高产马尾松的遗传改良提供重要科学理论依据。

林木是国家的重要战略资源，鉴于马尾松在木材战略资源的重要性，掌握其种源水平长期生长过程中的时空变异模式，为解析林木种群生长及材性变异趋势、筛选高水分利用效率种源具有重要意义。通过项目的实施，1）揭示了马尾松年轮稳定碳同位素13C在种源间差异极显著，呈纬向的地理变异模式，高纬度种源的平均年轮13C高于低纬度种源，探明种源原产地干燥指数是年轮稳定碳同位素适应性的重要环境限制因子。2）探明马尾松稳定碳同位素的年际变化与生长环境关系密切，太子山点和淳安点的年轮13C分别对7月和8月的气温响应敏感，夏季降水量是年轮稳定碳同位素分馏的主要限制因子，而不同种源对未来气候变化的响应敏感性不同。3）揭示马尾松年轮13C与生长轮宽度、早材宽度和茎累积生长量呈显著的负相关，植株生长量大小影响了固碳过程中碳同位素的羧化分馏。4）年轮宽度、年轮密度在种源间差异显著，表明通过种源的选择对提高马尾松的木材密度及适应性有一定的促进作用。探明在纬向梯度上马尾松年轮宽度已形成了对种源原地环境的适应性，种源地年均温和1月低温是预测年轮宽度的重要环境变量。由北部和西部育种区向东部和南部育种区过渡，其对气候因子的响应由以温度为主转变为以降水为主。5）揭示气候因子对木材密度特性的影响是直接的，木材密度特征受低温的影响较小，最大晚材密度对夏末秋初平均最高温度显著正相关。当北方种源向南方栽植时，极端气候的出现可能造成早材的生长季延长，木材的密度及适应性较弱，分布区的西部种源向中部和东部引种时，木材的密度及适应性不会减弱。6）揭示出引种的广东种源生长性状及树干生物量均表现出快速增长的特点，数量成熟年龄较湖北种源提前，栽植快速成长的种源将增加人工林生物量。该结果为解析马尾松种源长期生长力形成过程及其所受环境影响因子和实现马尾松良种选育提供依据。