试验地位于江西省分宜县大岗山林场，该地区属亚热带湿润气候区，立地指数14~16，坡度约为30°，年均气温15.8℃，年均日照时间1 656.9 h，年均降水量1 590.9 mm，其中，4—6月降雨量占全年的45%，年蒸发量为1 503 mm，无霜期252 d。本区属地带性低山丘陵红壤、黄壤类型及其亚类的分布区，黄壤分布最广，分布海拔为300~700 m，红壤多分布于海拔200 m以下的低山丘陵。前茬是天然次生阔叶林。

试验材料选自全国13个省区，按经纬度以“网格法”布点，收集183个产地的种源。各种源均为1年生实生苗，1980年育苗，1981年造林，采用平衡不完全区组设计，183个区组，14个重复，每区组14个小区，每小区4株，2 m×2 m株行距。以江西分宜当地种源作为对照。该种源试验林在1994年进行了1次间伐，间伐强度为50%，每个小区能保存1~2株林木。

对试验林长期的调查观测，部分种源缺失严重，最后收集了169个产地的种源，信息见表 1。

造林后在1984年(5年生)、1989年(10年生)和2010年(31年生)分别对试验林每木胸径及树高进行调查。

取每重复每个种源各单株测定指标的平均值进行统计。对另14个重复中的少量缺失数据按$\left(\overline{x}_{i}+\right.\overline{x}_{j}) / 2$计算出近似值并进行逐个校正^[12]。$\overline{x}_{i}$及$\overline{x}_{j}$分别表示同一种源14个重复测量指标的平均值和同一重复内所有种源测量指标的平均值。方差分析线性模型为:

式中：μ为平均值；α_i为种源效应；β_j为重复效应；e_ij为随机误差。

趋势面分析是采用多元回归的方法建立某一性状与地理因子的曲面方差。若试验有n个种源，测定各种源均值记为Z_i，当x与y的最高系数为2时，公式如下：

式中:a₁~a₆为回归系数，x为经度，y表示纬度，ε_i为随机误差。

单株材积：

遗传力：$H^{2}=M G \cdot(M G+M E)^{-1}$

式中：MG为遗传方差，ME为环境方差。

变异系数：CV=S·X^-1

式中：S为标准差，X为平均值。

标准差：$S=\left[\sum(x-\overline{x})^{2} \cdot(n-1)^{-1}\right]^{-1 / 2}$

pearson相关系数：$R=\sum_{i=1}^{n}\left(X_{i}-\overline{X}\right)\left(Y_{i}-\right.\overline{Y}) / \sqrt{\sum_{i=1}^{n}\left(X_{i}-\overline{X}\right)^{2}} \sqrt{\sum_{i=1}^{n}\left(Y_{i}-\overline{Y}\right)^{2}}$；

spearman秩相关系数：$\rho_{s}=1-6 \sum d_{i}^{2} / n\left(n^{2}-\right.1)$，d_i为X_i与Y_i的秩次之差；

遗传增益：$\Delta G=S / \overline{X_{\mathrm{ck}}} \times H^{2}$，S为选择差，$\overline{X_{\mathrm{ck}}}$为江西种源的平均数。

数据统计分析利用EXCEL2011和SPSS22.0软件，采用Surfer 11.0软件进行趋势面作图。

来自全国169个杉木种源方差分析结果(表 2)表明，169个杉木种源在5、10、31年生时各生长性状均具有极显著水平的差异，说明在不同生长阶段，169个杉木种源生长差异较大，这为杉木种源的选择和早期评价提供了可能。

树高、胸径为杉木生长的主要调查性状，为能更清晰的描述其地理变异趋势，对杉木的胸径、树高与种源的地理位置作二元二次趋势面分析，其回归方程见表 3，方程的显著性达到了极显著水平。由趋势面图可知：胸径(图 1)、树高(图 2)的变异模式均为双向渐变。就胸径而言，随着纬度的增加，种源胸径先增加后减小，变幅较大，即中部种源生长优于南北部种源；在经度方向上，胸径先减小后增大，变幅较小，东西部种源生长变化不明显。总体而言，胸径随经纬度的变化呈现“骆驼峰”趋势，即在分布区内，西南和东南部种源生长较好。树高与胸径有着同样的变化规律。由表 4可知：树高、胸径与纬度具有极显著的负相关，与经度的相关不显著，与趋势面分析一致。

图  1  胸径与经纬度趋势面图

Figure 1.  Diagram of two powers contour-trend surface of DBH

图  2  树高与经纬度趋势面图

Figure 2.  Diagram of two powers contour-trend surface of Height

由表 5可知：在不同生长阶段，杉木种源各性状的遗传变异不尽相同，其中，单株材积的变异系数最大，远远大于树高和胸径的变异程度，各变异系数为材积>胸径>树高。在遗传力方面，各生长性状的遗传力很高，树高为0.750~0.831，胸径为0.814~0.850，材积为0.808~0.875，说明杉木种源各性状受到较高水平的遗传控制。在不同林龄，树高的遗传力呈上升趋势，而胸径和材积的遗传力较稳定，表明树高较胸径和材积更容易受外界环境影响。

早期选择的可行性与性状年-年相关系数关系密切^[13]。对169个种源的胸径、树高和材积在不同林龄的生长状况和秩次分别进行了相关分析，结果(表 6)表明：胸径、树高和材积在各林龄间的秩次表型相关系数分别为0.442~0.884、0.426~0.859、0.451~0.897，表型相关系数分别为0.476~0.880、0.458~0.880、0.503~0.889，各性状在5、10、31年生各林龄间的表型相关和秩次相关均达到极显著的正相关，说明杉木地理种源进行早期选择具有较高的可靠性。

对参试169个种源5、10、31年生的胸径、树高和材积分5类进行聚类分析，选出其中快速生长型，较快速生长型和中速生长型的种源，结果见表 7。从表 7可以看出：在各个林龄阶段，试验林生长很好的种源仅占一小部分，5年生11个，10年生18个，31年生7个，而且各林龄入选种源都不一样，进一步说明了开展种源试验和早期选择的必要性；同时5年生快速生长型的大部分种源在10年生依然生长很好，而到31年生仅34号种源和44号种源保持其生长状况，表明在杉木生长的较早期，由遗传控制发育的潜力未充分发挥出来，此时选择存在很大的弊端。

对种源的选择，早期入选而后期未入选的为错选，反之则为漏选。通过聚类分析，选出各林龄生长最好和生长最差的种源，从表 8中可以清楚的看出：在各林龄生长较好的种源均来源于南岭山地种源区，其中，生长最好的是福建崇安、顺昌、尤溪等福建北部种源，生长较差的大部分来源于湘鄂赣浙山地丘陵种源区、黄山天目山种源区和贵州山原种源区，说明南岭山地种源区的杉木更适宜在江西引种栽植，而湘鄂赣浙山地丘陵、黄山天目山和贵州山原这3个种源区的杉木种源在江西生长潜力较低。

依林木的生长节律，杉木在31年生时，其性状的生长已经充分发挥出来。以31年生时所选优良种源为标准，对种源各林龄选择的选对率、错选率和漏选率进行统计分析，结果见表 9。对比10年生与5年生的选择情况，10年生选对率提高了15.15%，错选率和漏选率分别降低了15.15%和57.14%，其漏选率仅为14.29%，包含决选86%的种源，说明10年生选择的种源已经包含大部分决选种源，此时选择有一定的可靠性。

对31年生优良种源的生长状况进行分析，从表 10中可以看出：29个生长较好杉木种源的平均胸径为26.94 cm，树高为16.58 m，材积为0.40 m³，与当地种源(江西分宜)相比，这些种源的平均胸径增加了22.96%，树高增加15.46%，材积增加了64.67%，可见这些种源在试验地生长非常好，其中，福建崇安、顺昌、尤溪等福建北部的7个种源生长最好，其胸径、树高和单株材积的遗传增益分别为23.21%~31.45%、15.60%~20.19%、59.94%~89.97%，说明这些种源具有较高的遗传增益。

杉木自然分布范围广泛，地理种源变异很大，优良种源选择效果好、增益大。对来自全国169个杉木种源在不同林龄试验林的生长性状研究发现，不同种源间胸径、树高和材积的生长均存在极显著的差异，其中, 31年生时生长最快种源的胸径、树高和材积的年均生长量分别达到0.98 cm，0.58 m，0.017 1 m³，生长最慢种源主要性状的年均生长量分别为0.56 cm，0.39 m，0.004 7 m³，二者分别相差75.86%、48.55%、263.76%，说明杉木种源存在良好的选择潜力，这与以前有关杉木种源试验的研究结果基本一致^[14-16]。通过对种源性状与地理因子趋势面分析，发现在分布区内，西南和东南部种源生长较好，且生长性状与纬度有极显著的相关，与经度相关性不明显，陈伯望等^[17]对杉木种源生长的地理变异的研究也有类似的结果。对杉木种源生长状况遗传参数估算的研究表明，参试杉木种源各性状的遗传力达到较高水平，均在0.75~0.875之间，说明杉木各性状受到较高水平的遗传控制；同时在主要性状中，单株材积的变异系数远远大于胸径和树高的变异，这无疑再一次证明了杉木种源选择的潜力。

由于林木育种周期长的特殊性，良种选育困难，为缩短育种周期，提高遗传改良的效率，对林木进行早期选择是十分必要的^[18]。卢国美等^[19]认为，油松早期选择的年龄是15年；王章荣等^[20]认为，马尾松早期选择的可靠年龄为10年。就杉木而言，本文追踪测定参试材料，开展胸径、树高、材积在5、10、31年生生长量的早晚相关分析，结果表明3个性状在各林龄生长量和秩次相关系数都达到了极显著的正相关，但随着林龄的增大，相关程度有下降的趋势。另外，不同地理种源其速生期不同，有的种源早期生长慢，后期生长快，而另一些种源早期生长快，后期生长慢，还有一些种源属于持续生长型，致使在不同林龄选择出的优良种源会有一定的差异，因此，过早的进行选择可能会造成一些优良种源的漏选和劣质种源的误选。综合早晚相关和种源的生长类型分析，杉木种源的早期选择应在10年左右，本研究在10年生选择时，其选择强度为10.65%，当在31年生时选择，选择强度为4.14%，说明在早期选择时，要降低其选择强度，否则可能导致种源的漏选和误选，可对早期入选的种源进行第2次选择，增加优良种源的选对率。对于早期选择的方法有很多衍生，陈伯望等^[21]在对油松的早期选择中，引入了未来精制模型(FNW)，用来预测在选择前后的未来增益；Bridgwater等^[22]在火炬松家系选择中利用生长模拟的方法，在温室里满足其生长发育的条件，使其很快就能充分展现成熟期的特征，从而达到早期选择的目的；赵承开^[23]在杉木无性系的早期选择中，利用“双指标”选择，认为“双指标”选择比用“单指标”选择更可靠。但随着新技术的发展，分子标记辅助育种渐渐成为研究的重点，在今后的研究中，使用常规育种手段和分子辅助育种相结合的方法，开拓出一条精度高，可靠性强的早期选择方法，为杉木遗传改良奠定基础。

从169个种源中选择出29个生长较快的种源，大部分种源都来自福建省，还包含贵州、广西和湖南等地的种源，贵州省生长较好的种源有黎平、榕江和剑河，广西省有融水和三江，湖南省有会同和芷江。这29个种源与江西当地种源相比，其胸径、树高、材积的遗传增益分别为9.46%~31.45%、7.07%~20.19%、20.05%~89.97%，其中，生长最好的是福建崇安、顺昌、尤溪等福建北部的7个种源，胸径、树高和单株材积的遗传增益分别达到23.21%~31.45%、15.60%~20.19%，59.94%~89.97%，材积生长潜力巨大，这7个优良种源均来源于南岭山地种源区，属于优良种源区。另外，研究还发现安徽宁国、浙江安吉和湖北建始等种源生长最差，这些种源大多来源于中亚热带北部，北亚热带东部和中部，与洪菊生等^[11]研究结果一致。

通过对169个杉木地理种源的跟踪观测，发现杉木种源间生长差异极显著，胸径和树高生长地理变异模式均为双向渐变，在分布区内，西南和东南部种源生长较好；对杉木种源早期选择的研究表明，在10年生左右选择效果最佳，其选对率较高，错选率和漏选率最低，包含决选86%的种源；从31年生杉木成熟林中选择出的29个优良种源较当地种源有较大增幅，适宜在江西省及周边地区推广。