經濟林學科方向預測及其技術路線圖

譚曉風，李新崗，李建安，曹福亮，3

（1.中南林業科技大學 經濟林培育與保護教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004；2.西北農林科技大學 林學院，陜西 楊凌 712100；3.南京林業大學 南方現代林業協同創新中心，江蘇 南京 210037）

經濟林學科（Non-wood forest discipline）是我國于1958年創立的林學二級學科，現在已得到國際社會和學術界的普遍認可。由于經濟林產業的快速穩定發展，特別是在精準扶貧和鄉村振興中發揮的重要作用，經濟林學科越來越顯示其強大的生命力，已經成為林學一級學科的重要組成部分，成為林業產業的重點發展對象，經濟林科學技術的顯示度也越來越大。本文旨在對經濟林學科的發展趨勢、重點發展領域、重大技術、重點任務和未來發展路線圖進行科學分析和中長期預測。

1 經濟林與經濟林學科

經濟林（Non-wood forest）是指以生產果品、食用油料、飲料、調料、工業原料和藥材等為主要目的的林木。經濟林產品（Non-wood forest products, NWFPs）是指除用作木材以外樹木的果實、種子、花、葉、皮、根、樹脂、樹液等直接產品或是經加工制成的油脂、食品、能源、藥品、香料、飲料、調料、化工產品等間接產品，也稱之為非木材（質）林產品。經濟林是我國五大林種之一，也是五大林種中經濟效益、生態效益和社會效益兼顧最好的林種。經濟林產業是我國林業產業中的第一大產業，在我國精準扶貧和鄉村振興中發揮著無法替代的重要作用。經濟林產業和學科建設是我國發達的林業產業體系、完備的林業生態體系和繁榮的森林文化體系的重要內容，是保障國家糧油安全的重要內容。根據經濟林直接產品或間接產品的主要化學成分與主要經濟用途，經濟林樹種資源主要劃為八大類：木本食用油料類（Woody oil-bearing for eating）、木本糧食與果品類（Woody food and fruits）、木本藥材類（Woody medicinal materials）、木本調料與香料類（Woody condiment and perfume）、木本飲料類（Woody drinks）、木本蔬菜類（Woody vegetables）、木本工業原料類（Woody industry raw materials）和其他經濟林資源類。

經濟林學科是在總結經濟林產業技術和科學試驗研究成果，吸收現代生命科學、園藝學等學科的科學理論成就以及技術成果的基礎上，經系統歸納整理形成的林學重要的分支學科，是一門綜合性強的應用學科。經濟林學科由理論科學體系和技術科學體系組成。經濟林學科的理論科學體系包括經濟林樹種的遺傳學、生理學、生態學等科學內容，用來指導經濟林生產中合理地利用環境資源和生物資源；經濟林學科的應用技術科學體系,包括林業技術、生物技術和工程技術三個方面。這一技術科學體系具體地應用在經濟林樹種的資源類別與利用途徑、良種選育、良種繁殖、優質豐產栽培、科學經營、產品加工、產品品質檢驗檢測、商品流通等各個生產環節，支撐著經濟林科技進步和產業發展。經濟林學科領域覆蓋經濟林全產業鏈，設置有經濟林資源、經濟林育種、經濟林栽培、經濟林產品加工利用等4個學科方向。其科學體系應用在經濟林樹種的資源開發、遺傳改良、良種繁殖、高效栽培、科學經營、產品貯藏加工、綜合利用、產品銷售等環節，支撐著經濟林科技進步和產業發展。

2 經濟林學科科學研究現狀

2.1 經濟林樹種基礎生物學研究

進入21世紀以來，隨著組學技術的快速發展，國內外相繼開展了20多個經濟林樹種的核基因組、葉綠體基因組和線粒體組的測序研究，以及蛋白組、轉錄組、代謝組等的相關研究。國內核基因組測序包括油桐Vernicia fordii、棗Ziziphus jujuba、山核桃Carya cathayensis、銀杏Ginkgo biloba、杜仲Eucommia ulmoides、茶Camellia sinensis、桑Morus alba、獼猴桃Actinidia chinensis、沙棘Hippophae rhamnoides、橡膠樹Hevea brasiliensis、麻風樹Jatropha curcas、甜橙Citrus sinensis、柑橘Citrus reticulate、梨Pyrusspp.等，國外有核桃Juglans regia、番木瓜Carica papaya、咖啡Coffeaspp.、可可Theobroma cacao、白蠟樹Fraxinus chinensis、油棕Elaeis guineensis等。通過基因組測序分析，注釋了大量的功能基因。在多組學技術分析基礎上，研究解析了經濟林樹種群體演化、甲基化與種群演化；馴化和演化歷史、物種起源；糖酸風味馴化與品質形成、風味遺傳基礎、果實Vc 代謝和糖代謝；自交不親和特性與石細胞代謝、非結構多酚合成、色澤的基因調控；油脂合成通路基因家族擴張、種子貯油機理、（油茶）種子角鯊烯代謝、脂肪酸生物合成；杜仲膠生物合成及抗逆機理、乙烯刺激產膠機理、橡膠合成基因擴張以及病蟲防御等重要性狀或代謝，發現很多重要馴化演化過程、品質形成與重要物質代謝機制，等等。這些研究成果顯著提升了經濟林樹種的研究水平，為經濟林樹種的分子遺傳學和分子育種研究奠定了良好的基礎。

2.2 經濟林種質創新研究

種質創新核心是種質改良和經濟林科技創新的重要內容。經過兩代人的持續工作，基本上摸清了我國主要經濟林樹種的遺傳資源；建立了油茶Camellia oleifera、油桐、板栗Castanea mollissima、棗、柿Diospyros kaki、核桃、烏桕Sapium sebiferum等一些重要經濟林樹種的國家級種質資源圃54 個，國家重點經濟林良種基地40 多處；在種質資源收集保存與種質資源庫建設基礎上，開展了遺傳多樣性評價和性狀研究，初步開發了一批分子標記，正在著手對大量經濟林樹種種質資源進行系統評價工作；開展了部分經濟林樹種的雜交、自交試驗，創制了一批新的種質資源；編寫了《中國油茶品種志》等一批經濟林樹種的種質資源專著；為經濟林樹種的遺傳改良及相關基礎遺傳學研究提供了材料。

經濟林種質創新已經轉向以優質、豐產、高抗、適應輕簡化栽培的育種目標，以無性系育種為重點。傳統的選擇育種、雜交育種和引種馴化繼續加強，倍性育種、細胞育種、分子育種等新技術已成為重要創新手段，大批種質資源，包括新物種、新品種、新株系、新基因，被發掘、選育或引進。目前，我國選育了大批的主要經濟林樹種優良無性系及家系。據不完全統計，我國各地通過審（認）定的經濟林良種超過1 000 個，其中國審300 多個。

利用分子生物學手段開展經濟林樹種的遺傳多樣性、品種的分子鑒別、遺傳圖譜構建、重要基因分離克隆等基礎研究工作，為我國進一步開展分子育種和科學經營提供了科學依據和基因材料。自交不親和特性與機理的研究，為經濟林樹種品種配置和雜交育種提供了科學依據。在細胞水平的研究方面，已經在油茶、油桐、核桃、麻瘋樹等樹種中開展，建立了一些樹種的再生體系，為經濟林樹種的快繁和轉基因育種奠定了基礎。

2.3 經濟林優質高效栽培技術及其栽培生理研究

優質安全省力高效栽培是經濟林栽培的趨勢。重點研究了經濟林樹種花芽分化與成花機理，篩選出高座果率的品種組合，建立了品種配置技術體系；探明了樹體生長發育規律；開展了省力化樹形培育，構建了新型樹體管理模式；建立了葉片礦質營養診斷和科學施肥技術體系，以及高效肥水生態經營管理體系；針對經濟林低產林問題，研究了低產林低產原因和有效的低產林改造技術。

經濟林良種苗木繁育技術水平顯著提升，無性繁殖和輕基質容器育苗技術廣泛應用，核桃、板栗、柿子等一些含單寧物質高的樹種嫁接及扦插技術取得突破，快速繁殖、苗木脫毒、工廠化設施育苗等技術有新的進展，采穗圃、輕型容器工廠化育苗、菌根化育苗、芽苗砧嫁接繁育等技術不斷完善，并在生產上大面積應用。菌根化育苗有了新突破，大幅度提高了良種繁育能力和栽植成活率；組培技術不斷普及，很多樹種已建立了組培技術體系，有的已經實現工廠化育苗。

針對經濟林的生態效益和品質安全問題，各地均積極開展了經濟林生態經營和安全栽培模式研究，如北方山地生態經濟林產業化體系建設技術、南方紅壤丘陵經濟林生態經營關鍵技術及浙江山核桃生態栽培技術，有效推動了經濟林產業的“生態化”和優質高效安全生產。

經濟林優質高產栽培理論基礎不斷完善。闡明了油茶、梨、錐栗Castanea henryi、棗、杏Armeniaca vulgaris、扁桃Amygdalus communis等經濟林樹種的雌雄配子體發育生物學基礎。解析了梨等樹種自交不親和性機理，突破了我國自交不親和性的技術瓶頸，解決了授粉品種優化配置和雜交育種親本選擇難題；探明了油茶營養元素和生長調節劑調控坐果方法，解決了我國油茶座果率低的技術問題。發現赤霉素和細胞分裂素是影響栗花性別分化的關鍵激素，突破了我國栗雌雄花比例失調的技術難題。

國外機械化和智能化在栽培管理及果品生產中應用廣泛，包括土壤耕作、苗木培育、移栽嫁接、水肥一體、機械修剪與病蟲防治、中耕除草、果品收獲等方面都處于領先水平，如橄欖園修剪系統、核桃采摘機、疏花疏果機、山地果實傳輸帶等，以及核桃耐凍性的生理建模，部分解決了核桃抗凍問題。

2.4 經濟林產品加工利用與裝備技術研究

經濟林產品加工利用是經濟林長期的重點研究領域，我國在木本糧油、特色干果、森林食品等主要經濟林產品的貯藏、品質形成與保持、商品化處理、深加工技術等方面取得了一批研究成果，使經濟林產品加工利用形成了較為完善的理論和技術體系。

經濟林產品加工利用取得明顯進步，在油茶、棗、仁用杏Prunus armeniaca、核桃、板栗、錐栗等大宗產品原料的特性和加工適應性方面，取得顯著社會影響力，如六個核桃、好想你灰棗、大荔冬棗等；獲批一批新資源食品，如杜仲籽油、茶葉籽油、牡丹籽油、美藤果油、鹽膚木果油等。產品綠色安全加工方面，解決了油茶、核桃、板栗、棗、油桐等品質形成和品質控制、采后工業化處理、質量安全監控、節能高效加工、副產物精深加工等關鍵技術，質量標準制修訂步伐明顯加快。

加工剩余物多層次增值利用技術不斷進步，如微波輔助乙醇沉淀法制備油茶籽多糖、生物酶解-醇提法從油茶籽粕制備茶皂素等，茶油加工剩余物用于飼料和肥料的復合發酵劑、高純度茶皂素及油茶多肽等產品的開發。

針對經濟林產品采摘困難、成本高等問題，油茶和核桃等果實采摘機械、果實脫殼機械的研制已經取得突破性進展；果品采后處理和裝備研發已用于生產。歐美發達國家在原料、產品規?；A藏保鮮、高值化加工利用與安全生產、產品開發方面處于世界先進或領先水平，值得學習借鑒。

3 經濟林重點研究領域與熱點

3.1 經濟林基礎理論研究領域

依托組學技術平臺，研究經濟林樹種的成花機理、品質和產量形成、逆境生物學，以及產量、品質提升的調控機理與途徑，重要性狀功能基因解析等前沿性基礎性問題。

3.2 經濟林現代育種領域

種質資源評價、種質創新及分子標記輔助育種，突破性狀定位基礎上的品種選育，以及經濟林良種化與種業工程技術研究與應用。

3.3 經濟林高效栽培技術領域

明確特色經濟林產業最佳優生區或優生區，優化特色經濟林產業的區域布局，形成現代化的特色經濟林產業技術體系，突破現代化經濟林產業的關鍵技術，實施經濟林機械化、輕簡化和智能化栽培技術研究與應用。

3.4 經濟林加工利用技術領域

經濟林產品（原料）采后規?；幚砼c貯藏保鮮，經濟林資源高值化加工利用，副產品的綜合利用，經濟林產品品質檢測檢驗及其控制技術的研究與應用。

4 未來發展方向的預測與展望

4.1 未來發展方向

4.1.1 經濟林重要性狀遺傳調控與產量品質形成機制

針對重要經濟林樹種的產量和品質提升，解析其分子遺傳特性、開花特性與坐果調控機制，通過多組學技術，研究花芽分化、授粉受精及性別分化機制，自交不親和性機制與調控；研究果實發育特性（含落花落果）及調控，木本油脂、木本淀粉及糖類、木本飲料重要成分的合成代謝途徑及調控，染色體倍性形成演化與產量、品質的關系，光合產物運輸、分配與調控，以及果實采后生理及品質形成，解析果實與種子發育特性與產量、品質提升的機制。圍繞經濟林土壤瘠薄、營養供應不穩和生境不協調等科學問題，開展生物固氮特性與機制，營養特性、土壤礦質營養平衡與調控，以及對各種不良環境脅迫的適應機制，解析經濟林樹種根系生物學特性及根際環境適應機制，為經濟林優質高效栽培提供理論依據。

4.1.2 經濟林種質創新與良種化工程技術

重點以經濟林高效育種技術體系建立及新品種創制為核心，收集、保存、研究、評價經濟林樹種的種質資源，開發系列實用分子標記和基因芯片，構建核心種質群體、遺傳作圖群體和分子遺傳圖譜，對重要基因定位、克隆和功能研究，完善經濟林常規育種體系，構建品種區域化測試技術平臺，建立分子標記輔助育種體系、轉基因育種體系、細胞工程育種體系和分子標記、基因芯片檢測技術體系；研究重要經濟性狀的變異、遺傳控制模式，研究親本選配、聚合多性狀種質創制，培育優質大果、早實豐產及成熟期、株型、果實均勻度等適應于機械化作業的經濟林新品種；開展新品種區域化試驗，研發新品種標準化和區域化測試體系，形成經濟林良種化工程技術與產業基地。

4.1.3 經濟林優質高效生產與機械化、輕簡化和智能化栽培技術

重點研究優質高效、機械化和輕簡化栽培技術體系；特色經濟林優質高效栽培技術；特色經濟林品種配置、花果管理和樹體調控技術；重點區域特色經濟林生態工程與生態化綜合管理技術；特色經濟林營養診斷、精準施肥、節水灌溉和水肥一體化技術，以及綜合配套技術；構建特色經濟林優質高效栽培技術體系，并進行集成與示范推廣。

4.1.4 經濟林產品采后處理與高值化綜合利用技術

針對經濟林種實采后加工、品質評價與綜合利用的重大技術需求，以經濟林深加工產品增值增效為目標，研究集約化采集和預處理加工技術，研究種實及加工產品貯藏、流通過程中物化品質變化途徑與控制技術，建立快速監測和鑒偽的品質評價技術體系。研究特色經濟林油品及加工剩余物綜合利用節能型清潔生產控制技術，開發生物轉化技術，解決特色經濟林油脂、淀粉、蛋白、多酚和多糖等生物活性物高效富集與高附加值產品應用，通過中試實現對其采后加工性能和經濟效益的綜合評價，構建特色經濟林產品的增值加工技術體系，延伸產業鏈，增加經濟林產業附加值，進一步提高經濟林效益。

4.2 重點技術

利用組學平臺與技術，突破理論和技術瓶頸，揭示經濟林開花結實、產量與品質形成、重要性狀功能基因等基礎性技術。

1）經濟林重要性狀形成機制與調控，經濟林產量、品質形成與調控機制。經濟林種質資源收集、保存與種質創新，雜交育種與分子輔助育種相結合，突破性狀定位基礎上的品種選育，以及經濟林良種化與種業工程技術與應用。

2）經濟林優異種質發掘、評價、種質創制及高效育種技術；生態經濟型品種篩選及良種工程化技術。研究特色經濟林最佳優生區，優化區域布局，構建特色經濟林產業技術體系，研究經濟林機械化、輕簡化和智能化栽培技術與應用。

3）特色經濟林優質高效生產關鍵技術，經濟林機械化、輕簡化和智能化高效栽培技術。經濟林原料產品規?；A藏與保鮮，經濟林產品高值化加工利用。

4）經濟林產品采后處理與規?；A藏加工，產品增值加工與綜合高值化利用。

5 國內經濟林學科發展分析與學科規劃路線圖

5.1 戰略需求

我國是世界第一大經濟林生產國，經濟林產業已成為我國林業的支柱產業和國民經濟的重要門類。據2018年統計數據，我國經濟林栽培總面積達4 133 萬hm2，各類經濟林產品年總產1.81 萬t，經濟林種植業和采集業年總產值（第一產值）達1.45 萬億元，占我國林業第一產業產值的近60%。經濟林產業對于促進扶貧開發與產業富民、促進綠色增長與生態建設、保障糧油安全、促進山區治理與新農村建設等重大戰略，均具有十分重要的意義。

經濟林產業的迅速發展，使得社會對該學科人才需求和科技需求大為提升。近年來，黨和國家從生態文明建設、扶貧開發、鄉村振興、維護糧食安全、食用油安全、能源安全、生態安全等戰略高度，確立了經濟林前所未有的重要地位，賦予經濟林“生態富民產業”的新定位，提出“產業發展生態化”的總體思路，為經濟林產業提供了新的發展機遇，成為眾多地區發展綠色經濟、促進綠色增長、增加農民收入和促進新農村建設的支柱產業。目前，我國的經濟林產業發展還處于較低層次，整體技術水平、信息化水平和裝備水平還較低，呈現出初級產業的典型特征。各地對經濟林科學知識、先進技術和專業人才的需求強烈，也對經濟林科技創新、人才培養和社會服務提出了新的更高的要求。經濟林學科建設要符合國家戰略性新型產業發展對科技和人才的實際需要，其發展前景十分廣闊。

5.2 經濟林學科發展路線圖

圍繞經濟林基礎研究、經濟林育種、高效栽培、經濟林產品加工利用，以及學科研究平臺、人才隊伍建設和產業試驗示范基地，按照社會需求、問題鏈和創新鏈，形成未來經濟林學科的7 大科技任務（圖1），即任務鏈，構建學科技術路線圖（圖2）。

5.3 中短期（2018—2035年）發展規劃

5.3.1 目 標

加強創新平臺建設，統籌建立國家、省部級經濟林重點實驗室和技術創新中心，加快科學研究與產業需求的精準對接，促進自主創新和科技成果轉化。加強經濟林遺傳改良、資源培育、高效栽培、精深加工、綜合利用和前沿基礎等方面研究，在種質創制與良種化工程、集約高效培育、生態經營模式、自然災害防控、產品精深加工和資源高值化利用、機械裝備技術等方向上整體實力達到國內領先、國際一流水平，全面提升經濟林科技水平和對產業的支撐能力。

提升自主創新能力和科技支撐能力，建立經濟林產業協同創新中心，設立經濟林產業專家崗位體系，推進產業化和規?；洜I，打造經濟林現代產業，建成一批經濟林產業示范基地和模式樣板；樹立經濟林生態理念，探索經濟林生態補償機制，提高經濟林綜合效益和可持續經營能力。

圖1 經濟林學科的7 大科技任務Fig.1 Seven scientific and technological tasks of non-wood forest

以學科平臺為載體，聚集優秀科技人才，培養有影響力的高水平創新團隊，整體實力達到國際一流水平；加大經濟林學科碩士、博士研究生培養力度，培養拔尖創新型和復合應用型人才。加強國際合作交流，創建經濟林國際合作平臺，建立經濟林樹種組學國際聯合實驗室，聯合申報國際合作項目，聯合培養優秀創新人才，舉辦國際學術會議，創辦經濟林學科英文學術刊物，促進經濟林學科國際化。

5.3.2 主要任務

5.3.2.1 基礎研究方面

重點研究解決經濟林重要性狀形成機制與調控，以及產量、品質形成與調控機制。研究揭示經濟林開花結實、產量與品質形成、重要性狀功能基因等基礎性技術；關鍵栽培生理及其肥水效應、樹形調控效應、逆境防御與適應。

5.3.2.2 育種研究方面

重點研究解決經濟林優異種質發掘、評價及高效育種技術，以及生態經濟型品種篩選及良種工程化技術。構建核心種質群體、遺傳作圖群體和遺傳圖譜，重要基因定位、克隆和功能研究，完善育種體系；種質資源收集、保存與種質創新，雜交育種與分子輔助育種相結合，突破性狀定位基礎上的品種選育；研究親本選配、聚合多性狀種質創制，培育優質豐產及熟期、株型、果實均勻度等適于機械化作業的新品種，以及良種化與種業工程技術與應用。

5.3.2.3 栽培方面

圖2 經濟林學科發展技術路線Fig.2 The technical routine of non-wood forest

重點研究解決特色經濟林優質高效生產關鍵技術，以及經濟林機械化、輕簡化和智能化高效栽培技術。明確特色經濟林產業最佳優生區或優生區，優化區域布局，構建特色經濟林產業技術體系，研究經濟林機械化、輕簡化和智能化栽培技術與應用。

5.3.2.4 產品加工利用方面

重點研究解決經濟林產品采后處理與規?；A藏加工，以及經濟林產品增值加工與綜合高值化利用。研究集約化采集和預處理加工技術，研究經濟林加工產品貯藏流通過程中物化品質變化途徑與控制技術，建立快速監測和品質評價技術體系。構建區域特色經濟林產品的增值加工技術體系，延伸產業鏈，增加經濟林產業附加值，提高經濟林產后加工的綜合效益。

5.3.3 實現路徑

5.3.3.1 面臨的關鍵問題與難點

與發達國家及我國的園藝植物相比，我國經濟林基礎研究，以及育種、栽培和加工利用領域處于“總體跟跑、局部并跑”階段，原始創新能力不足、突破性品種與關鍵技術有限、資金鏈-創新鏈-產業鏈銜接等問題突出，國際前沿性重大基礎理論研究方面還有很大差距，種業、產業核心共性關鍵技術短板明顯，成為制約我國經濟林產業優質高效發展的瓶頸。

5.3.3.2 解決的策略

建立永久性的經濟林種質資源收集、保存和評比試驗研究基地，配備野外觀測儀器和研究實驗設備，推進經濟林領域國家重點實驗室建設，加大對經濟林省部級重點實驗室的投入，建立國家、?。ú浚┙洕种攸c實驗層級體系，支撐我國經濟林產業發展。

加強人才培養，提升我國經濟林學科碩士、博士研究生的培養能力和水平；以學科為平臺，聚集優秀人才，培養具有影響力的高水平創新團隊。我國幅員遼闊，經濟林樹種資源豐富，同時地域間具有很大區別，突破基礎研究瓶頸，是經濟林產業發展和技術進步的關鍵。

創新機制，整合經濟林科技資源，協同創新與產學研合作，提升科技服務與研發能力、產業支撐技術、信息化技術和裝備能力。加大科技投入，創新平臺和學科建設、人才建設投入，以及經濟林產業和加工領域的項目資金和政策保障。

5.4 中長期（2036—2050年）發展規劃

經濟林創新平臺建設和創新能力建設顯著提升，全國范圍形成在國際上有影響的創新團隊8～10 個和學科帶頭人15～20 人，人才培養體系不斷完善，經濟林人才培養質量顯著提高。突破經濟林優質高效安全生產，經濟林產品規?；珊筇幚?、貯藏保鮮及高值化加工利用的理論瓶頸，并在國際上產生重要影響；形成完善的經濟林育種體系，大宗經濟林樹種都建有完善系統的資源評價體系，基本完成核心種質群體、遺傳作圖群體、遺傳圖譜和重要基因定位；油茶、核桃、紅棗、板栗、柿等大宗經濟林樹種都有培育的特色品種，并形成規?；牧挤N化工程；30～50 個標志性經濟林品種規?；瘧?，每個品種應用不少于2 萬hm2，形成30 個以上的區域特色經濟林高效栽培技術體系，機械化、輕簡化和智能化程度提高50%以上，特色經濟林國際化影響力大幅度提升；形成大宗經濟林產品的綜合加工利用、規?；珊筇幚砼c貯藏保鮮的技術體系和關鍵技術，經濟林產品加工能力顯著提升，占年產量的60%以上，加工增值促進經濟林產業持續發展。