不同地區(qū)種源青檀皮質(zhì)量與生態(tài)因子的關聯(lián)性分析

常強強, 范佳佳, 李曉紅, 劉慧君, 張小平

(安徽師范大學 生命科學學院， 蕪湖 241000)

不同地區(qū)種源青檀皮質(zhì)量與生態(tài)因子的關聯(lián)性分析

常強強, 范佳佳, 李曉紅, 劉慧君, 張小平

(安徽師范大學 生命科學學院， 蕪湖 241000)

青檀樹皮是制造宣紙的主要原材料，為獲得較高質(zhì)量的檀皮并對青檀的人工種植提供理論指導，選取安徽周邊青檀分布比較集中的6個省份作為采集樣地，比較了各地青檀檀皮纖維長度、寬度以及長寬比，并采用相關性分析和主成分分析法分析了青檀纖維指標與各生態(tài)因子之間的聯(lián)系。結(jié)果表明：不同生長環(huán)境下，青檀的檀皮纖維長度、寬度及長寬比有顯著差異，其中山東青檀寺和安徽涇縣的纖維長寬比分別為283.87和229.55，明顯高于其他4個地區(qū)，檀皮質(zhì)量較好；相關性分析顯示青檀檀皮的質(zhì)量與各生態(tài)因子均呈一定程度的正負相關性，但相關性不顯著；主成分分析中，3個主成分的積累貢獻率達94.66%，大小順序依次為溫度光照因子>土壤因子>地理位置因子，說明溫度光照對青檀的檀皮影響較大。

青檀；檀皮質(zhì)量；生態(tài)因子；相關性分析；主成分分析

AbstractPteroceltistatarinowiiMaxim., the main raw material for manufacturing of rice paper, has a high economic value. In order to obtain high-quality bark ofP.tatarinowiiand provide theoretical guidance for artificial cultivation of it, this paper selected six provinces around Anhui Province where abundantP.tatarinowiidistribute, and compared fiber length, width and length-width ratio ofP.tatarinowiithere. Results showed that the fiber length, width and length-width ratio ofP.tatarinowiivaried with its growing environments and has a significant difference. TheP.tatarinowiiin Qingtansi, Shandong Province and Jingxian, Anhui Province all has high quality and its length-width ratio is 283.8 and 229.55, respectively, which were obviously higher than that in other four places; Correlation analysis showed that the quality ofP.tatarinowiibark has a certain degree of positive and negative correlation with its various ecological factors; the principal component analysis indicated that the accumulated contribution rate of three principal components reached 94.66%, and the rank of each factor for the accumulated contribution rate from better to less was: temperature-light factor, soil factor and location factor, which manifested that the temperature-light factor had the largest effect on the quality ofP.tatarinowii.

KeywordsPteroceltistatarinowiiMaxim.; bark quality; ecological factor; correlation analysis; principal component analysis

青檀(PteroceltistatarinowiiMaxim.)是我國特有第三紀殘遺溫帶落葉樹種，隸屬于榆科(Ulmaceae)唯一的單種屬——青檀屬(Pteroceltis)。青檀皮富有纖維、綿韌易剝，是生產(chǎn)宣紙的主要原料。青檀樹樹形優(yōu)美，木材堅硬細致，耐旱、耐瘠、適應性強，根系發(fā)達，固土效果顯著，是集觀賞、經(jīng)濟、水土保持、薪炭于一體的樹種，是涇縣具有地域特色的經(jīng)營樹種，栽培歷史悠久[1-2]。青檀的地理分布較廣，我國的安徽、河北、云南、江蘇等20余個省市均有分布[3]。如今，由于宣紙產(chǎn)量增加，宣城涇縣檀皮產(chǎn)量出現(xiàn)供不應求的現(xiàn)象，生產(chǎn)廠家常需引進外地檀皮來生產(chǎn)宣紙，檀皮質(zhì)量的差異使得宣紙質(zhì)量存在較大差異。

關于檀皮質(zhì)量和環(huán)境間的相互關系，目前已有報道。陳一錕等[4]以我國12個省市的19個野生青檀種群作為研究對象，分析了青檀不同分布地土壤中的大量元素、微量元素、有機質(zhì)和pH，并作了相關性分析。結(jié)果表明，青檀生長地中大部分大量元素與微量元素含量高且富集化，對青檀的生長發(fā)育起著至關重要的作用。劉慧君等[5]采集我國不同省市11個種群的青檀，分析了不同種群青檀檀皮的差異，并得出青檀檀皮的纖維素含量與纖維長度受環(huán)境影響程度較高，且一般而言，低緯度的檀皮優(yōu)于高緯度的檀皮[5]。方升佐、洑香香等也研究了土壤種類和礦質(zhì)元素對檀皮質(zhì)量、產(chǎn)量的影響[6-8]，青檀的解剖形態(tài)、群落關系、內(nèi)生真菌等也有相關文獻報道[9-12]。前人的研究對青檀的檀皮質(zhì)量和環(huán)境的相互關系有了初步了解，但是對于青檀的集中分布區(qū)華東和華中地區(qū)的選樣較為薄弱，而宣紙的主要生產(chǎn)基地在安徽和湖北地區(qū)，因此從經(jīng)濟性考慮，項目組針對華東和華中地區(qū)設置7個采集樣地，包括河南新縣、山東青檀寺、浙江武山村、江西巖泉、福建武夷山、湖北三潭和安徽涇縣。通過青檀檀皮形態(tài)學指標的比較，并結(jié)合土壤和氣候因子，運用相關性分析和主成分分析，揭示影響檀皮質(zhì)量的主要影響因子，為以后的檀皮原材料的選擇和撫育提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料來源

選取7個青檀分布樣地(河南新縣、山東青檀寺、浙江武山村、江西巖泉、福建武夷山、湖北三潭和安徽涇縣)的檀皮進行比較分析，每個樣地做3個重復。取樣時，在每個青檀群落中隨機選取10個青檀個體，采集10～20根2～3年生青檀枝條，帶回實驗室，烘干至恒重，測量各地區(qū)檀皮質(zhì)量指標。7個地區(qū)的地理位置分布如圖1所示，各采樣地點的地理位置信息及基本氣候狀況如表1所示。

表1 各采樣地點的地理位置信息及氣候、土壤狀況

圖1青檀樣品采集地分布圖

Fig 1 The sampled populations distribution ofP.tatarinowii

1.2 實驗方法

纖維形態(tài)的測定:將每種樹皮的韌皮部按長寬切成30 mm×2 mm大小，放在水中多次煮沸，使試樣條下沉。然后將體積比為1∶1的冰乙酸與過氧化氫(30%～35%)溶液及試樣放入10 mL玻璃試管中，并用塑料袋封口后，放在60℃下的恒溫培養(yǎng)箱中浸泡30～48 h，使試樣變白、纖維分散。分散好的試樣用水沖洗至無酸性，再用番紅染液染色，制成纖維懸濁液。用滴管吸取2～3滴懸濁液，置于載玻片上，制成纖維分散的臨時纖維切片，然后在Olympus顯微鏡下觀察并拍照。每個樣品纖維長寬均測定50根[6]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文實驗數(shù)據(jù)中，年平均氣溫、年日照時數(shù)、年均降水量取自當?shù)貧庀缶值挠^測數(shù)據(jù)，土壤鈣含量、土壤pH來源于采樣點土壤的實測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)Excel整理分析后，利用 SPSS19.0軟件的比較均值單因素方差分析以及利用SPSS19.0軟件進行相關性分析及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地區(qū)的檀皮纖維的長寬值(均值)

青檀檀皮的纖維形態(tài)是影響宣紙質(zhì)量的重要參數(shù)之一，也是判斷青檀經(jīng)濟性和實用性的重要指標之一[13]。7個不同區(qū)域種群青檀檀皮的纖維長度和寬度及平均長寬比見表2。

表2 不同地區(qū)青檀檀皮質(zhì)量指標

注：表中數(shù)據(jù)后的字母表示Duncan多重比較結(jié)果，字母相同表示差異不顯著，字母不相同表示差異顯著；*表示α=0.05時具有顯著差異

從表2可知不同區(qū)域的青檀檀皮纖維長度和寬度均差異顯著(P<0.05)，Duncan多重比較發(fā)現(xiàn)浙江武山村、江西巖泉、福建武夷山、湖北三潭和河南新縣的纖維長度無顯著差異(P>0.05)；安徽涇縣、山東青檀寺和其他區(qū)域的纖維素長度具有顯著差異。山東青檀寺的檀皮纖維最長，達3068.63 μm，安徽涇縣次之(2474.56 μm)，其余各地纖維長度均在 900～1100 μm之間。不同地區(qū)的檀皮纖維寬度多集中在10～13 μm，浙江武山村檀皮纖維最窄，為10.71 μm，其余采集點檀皮纖維寬從小到大依次為安徽涇縣、山東青檀寺、河南新縣、湖北三潭、江西巖泉、福建武夷山。其中，纖維最寬的福建武夷山，檀皮纖維寬度達到了13.84 μm。根據(jù)Duncan分析，福建武夷山與其他區(qū)域的檀皮寬度具有顯著不同；山東青檀寺、浙江武山村、安徽涇縣之間無顯著差異；湖北三潭、河南新縣之間無顯著差異。值得一提的是，不同地區(qū)檀皮的纖維長、寬的方差分析也具有顯著差異性。從表2中可以看出，不同地區(qū)檀皮的纖維長寬比差異明顯，極差為209.78，其中，浙江武山村、江西巖泉、福建武夷山、湖北三潭和河南新縣的纖維長寬比數(shù)據(jù)較均整，介于70～90之間，而山東青檀寺和安徽涇縣的纖維長寬比分別為283.87和229.55。

2.2 生態(tài)因子對青檀檀皮質(zhì)量的影響

2.2.1 相關性分析

相關性分析結(jié)果顯示，纖維長度與年降水量存在一定程度的正相關，與緯度存在一定程度的負相關，相關性不顯著。結(jié)合表1和表2數(shù)據(jù)可知，福建南平武夷山、安徽涇縣緯度較低，年降水量較高，其纖維較長；在緯度較高，年降水量較低的湖北廣水三潭、河南新縣等地，其纖維較短。表3數(shù)據(jù)還表明，緯度、年降水量兩個氣候因子對檀皮纖維的長度影響相對較大。經(jīng)度、年平均氣溫與纖維長度呈正相關，福建南平武夷山、安徽涇縣經(jīng)度較高，年平均氣溫相對較高，其纖維長度較大；在纖維較短的湖北廣水三潭、河南新縣等地，經(jīng)度較低，年平均氣溫相對較低。

表3 中國青檀的3個檀皮質(zhì)量指標與生態(tài)因子的相關性分析

上述相關性分析還表明，纖維寬度與土壤鈣含量、緯度、年日照時數(shù)、土壤pH呈一定程度的正相關，與年降水量、經(jīng)度、年平均氣溫呈一定程度的負相關。纖維的長寬比與各生態(tài)因子存在一定程度的正負相關性，但相關程度不顯著。

此外，在纖維長度的相關性分析中，纖維長度較大的山東青檀寺，緯度較高，年降水量較低。

2.2.2 主成分分析

對檀皮質(zhì)量影響的7個生態(tài)因子，進行主成分分析，分析表明前3個主成分的積累貢獻率達94.663%，很清晰地反映出7個生態(tài)因子對檀皮纖維的影響，選擇這3個主成分進行分析，分析結(jié)果見表4。從表4可知，第一主成分中負荷量較大的指標因子是反映氣候的年平均氣溫和年日照時數(shù)，故將第一主成分定義為溫度光照因子。第二主成分中負荷量較大的指標因子是表示土壤情況的土壤鈣含量和土壤pH，故將第二主成分定義為土壤因子。第3主成分中負荷量較大的是表示地理位置的經(jīng)度，故將其定義為地理位置因子。這三個主成分的貢獻率分別為50.525%、28.761%和15.878%，這3個主成分的貢獻率累計達94.663%，能夠很清楚地反映出生態(tài)因子對青檀檀皮纖維長寬的影響，按照其影響程度的大小依次為：溫度光照因子>土壤因子>地理位置因子。綜上所述，溫度光照因子可能是本實驗生態(tài)因子中的主要影響因子。

表4 主成分分析

3 討論與結(jié)論

通過對不同地區(qū)檀皮纖維長寬數(shù)據(jù)的Duncan多重比較，安徽涇縣、山東青檀寺與其他地區(qū)的纖維長度差異顯著，且纖維長寬比較大，與劉慧君等[5]的研究結(jié)果一致。有研究指出，造紙用纖維宜又細又長，且長寬比應大于50，愈大愈好[14]，這表明纖維的長寬比可作為衡量造紙用檀皮優(yōu)劣的一個重要因素。山東青檀寺的檀皮纖維長寬比為283.87，安徽涇縣的為229.55，其他地區(qū)的均小于100，因此，山東青檀寺和安徽涇縣兩地的檀皮用來制造宣紙比較適宜。

由相關性分析可知，纖維長度與緯度存在一定的負相關關系，這與劉慧君等[5]得出的低緯度地區(qū)檀皮纖維長度較長，高緯度地區(qū)檀皮纖維長度較短的結(jié)論相近，說明實驗結(jié)果可靠。分析結(jié)果還表明，纖維長度、寬度與各生態(tài)因子均存在一定程度的正負相關性，說明氣候、土壤對檀皮纖維存在一定的影響；不同生態(tài)因子相關性系數(shù)差別較明顯，說明檀皮纖維長寬并不單一地受某一生態(tài)因子影響，檀皮質(zhì)量高低是氣候因子和土壤因子綜合作用的結(jié)果。

值得一提的是，劉慧君等[5]還指出纖維長度的主要影響因素是土壤速效鉀及土壤速效磷，在本文纖維長度的相關性分析中，緯度較高，年降水量較低的山東青檀寺，檀皮纖維較長可能與此相關。另外，同一樣點青檀種群生長的位置不同，如山腳和山頂，其光合速率、蒸騰速率、水分利用效率也有很大差異[15]，這也可能是造成山東青檀寺的檀皮纖維與其他地區(qū)差異較大的原因之一。

主成分分析中，溫度光照因子、土壤因子和地理位置因子這3個主成分的貢獻率累計達94.663%，其中溫度光照因子>土壤因子>地理位置因子，溫度光照因子貢獻率達50.525%，溫度光照因子可能是本文生態(tài)因子中對檀皮纖維影響最大的生態(tài)因子。青檀的分布生境多為巖石、峭壁，土壤營養(yǎng)匱乏，群落結(jié)構(gòu)單一，郁閉度低，蒸騰作用強，且南方濕潤，能吸收相對較多的水分，因此在本研究所分析的生態(tài)因子中，溫度光照成為影響檀皮質(zhì)量最大的生態(tài)因子，也是有一定原因的。

綜上所述，檀皮質(zhì)量的差異形成受到多個相關成分的綜合因素影響，溫度光照因子可能影響較大，但要單獨分析某一生態(tài)因子對檀皮質(zhì)量影響程度的大小，有一定的局限性和不可操作性。因此，全面的結(jié)合青檀的生長環(huán)境氣候以及生物因素，綜合分析多因素的交叉影響，同時進一步探討青檀纖維素合成酶的分子機制是非常有必要的。

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The quality difference inPteroceltistatarinowiibarksfromdifferentregionsanditsrelationshipwiththeecologicalfactors

CHANGQiang-qiang,FANJia-jia,LIXiao-hong,LIUHui-jun,ZHANGXiao-ping

(School of Life Sciences, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China)

S792.99

A

2095-1736(2017)05-0062-04

2016-09-23；

2016-10-03

國家自然科學基金項目(41401062)

常強強，碩士研究生，研究方向為植物資源保護與利用,E-mail:changyi1991@foxmail.com

張小平，博士，研究方向為植物分類與系統(tǒng)進化、植物保護生物學和進化生態(tài)學,E-mail:pinghengxu@sina.com

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2017.05.062