薄殼山核桃不同基質(zhì)配方容器苗質(zhì)量綜合評價(jià)

杜洋文，程軍勇，鄧先珍

（1經(jīng)濟(jì)林木種質(zhì)改良與資源綜合利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/大別山特色資源開發(fā)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心/黃岡師范學(xué)院，湖北黃岡 438000；2湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，武漢 430075）

0 引言

薄殼山核桃(Carya illinoensis)又名美國山核桃、長山核桃，為胡桃科(Julandaceae)山核桃屬(Carya)植物，其種仁含油率達(dá)70%以上，是北美重要的經(jīng)濟(jì)樹種，也是世界著名干果之一，更是目前市場上極富潛力的具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的經(jīng)濟(jì)樹種[1-2]。薄殼山核桃用途廣泛，是很好的城鄉(xiāng)綠化樹種和果才兼用樹種，是社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益明顯的優(yōu)良經(jīng)濟(jì)樹種[3]。

目前，薄殼山核桃大多采用大田裸根育苗，導(dǎo)致苗木生長緩慢、出圃時(shí)間長、側(cè)根系少、主根太長起苗不易、起苗后根系損傷程度大，移栽后緩苗期過長，成活率也較低。另外，也不適宜長距離運(yùn)輸[4-5]。容器育苗是目前廣泛應(yīng)用的苗木生產(chǎn)技術(shù)。容器育苗可最大程度減少起苗及移栽對根系造成的損失和損傷，對提高移栽成活率效果顯著，且能長距離運(yùn)輸種植[6-8]?；|(zhì)是容器苗培育的關(guān)鍵，合理的基質(zhì)配方能夠?yàn)橹仓晏峁┓€(wěn)定協(xié)調(diào)的水、氣、肥結(jié)構(gòu)，供植物根系選擇吸收。適宜的育苗基質(zhì)配方具有較好的保水、保肥、透氣、排水能力，有合理的容重和通氣孔隙度，成本低、易獲取、性質(zhì)穩(wěn)定、質(zhì)量輕等優(yōu)良的物理性狀。此外，還要有良好的化學(xué)性狀，如弱酸性(pH 5.5～6.5)、營養(yǎng)吸收轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)等[9-10]。為更好培育出優(yōu)質(zhì)薄殼山核桃容器苗，擬對各基質(zhì)配方培育的容器苗高度、地徑、地上鮮重、地下鮮重、地上干重、地下干重、根長、根表面積、根體積和根直徑等苗木質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，篩選出容器苗培育的最佳基質(zhì)配方，為長山核桃優(yōu)質(zhì)種苗培育提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于武漢九峰試驗(yàn)林場（東經(jīng)114°29′，北緯31°22′），該區(qū)屬亞熱帶大陸季風(fēng)性濕潤氣候，年日照時(shí)數(shù)2058.4 h，年平均氣溫16.7℃，極端最高氣溫41℃，極端最低氣溫-17.6℃，年平均降雨量1200～1400 mm，無霜期239天。研究地區(qū)地貌起伏，海拔高度51.2～202 m。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

以東北泥炭土、直徑2～3 mm的珍珠巖、地表50 cm以下的黃心土為基質(zhì)材料，按一定體積比配制，并添加少量的復(fù)合肥，攪拌混勻。將拌勻的基質(zhì)裝填到無紡布容器袋（口徑19 cm×高度25 cm）中，距容器袋上邊沿口2 cm為宜。以薄殼山核桃‘波尼’種子經(jīng)催芽生長至高度15 cm左右的、長勢一致的、無病蟲害的實(shí)生苗為待移栽至容器袋的砧木幼苗。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年5月在透明玻璃溫室進(jìn)行，無紡布容器袋每個(gè)配方1列，每列6個(gè)容器袋，6列為一個(gè)區(qū)組，共3個(gè)區(qū)組。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)6個(gè)配方（表1），每個(gè)配方6株，3次重復(fù)，共計(jì)108個(gè)容器袋。當(dāng)年5月中旬將砧木幼苗帶少量基質(zhì)移栽至準(zhǔn)備好的容器袋中，移栽后澆透水1次。平時(shí)每隔3天澆水1次，保持基質(zhì)濕潤，及時(shí)除草。在6—8月噴施多維菌素和綠色威雷600～800倍液，每隔10天1次，連續(xù)3次。試驗(yàn)期間均澆施清水，不添加肥料。

表1 容器育苗基質(zhì)配方

2.3 指標(biāo)調(diào)查及方法

當(dāng)年苗木停滯生長后，用卷尺測量苗木高度(X1)，用游標(biāo)卡尺測量地徑(X2)。每配方每重復(fù)隨機(jī)選取3株，將其緩慢倒出容器袋，輕輕抖落基質(zhì)，用清水輕輕沖洗干凈后，用紙巾吸干水分，立即測定植株地上鮮重(X3)和地下鮮重(X4)，苗木莖干基質(zhì)痕跡處以上為地上部分，以下為地下部分。地上部分和地下部分分別在80℃條件下烘干至恒重，立即分別測定其地上干重(X5)和地下干重(X6)。地下部分用掃描儀掃描成圖像，并用托普根系分析系統(tǒng)分析根長(X13)、根表面積(X14)、根體積(X15)和根直徑(X16)。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

基于苗木生長指標(biāo)及生物量測量數(shù)據(jù)，分析各指標(biāo)間相關(guān)性，采用主成分分析和隸屬函數(shù)綜合評價(jià)，選擇適當(dāng)苗木指標(biāo)建立苗木最優(yōu)預(yù)估方程。

2.4.1 苗木生長指標(biāo) 計(jì)算如式(1)～(6)[11-13]。

2.4.2 主成分分析 利用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，分析步驟參見文獻(xiàn)[14-17]。

2.4.3 隸屬函數(shù)綜合評價(jià)指標(biāo)

（1）各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值u計(jì)算如式(7)[18-19]。

式中，Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)；Xmax和Xmin分別表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最大值和最小值。

（2）各綜合指標(biāo)的權(quán)重W計(jì)算如式(8)。

式中，Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度，即權(quán)重；Pj為配方第j個(gè)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

（3）綜合評價(jià)值D計(jì)算如式(9)。

（4）苗木綜合質(zhì)量預(yù)測值VP。以綜合評價(jià)D值為因變量，指標(biāo)觀測值為自變量擬合的最優(yōu)回歸方程，通過該回歸方程計(jì)算得到的值即為苗木綜合質(zhì)量預(yù)測值VP。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同基質(zhì)配方對容器苗生長性狀影響

不同基質(zhì)配方對容器苗高度和地徑性狀影響差異顯著(P＜0.05)（表2）。其中，苗木高度以配方6、配方1、配方4和配方3較大，達(dá)到15.31～21.21 cm，4個(gè)配方間差異不顯著，配方6與配方2和配方5差異極顯著；苗木地徑以配方6、配方1、配方3和配方4較大，達(dá)到4.13～5.35 mm，4個(gè)配方間差異不顯著，配方6與配方2、配方5間差異極顯著。

表2 不同基質(zhì)配方容器苗生長性狀差異分析

高徑比體現(xiàn)了苗木高度和粗度的平衡關(guān)系，是反映苗木抗性及造林成活率的較好指標(biāo)，一般高徑比越小，說明苗木越矮越壯，抗性強(qiáng)，造林成活率高[20]。不同配方對苗木高徑比影響無顯著差異(P＞0.05)，各配方苗木高徑比達(dá)到36.03～41.16。

3.2 不同基質(zhì)配方對容器苗生物量性狀影響

由表3可知，不同基質(zhì)配方對容器苗地上鮮重(P＜0.05)、地下鮮重(P＜0.01)、地上干重(P＜0.01)、地下干重(P＜0.01)、總生物量(P＜0.01)、根冠比(P＜0.05)、根重比(P＜0.05)、含水率(P＜0.05)和苗木質(zhì)量指數(shù)(P＜0.01)影響達(dá)到顯著或極顯著差異。其中，地上鮮重以配方6、配方1和配方4較大，達(dá)到1.45～2.57 g，3個(gè)配方間差異不顯著，配方6與其他配方間差異顯著；地下鮮重以配方6和配方1較大，達(dá)到16.79～21.65 g，2個(gè)配方間差異不顯著，配方6與配方2、配方3、配方4和配方5間差異極顯著；地上干重以配方6、配方1和配方4較大，達(dá)到1.14～1.76 g，3個(gè)配方間差異不顯著，配方6與配方2、配方3、配方5差異極顯著；地下干重以配方6、配方1和配方3較大，達(dá)到7.71～12.17 g，3個(gè)配方間差異不顯著，配方6與配方2、配方4、配方5間差異極顯著；總生物量以配方6、配方1和配方3較大，達(dá)到8.49～13.94 g，3個(gè)配方間差異不顯著，配方6與配方2、配方4、配方5間差異極顯著。

表3 不同基質(zhì)配方容器苗生物量性狀差異分析

根冠比是地下部分干重與地上部分干重的比值，根冠比越大，說明根系越健壯，根系活力高，也利于提高成活率。本試驗(yàn)以配方3、配方1、配方5和配方6較大，達(dá)到6.60～9.75，4個(gè)配方間差異不顯著，配方3與配方2、配方4間差異極顯著；根重比除配方4外，其余配方均較大，達(dá)到0.84～0.90，配方3與配方4差異極顯著；含水率除配方3外，其余配方均較大，達(dá)到41.11%～46.40%，配方3與其他配方差異極顯著。

苗木質(zhì)量指數(shù)是苗高、地徑和生物量的綜合指標(biāo)，質(zhì)量指數(shù)越高表示苗木品質(zhì)越高[21]。本試驗(yàn)以配方6、配方1和配方3較大，達(dá)到0.25～0.35，3個(gè)配方間差異不顯著，配方6與配方2、配方4、配方5間差異極顯著。

3.3 不同基質(zhì)配方對容器苗根系性狀影響

由表4可知，不同基質(zhì)配方對容器苗根長(P＜0.05)、根表面積(P＜0.01)、根體積(P＜0.05)和根直徑(P＞0.05)影響存在顯著或極顯著差異。其中，根長以配方6、配方1和配方4較大，達(dá)到701.44～963.67 cm，3個(gè)配方間差異不顯著，配方6與配方2、配方3、配方5差異極顯著；根表面積以配方6、配方1、配方2、配方3、配方4較大，達(dá)到273.11～391.67 cm2，4個(gè)配方間差異不顯著，配方6與配方5差異極顯著；根體積以配方6、配方1、配方2、配方3、配方4較大，達(dá)到27.78～42.67 cm3，5個(gè)配方差異不顯著，配方6與配方5差異極顯著；根直徑達(dá)到10.08～13.29 mm。

表4 不同基質(zhì)配方容器苗根系性狀差異分析

3.4 不同基質(zhì)配方容器苗質(zhì)量綜合評價(jià)

3.4.1 各指標(biāo)相關(guān)性分析 對苗木高度X1、地徑X2、地上鮮重X3、地下鮮重X4、地上干重X5、地下干重X6、根冠比X7、高徑比X8、根重比X9、含水率X10、總生物量X11、苗木質(zhì)量指數(shù)X12、根長X13、根表面積X14、根體積X15和根直徑X16等16個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析（表5），結(jié)果表明各指標(biāo)間存在一定的相關(guān)關(guān)系。

表5 各指標(biāo)相關(guān)系數(shù)

3.4.2 各指標(biāo)主成分分析 對16個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析得出各綜合指標(biāo)系數(shù)及貢獻(xiàn)率，前3個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為64.199%、20.566%和10.533%，代表了原來16項(xiàng)指標(biāo)95.298%的信息（表6），因此，可以用這3個(gè)主成分表示薄殼山核桃苗木質(zhì)量情況。

表6 各綜合指標(biāo)的系數(shù)及貢獻(xiàn)率

第1主成分表達(dá)式如式(10)。

式(10)大部分指標(biāo)系數(shù)均較大（根冠比、根重比、高徑比、含水率和根直徑除外），主要代表薄殼山核桃容器苗生長性狀、生物量性狀和根系性狀的綜合信息。

第2主成分表達(dá)式如式(11)。

式(11)以根冠比、根重比、高徑比、含水率指標(biāo)系數(shù)較大，主要代表薄殼山核桃容器苗質(zhì)量的綜合信息，包括地下部分和地上部分生物量平衡關(guān)系、地上部分生長關(guān)系以及苗木體內(nèi)含水量情況。

第3主成分表達(dá)式如式(12)。

式(12)以根直徑系數(shù)較大，主要代表薄殼山核桃容器苗根系粗壯的綜合信息。

3.4.3 各配方綜合指標(biāo)值、隸屬函數(shù)值和綜合評價(jià)值計(jì)算 根據(jù)表6各綜合指標(biāo)的系數(shù)，求得各配方的綜合指標(biāo)值和隸屬函數(shù)值。根據(jù)指標(biāo)貢獻(xiàn)率用權(quán)重公式求出各指標(biāo)的權(quán)重，3個(gè)權(quán)重分別為0.674、0.216和0.111。

根據(jù)綜合評價(jià)值計(jì)算公式，得出了各配方的綜合評價(jià)D值，由大到小排序?yàn)榕浞?＞配方1＞配方4＞配方2＞配方3＞配方5（表7），苗木質(zhì)量以配方6最好，其次為配方1、配方4、配方2、配方3，配方5最差。

表7 各配方的綜合指標(biāo)值、u(Xj)及D值

3.4.4 苗木質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)篩選及預(yù)測 通過多元線性回歸擬合分析（表8），建立最優(yōu)回歸方程，如式(13)。

表8 回歸擬合方程系數(shù)、方差分析及R2

式(13)回歸方程確定系數(shù)R2=0.974，方差分析(F=149.000，P=0.000＜0.01)，回歸系數(shù)(P＜0.01)均達(dá)到極顯著性水平。

將X5觀測值代入最優(yōu)回歸方程，得到苗木質(zhì)量綜合評價(jià)預(yù)測值VP，并對D和VP進(jìn)行相關(guān)分析，二者相關(guān)系數(shù)為R=0.987**，達(dá)到極顯著性水平(P＜0.01)，說明建立的最優(yōu)回歸方程對薄殼山核桃容器苗苗木質(zhì)量評價(jià)效果較好。在評價(jià)薄殼山核桃容器苗苗木質(zhì)量時(shí)，選擇地上干重為評價(jià)指標(biāo)，可使評價(jià)工作更加簡單。

4 結(jié)論

本研究主要對不同基質(zhì)配方薄殼山核桃容器苗的高度、地徑、地上鮮重、地下鮮重、地上干重、地下干重、根冠比、高徑比、根重比、含水率、總生物量、苗木質(zhì)量指數(shù)、根長、根表面積、根體積和根直徑等16個(gè)指標(biāo)進(jìn)行比較分析，對苗木質(zhì)量采用方差分析法、主成分分析、隸屬函數(shù)值法進(jìn)行評價(jià)。通過對薄殼山核桃容器苗測定的16個(gè)指標(biāo)進(jìn)行方差分析和多重比較，逐一比較不同基質(zhì)配方的各指標(biāo)，分別篩選出指標(biāo)較優(yōu)的基質(zhì)配方，最后對所有指標(biāo)較優(yōu)的基質(zhì)配方綜合分析比較，得出配方6和配方1培育的薄殼山核桃容器苗綜合性狀表現(xiàn)更優(yōu)。對薄殼山核桃容器苗苗高、地徑等16個(gè)指標(biāo)采用主成分分析法和隸屬函數(shù)值法相結(jié)合評價(jià)的方式，得出各基質(zhì)配方的綜合評價(jià)值由大到小排序?yàn)榕浞?＞配方1＞配方4＞配方2＞配方3＞配方5，配方6和配方1培育的苗木質(zhì)量綜合評價(jià)值更大。由此可知，不同方式評價(jià)得出的結(jié)果一致，以配方6和配方1為基質(zhì)培育出的薄殼山核桃容器苗苗木質(zhì)量更好。

5 討論

苗木質(zhì)量是指苗木在其類型、年齡、形態(tài)、生理及活力等方面滿足特定立地條件下實(shí)現(xiàn)造林目標(biāo)的程度，是對苗木在不同環(huán)境下的成活率和生長能力的綜合評判[22]，優(yōu)質(zhì)的苗木是營造優(yōu)質(zhì)林分的基礎(chǔ)，對造林效果起到關(guān)鍵作用。因此，選擇適宜的苗木質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)是進(jìn)行苗木質(zhì)量準(zhǔn)確分級的關(guān)鍵[23]，苗木形態(tài)和生理特性指標(biāo)都處于不斷變化中，苗木質(zhì)量具有一定動(dòng)態(tài)性，國內(nèi)外學(xué)者都強(qiáng)調(diào)以綜合指標(biāo)來評價(jià)苗木質(zhì)量[24-25]。

苗木質(zhì)量受苗高、地徑、生物量、根系性狀等多個(gè)指標(biāo)的影響，用任一單項(xiàng)指標(biāo)來評價(jià)苗木質(zhì)量均存在片面性和單一性，評價(jià)結(jié)果都會(huì)存在差異。主成分分析法和隸屬函數(shù)值法綜合評價(jià)，評價(jià)過程主要包括苗木質(zhì)量綜合評價(jià)指標(biāo)和體系的建立、苗木質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的篩選和苗木質(zhì)量綜合評價(jià)結(jié)果的評價(jià)，更為客觀全面，評價(jià)結(jié)果綜合性更強(qiáng)。由于本試驗(yàn)僅對不同基質(zhì)培育的苗木本身進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)，未對苗木造林后的成活率、生長、生理等指標(biāo)進(jìn)一步調(diào)查測定，試驗(yàn)結(jié)果存在一定局限性，需要進(jìn)一步驗(yàn)證和完善。