貴州光皮梾木苗木分級方法及標(biāo)準(zhǔn)的研究

婁 麗， 付 品， 田小琴， 張亞洲， 陳應(yīng)福， 李 芳

(貴州省核桃研究所/貴州省林業(yè)科學(xué)研究院， 貴陽 550005)

光皮梾木(CornuswilsonianaWangerin)是一種木本油料樹種，果肉和種仁含油率較高，具有較高的食用價值；其木材纖維素含量高、綜合強(qiáng)度值和強(qiáng)度品質(zhì)系數(shù)高，氣干密度為0.896 g/cm3，是優(yōu)質(zhì)的木質(zhì)菌材、家具及結(jié)構(gòu)用材；該樹種耐瘠薄適生性強(qiáng)，在酸性土或石灰?guī)r土生長良好，分布于陜西、甘肅、湖南、江西、湖北、貴州等省區(qū)[1-4]。近年來，隨著貴州省農(nóng)村產(chǎn)業(yè)革命的興起，食用菌產(chǎn)業(yè)作為十二大農(nóng)村特色產(chǎn)業(yè)之一，2020年食用菌產(chǎn)量147.6萬t，年均增速位居全國第一，規(guī)?；秤镁纳a(chǎn)需要大量高木質(zhì)纖維、高蛋白的木屑基質(zhì)，加之森林采伐限額的管理政策，導(dǎo)致貴州省的木質(zhì)菌材供不應(yīng)求。因此，有必要加快優(yōu)質(zhì)木質(zhì)菌材林基地的建設(shè)，保障貴州省木質(zhì)菌材的可持續(xù)供應(yīng)，而菌材林基地的建設(shè)急需大量優(yōu)質(zhì)壯苗。

林木種苗是人工林的物質(zhì)基礎(chǔ)，苗木質(zhì)量是影響苗木造林成效極重要的因素之一，優(yōu)質(zhì)壯苗造林成活率、保存率均相對較高，且優(yōu)質(zhì)苗木移栽成活緩苗時間短，生長快[5-6]。苗木質(zhì)量的優(yōu)劣主要是通過苗木綜合控制條件、苗木形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo)進(jìn)行評價[7-8]，而已有苗木質(zhì)量評價關(guān)鍵指標(biāo)多選擇簡單、易于觀測的苗高、地徑形態(tài)指標(biāo)，苗木質(zhì)量分級主要采用方差分析、逐步聚類法、平均值±標(biāo)準(zhǔn)差及綜合評價法[9-16]。目前，光皮梾木苗木繁殖方式有扦插、播種育苗，相關(guān)光皮梾木苗木質(zhì)量分級的研究僅有1項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，針對黔中地區(qū)光皮梾木開展了大棚、露地育苗的苗木生長情況調(diào)查[18-22]。對于如何把測定的苗高、地徑、根系、生物量等苗木質(zhì)量評價因子采用快速、簡單的分析方法評定光皮梾木的苗木質(zhì)量尚未見報道。因此， 本研究以貴州省光皮梾木實生苗為研究對象，基于苗高、地徑、根系長度及數(shù)量等多個形態(tài)指標(biāo)，利用Origin 2021、SPSS 21軟件進(jìn)行相關(guān)分析、主成分分析及逐步聚類等分析，定量光皮梾木實生苗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級苗木質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)，為光皮梾木造林所需良種壯苗的質(zhì)量評定和制定貴州省光皮梾木實生苗質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于貴州省安順市平壩區(qū)高峰鎮(zhèn)平壩華山松良種基地，北緯26°25′，東經(jīng)106°16′。屬亞熱帶溫暖濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.1 ℃，1月平均氣溫6.0 ℃，7月平均氣溫23.5 ℃，極端最低溫-7.4 ℃，極端最高溫31.8 ℃，≥10 ℃積溫4 244 ℃，年降雨量1 238.1 mm，年平均相對濕度83%，無霜期245 d。育苗地土壤為山地黃壤，土層較厚，pH值5.0～6.0，海拔1 250 m。

1.2 育苗方法

2019年10月下旬在貴州省林業(yè)科學(xué)研究院樹木園采集生長健壯、無病蟲害的光皮梾木果實，去除果皮和種子表面的蠟質(zhì)，按照體積比3∶1的河沙與種子層積處理，貯藏期間每月翻動1～2次，保持沙子濕潤。2020年1月底選用開闊避風(fēng)、排水良好的地方作為苗床，2020年2月進(jìn)行種子條播，在苗床上鋪一層細(xì)碎的黃心土，覆蓋薄膜。待苗木出土后，及時揭開薄膜，對苗圃進(jìn)行除草、施肥、病蟲害防治、間苗等苗期管理。

1.3 調(diào)查方法

2020年10月苗木停長，先測量苗床的長、寬，設(shè)置1 m×1 m樣方，統(tǒng)計樣方內(nèi)苗木數(shù)量。然后采用隨機(jī)抽樣法，選擇5個1 m×1 m小樣方，劃對角線，沿著對角線調(diào)查樣苗，利用卷尺測量苗高(H)、主根長，游標(biāo)卡尺測量地徑(D)，計算高徑比，共抽取50株樣苗。另外在5個樣方隨機(jī)挖取1株苗，共5株，測量主根長度、Ⅰ級側(cè)根數(shù)，用電子天平稱鮮重，然后在60 ℃烘箱中烘至恒重得干重。

1.4 苗木分級指標(biāo)的確定

利用Origin 2021、SPSS 21軟件對樣苗測定形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析及主成分分析，綜合相關(guān)分析的結(jié)果，確定苗木質(zhì)量分級的關(guān)鍵指標(biāo)。

1.5 苗木質(zhì)量指標(biāo)的逐步聚類分析

1.6 平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差分級

采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行苗木分級，統(tǒng)計分析樣苗苗高、地徑、根系數(shù)量指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差為Ⅱ級苗代表值，以平均值+標(biāo)準(zhǔn)差作為Ⅰ級苗的代表值，平均值-標(biāo)準(zhǔn)差作為Ⅲ級苗的代表值，而以平均值±1/2標(biāo)準(zhǔn)差作為Ⅱ級苗與Ⅰ級、Ⅲ級苗的界限。

2 結(jié)果與分析

2.1 光皮梾木苗木質(zhì)量評價指標(biāo)的相關(guān)分析

對黔中平壩地區(qū)培育光皮梾木苗木苗高、地徑、主根長等生長量指標(biāo)作相關(guān)性分析(見圖1)。苗鮮重、干重極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.99，地徑與鮮重、干重顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.90、0.95，Ⅰ級側(cè)根數(shù)與地徑、苗高顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.89、0.89，除根系長度與高徑比為負(fù)相關(guān)外，其他檢測苗木指標(biāo)均為正相關(guān)。結(jié)果表明，光皮梾木的鮮重、干重是評價苗木質(zhì)量的重要指標(biāo)，地徑、苗高是評價苗木質(zhì)量的主要指標(biāo)，Ⅰ級側(cè)根數(shù)為輔助指標(biāo)，在實際生產(chǎn)中，宜采用顯著相關(guān)且方便測量的苗高、地徑為苗木質(zhì)量分級的主要評價指標(biāo)。

圖1 光皮梾木苗木各質(zhì)量因素間的相關(guān)分析 Fig.1 Correlation matrix between the quality factors of Cornus wilsoniana

2.2 光皮梾木苗木質(zhì)量評價指標(biāo)的主成分分析

進(jìn)行苗木質(zhì)量評價時，各質(zhì)量指標(biāo)之間關(guān)系密切，采用主成分分析法對光皮梾木苗木質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行研究，提取既能反映苗木質(zhì)量，又能在實際生產(chǎn)應(yīng)用中易于觀測的指標(biāo)，把多個苗木質(zhì)量評價指標(biāo)減少為較少的新的綜合性指標(biāo)，由表1可知，光皮梾木的第一主成分的特征值為5.06，解釋總變異的72.30%，第二主成分的特征值為1.55，解釋總變異的22.07%，第一主成分、第二主成分的累積貢獻(xiàn)率為94.37%。因此，提取2個主成分進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

表1 主成分分析結(jié)果Table 1 Principal component analysis of Cornus wilsoniana seedlings

由表2可知，7個苗木質(zhì)量評價指標(biāo)可用兩個主成分解釋，其中第一主成分的表達(dá)式為y1=0.179x1+0.189x2+0.196x3+0.173x4+0.078x5+0.157x6+0.175x7，主要包含地徑、干重、鮮重等指標(biāo)，其地徑載荷量最大，可作為評價苗木質(zhì)量的重要指標(biāo)；第二主成分的表達(dá)式為y2=-0.22x1-0.164x2-0.007x3+0.31x4+0.574x5-0.347x6+0.161x7，主要包含高徑比、苗高、Ⅰ級側(cè)根數(shù)指標(biāo)，高徑比子載荷大，具有輔助參考意義。因此，最終確定光皮梾木苗木質(zhì)量綜合評價模型為y=0.723y1+0.221y2，采用易于觀測苗的苗高、地徑為光皮梾木苗木質(zhì)量評價主要指標(biāo)。

表2 因子載荷及特征向量Table 2 Factor loading matrix and feature vector

2.3 光皮梾木苗木質(zhì)量的逐步聚類分析

2.3.1苗高、地徑的標(biāo)準(zhǔn)化

由于光皮梾木調(diào)查的苗高、地徑不在同一水平上，應(yīng)對苗高、地徑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)處理，按照公式2計算50株樣苗的苗高、地徑標(biāo)準(zhǔn)化值(見表3)。

表3 光皮梾木樣苗苗高及地徑標(biāo)準(zhǔn)化值Table 3 Standardization values of height and ground diameter of Cornus wilsoniana

2.3.2初始分級

經(jīng)2.3.1標(biāo)準(zhǔn)化處理，把樣苗苗高、地徑標(biāo)準(zhǔn)化值之和∑標(biāo)(∑標(biāo)=H標(biāo)+D標(biāo))作為橫坐標(biāo)，以苗號為縱坐標(biāo)，作一維坐標(biāo)圖(圖2)，根據(jù)各樣苗在坐標(biāo)上的集聚小群，對各樣苗進(jìn)行初始分級，光皮梾木50樣苗初始分級的結(jié)果見表4。結(jié)果表明，50個樣苗劃分為3級，Ⅱ級苗最多，Ⅰ、Ⅲ級苗數(shù)量較少。

表4 種苗初始分級結(jié)果Table 4 Initial grading results of Cornus wilsoniana seedlings

圖2 光皮梾木播種苗木坐標(biāo)排序Fig.2 Coordinate sequence diagram for seedlings of Cornus wilsoniana

2.3.3逐步聚類分級

光皮梾木苗木質(zhì)量初始分級受人為因素影響，苗木質(zhì)量3級分類結(jié)果有一定誤差，仍需要進(jìn)一步用公式1對Ⅰ級與Ⅱ級、Ⅱ級與Ⅲ級臨界樣苗分級修正，比較臨界樣苗與相鄰兩級凝聚中心的距離，反復(fù)修訂到最短距離時，樣苗與哪一級的距離最短就可分到哪一級。光皮梾木3級苗初始分級聚集中心分別為XⅠ1(0.92，0.20),XⅡ2(0.55，0.93),XⅢ3(0.04，0.07)。經(jīng)反復(fù)6次修訂，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級苗最終凝聚中心分別為XⅠ2(0.77，0.60)，XⅡ2(0.56，0.32),XⅢ3(0.19，0.16)，至此，第6次修訂后即為最終分級(見表5)。

表5 苗木最終分級標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Final grading standard of Cornus wilsoniana seedlings

聚類分級后，臨界值確定極為重要。由于苗木臨界值的不確定，造成苗木分級標(biāo)準(zhǔn)的提高或降低，進(jìn)而影響造林成本或造林成活率。以Ⅰ、Ⅱ級苗的最終凝聚中心XⅠ2(0.77，0.60)、XⅡ2(0.56，0.32)為圓心，根據(jù)公式3計算，得到Ⅰ級苗的半徑dⅠ= 0.24，Ⅱ級苗的半徑dⅡ=0.20，找出Ⅰ級苗的下限坐標(biāo)(0.55，0.49)、Ⅱ級苗的下限坐標(biāo)(0.34，0.37)。進(jìn)一步得出光皮梾木苗木質(zhì)量分級結(jié)果為：Ⅰ級苗木，苗高H≥103.3 cm、地徑D≥0.59 cm；Ⅱ級苗木，苗高H≥93.0 cm、地徑D≥0.50 cm。因此，采用逐步聚類分級法的光皮梾木苗木質(zhì)量分級為Ⅰ級苗苗高H≥103 cm，地徑D≥0.59 cm；Ⅱ級苗苗高93 cm≤H<103 cm，地徑0.59 cm≤D<0.50 cm；Ⅲ級苗苗高H<93 cm，地徑D<0.50 cm。

2.4 平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差分級方法

調(diào)查光皮梾木的苗高、地徑，統(tǒng)計平均值、標(biāo)準(zhǔn)差，采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差分級法計算，Ⅰ級苗苗高H≥100 cm，地徑D≥0.60 cm；Ⅱ級苗苗高90 cm≤H<100 cm，地徑0.50 cm≤D<0.60 cm；Ⅲ級苗苗高H<90 cm，地徑D<0.50 cm。

3 結(jié)論與討論

通過對貴州平壩地區(qū)光皮梾木苗高、地徑、主根長等形態(tài)指標(biāo)的調(diào)查，相關(guān)分析結(jié)果顯示，苗鮮重、干重是影響光皮梾木苗木質(zhì)量的重要指標(biāo)，地徑、苗高為光皮梾木質(zhì)量評價的主要指標(biāo)。結(jié)合主成分分析結(jié)果，光皮梾木第一主成分的地徑載荷量最大，第二主成分高徑比載荷較大，進(jìn)一步綜合評定易于觀測苗木地徑、苗高為光皮梾木的質(zhì)量分級的主要指標(biāo)。

評定光皮梾木的苗高、地徑為苗木質(zhì)量評價的主要指標(biāo)，采用逐步聚類分級法的苗木質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)為：Ⅰ級苗苗高H≥103 cm，地徑D≥0.59 cm；Ⅱ級苗苗高93 cm≤H<103 cm，地徑0.59 cm≤D<0.50 cm；Ⅲ級苗苗高H<93 cm，地徑D<0.50 cm。采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差將光皮梾木苗木質(zhì)量劃分為3級(Ⅰ、Ⅱ級和Ⅲ級)標(biāo)準(zhǔn)為：Ⅰ級苗苗高H≥100 cm，地徑D≥0.60 cm；Ⅱ級苗苗高90 cm≤H<100 cm，地徑0.50 cm≤D<0.60 cm；Ⅲ級苗苗高H<90 cm，地徑D<0.50 cm。與光皮梾木苗木培育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對光皮梾木苗木質(zhì)量分級(Ⅰ級苗：H>60 cm，D>0.60 cm；Ⅱ級苗：50 cm≤H<60 cm，0.50 cm≤D<0.60 cm)標(biāo)準(zhǔn)相比，Ⅰ級、Ⅱ級苗木的株高均較大，對比光皮梾木苗木質(zhì)量采用逐步聚類分級法與平均值±標(biāo)準(zhǔn)差法分級結(jié)果，分級結(jié)果極其相似，但由于平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的計算方法簡單。因此，在實際苗木生產(chǎn)中宜采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行苗木質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的劃分。

苗木質(zhì)量的評價除苗高、地徑、根系等形態(tài)指標(biāo)評定外，還應(yīng)包括苗木碳水化合物、芽休眠狀態(tài)等生理指標(biāo)和根系生長潛力、抗凍性、抗逆性等性能指標(biāo)。本研究僅通過選用易于觀測的苗高、地徑為關(guān)鍵指標(biāo)評定苗木質(zhì)量仍不全面。因此，有必要進(jìn)一步對光皮梾木苗木質(zhì)量的評價因子增加相關(guān)生理性能指標(biāo)的綜合評價，同時結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件、苗木造林成活率、保存率和生長量，制定貴州光皮梾木苗木質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn)。