歐建德 康永武

(1. 明溪縣林業(yè)局，福建 三明 365200；2. 沙縣林業(yè)局，福建 三明 365500)

巒大杉 (Cunninghamiakonishii) 又名香杉[1-2]，為杉科 (Taxodiaceae) 杉木屬 (Cunninghamia) 的大喬木，為我國臺灣特有種，原產(chǎn)于臺灣中部、北部及東北部，其木材紋理直，結(jié)構(gòu)細(xì)，心邊材明顯，芳香，是我國優(yōu)良用材樹種。巒大杉在福建等我國南方地區(qū)成功引種，并已在福建省內(nèi)大規(guī)模育苗造林[2]，但在因苗木質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法的缺失導(dǎo)致巒大杉人工造林成效不理想等問題。苗木培育與選擇，直接關(guān)系到造林成效、收獲周期與培育成本[3]。用規(guī)范化、統(tǒng)一的苗木質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)壯苗生產(chǎn)，可提高造林成活率與林木生長量[4-7]，因此開展巒大杉苗木質(zhì)量分級研究顯得十分迫切。

鑒于當(dāng)前國內(nèi)有關(guān)苗木質(zhì)量分級研究大多采用逐步聚類法[4,6-11]或平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法[12-15]，且不同方法的分級結(jié)果往往差異較大。為此，在福建省內(nèi)的代表性的4個(gè)巒大杉苗木產(chǎn)地進(jìn)行采樣，分別采用逐步聚類法和平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法進(jìn)行1年生實(shí)生苗質(zhì)量分級、制訂標(biāo)準(zhǔn)，開展不同方法的各等級苗木造林試驗(yàn)，并進(jìn)行質(zhì)量分級與造林成效比較，以期優(yōu)化福建省巒大杉的苗木質(zhì)量與分級標(biāo)準(zhǔn)，為巒大杉培育提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 苗木來源與測定

在福建省閩西 (福建上杭)、閩中 (福建沙縣、福建國有來舟林業(yè)試驗(yàn)場) 和閩東 (福建安溪) 的4個(gè)巒大杉育苗基地按照每個(gè)基地3個(gè)樣方 (0.11 m2) 的標(biāo)準(zhǔn)，隨機(jī)制取12個(gè)樣方共計(jì)171株巒大杉苗木，逐株測量苗木地徑、苗高、地上鮮質(zhì)量、地下鮮質(zhì)量，并計(jì)算總鮮質(zhì)量、高徑比。

1.2 苗木質(zhì)量分級方法

1.2.1逐步聚類法

1) 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：將苗高、地徑按Zi=(xi-xmin)/(xmax-xmin) 式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化值，式中Zi為標(biāo)準(zhǔn)化值，xi為個(gè)體性狀值，xmin為性狀最小值，xmax為性狀最大值。2) 初始化分級：計(jì)算性狀標(biāo)準(zhǔn)化值和并按大小排序，在小群距離較明顯地方，將群體劃分為3群 (即3級) ，完成初始化分級[4,8-11]。3) 修改分級：按照初始分級結(jié)果，分別計(jì)算各級的性狀標(biāo)準(zhǔn)化值的平均數(shù)作為該級的凝聚中心，計(jì)算個(gè)體與相鄰凝聚中心的距離d，以距離凝聚中心的距離最近為標(biāo)準(zhǔn)，判定個(gè)體 歸屬 (最短距離法)[4,8-11]。每次修改后，如有變化，需按新的分級重新計(jì)算凝聚中心和距離。如此反復(fù)進(jìn)行，直到完全沒有變化。分級即結(jié)束。距離d按參考文獻(xiàn) [4] 的公式計(jì)算。4) 臨界值確定：按參考文獻(xiàn) [4] 的方法，計(jì)算各級性狀最后的凝聚中心，Ⅰ、Ⅱ級性狀半徑并在方格紙上確定性狀下限值。5) 等級標(biāo)準(zhǔn)確定：將等級性狀下限的性狀標(biāo)準(zhǔn)化值換算為性狀值，劃分等級性狀的標(biāo)準(zhǔn)[4,8-11]。

1.2.2平均值±標(biāo)準(zhǔn)差法

計(jì)算群體性狀均值和標(biāo)準(zhǔn)差，按照平均值 + 標(biāo)準(zhǔn)差、平均值-標(biāo)準(zhǔn)差作為Ⅰ、Ⅱ級下限值[12-15]。

1.3 造林成活率試驗(yàn)設(shè)計(jì)

造林地設(shè)在福建省國有來舟林業(yè)試驗(yàn)場，武夷山向東延伸的支脈茫蕩山的西北部，屬中亞熱帶季風(fēng)性氣候，溫暖濕潤，年平均氣溫19.4 ℃，極端最高氣溫41.0 ℃，極端最低氣溫-6.5 ℃，無霜期290～310 d，年降雨量1 800 mm左右，年平均相對濕度80%以上。造林地土壤為山地紅壤，土層厚度 > 100 cm，pH 4.7。

完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)試驗(yàn)均設(shè)3個(gè)處理 (分別為應(yīng)用逐步聚類法和平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法劃分的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級苗木)，3個(gè)重復(fù)，50株/小區(qū)，小區(qū)間用2行木荷隔離。試驗(yàn)區(qū)立地相對一致，造林苗木來源于福建省國有來舟林業(yè)試驗(yàn)場育苗基地，造林株行距為2.0 m × 2.0 m，2015年2月造林，造林與撫育管理措施一致。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

2015年10月逐株測量當(dāng)年抽梢，并計(jì)算造林成活率。采用Excel 2003和SPSS 21軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。造林成活率按x=arcsinx1/2式轉(zhuǎn)換后進(jìn)行方差分析與多重比較。采用單因素方差分析法和Duncan法進(jìn)行方差分析和多重比較 (α=0.05)。利用Excel 2003軟件進(jìn)行苗木分級。相關(guān)性分析采用SPSS 21軟件進(jìn)行。表中數(shù)據(jù)為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 評價(jià)性狀確定

巒大杉苗木地徑、苗高、高徑比、地下鮮質(zhì)量、地下鮮質(zhì)量、全株鮮質(zhì)量等6個(gè)生長指標(biāo)間的相關(guān)分析結(jié)果見表1。結(jié)果表明：巒大杉苗木苗高，地徑與苗木地上、地下鮮質(zhì)量，全株鮮質(zhì)量相關(guān)性極顯著，且與高徑比指標(biāo)的相關(guān)性亦達(dá)到極顯著水平，可以作為評價(jià)苗木質(zhì)量的形態(tài)指標(biāo)。實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用苗高、地徑2個(gè)容易測定性狀作為苗木分級指標(biāo)，具有容易掌握、操作方便的特點(diǎn)，可作為巒大杉苗木分級指標(biāo)。

表1 苗木性狀相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of seedling traits

注：**表示相關(guān)極顯著 (P< 0.01)。

2.2 苗木分級

2.2.1逐步聚類法的苗木分級結(jié)果

將171株樣苗的苗高、地徑按Zi=(xi-xmin)/(xmax-xmin) 式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化值，計(jì)算樣苗的苗高和地徑標(biāo)準(zhǔn)化值之和，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值之和由大到小排序，在1.0、0.5的標(biāo)準(zhǔn)化值之和處將樣苗劃分成3群 (即3級)，完成苗木初始化分級。依據(jù)初始化分級結(jié)果，計(jì)算各級苗木的苗高、地徑標(biāo)準(zhǔn)化值的均值，作為該級苗木的凝聚中心，計(jì)算各樣苗與各級的苗木凝聚中心的距離，依據(jù)最短距離原則重新判別樣苗的所屬的等級。經(jīng)5次聚類修訂后分級結(jié)果保持不變，最終計(jì)算出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級的凝聚中心分別為XⅠ(0.58, 0.66)、XⅡ(0.33, 0.42)、XⅢ(0.18, 0.19)。計(jì)算各級別樣苗的苗高、地徑標(biāo)準(zhǔn)化值的標(biāo)準(zhǔn)方差，取苗高、地徑標(biāo)準(zhǔn)方差和的平方根為該等級的半徑；將其凝聚中心和半徑轉(zhuǎn)繪在方格紙上，讀出Ⅰ、Ⅱ等級地徑、苗高標(biāo)準(zhǔn)化值的下限[4]，經(jīng)計(jì)算，Ⅰ級苗木的地徑、苗高標(biāo)準(zhǔn)化值下限分別為0.34、0.51，Ⅱ級苗木的地徑、苗高標(biāo)準(zhǔn)化值下限分別為0.24、0.30。經(jīng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)等級地徑、苗高初始值，得出苗木的分級標(biāo)準(zhǔn)。再將巒大杉苗木分級標(biāo)準(zhǔn)、比例與等級間苗高、地徑方差分析結(jié)果見表2。

表2 苗木分級標(biāo)準(zhǔn)與級別間苗木生長差異Table 2 Grading standard and the growth differences among grades

注：數(shù)據(jù)為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

由表2可知，采用逐步聚類法的巒大杉Ⅰ級苗標(biāo)準(zhǔn)為H≥ 40.5 cm，D≥ 0.47 cm；Ⅱ級苗標(biāo)準(zhǔn)：29.2 cm ≤H< 40.5 cm，0.40 cm ≤D< 0.47 cm；Ⅲ級苗標(biāo)準(zhǔn)：H< 29.2 cm，D< 0.40 cm；苗高、地徑的任一項(xiàng)不達(dá)等級標(biāo)準(zhǔn)，則苗木等級下降一級。參試樣苗中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級比例分別為29.24%、40.35%和30.41%，合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 占總數(shù)的69.59%。不同等級間的苗高和地徑指標(biāo)均存在著顯著性差異，苗高、地徑大小排序均為Ⅰ級 > Ⅱ級 > Ⅲ級，呈現(xiàn)隨苗木等級升高而顯著遞減趨勢。

2.2.2平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的苗木分級結(jié)果

應(yīng)用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法，巒大杉苗木質(zhì)量與分級標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果見表2。結(jié)果表明，采用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的巒大杉Ⅰ級苗標(biāo)準(zhǔn)為H≥ 47.5 cm，D≥ 0.63 cm；Ⅱ級苗標(biāo)準(zhǔn)：27.0 cm ≤H< 47.5 cm，0.36 cm ≤D< 0.63 cm；Ⅲ 級苗標(biāo)準(zhǔn)：H< 27.0 cm，D< 0.36 cm；苗高、地徑的任一項(xiàng)不達(dá)等級標(biāo)準(zhǔn)，則苗木等級下降一級。參試樣苗中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級比例分別為10.52%、67.25%和22.23%，合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 占總數(shù)的77.77%。不同等級間的苗高和地徑指標(biāo)均存在著顯著性差異，苗高、地徑大小排序均為Ⅰ級 > Ⅱ級 > Ⅲ級，呈現(xiàn)隨苗木等級升高而顯著遞減趨勢。

2.2.32種苗木分級方法比較

比較2種方法下參試苗木等級比例、苗木分級標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果 (表2) 發(fā)現(xiàn)，相對于逐步聚類法，采用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的質(zhì)量分級，其Ⅰ級苗的苗高與地徑標(biāo)準(zhǔn)下限均相對更大，Ⅰ級苗苗高、地徑均值分別為54.8、0.73 cm，較逐步聚類法相同性狀分別提高了5.9、0.13 cm，Ⅰ級苗木比例由逐步聚類法29.24%下降為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的10.52%；相對于逐步聚類法，采用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的Ⅱ級苗的苗高與地徑標(biāo)準(zhǔn)的取值范圍均相對更寬，Ⅱ級苗苗高、地徑均值分別為38.6、0.51 cm，較逐步聚類法相同性狀分別提高了2.3、0.03 cm，Ⅱ級苗木比例由40.35%上升級為67.25%；采用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的Ⅲ級苗的苗高與地徑標(biāo)準(zhǔn)上限與均值均較逐步聚類法更小，比例亦相應(yīng)更小。采用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的巒大杉合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 占總數(shù)的77.77%，較逐步聚類法的69.59%更高，2種方法在巒大杉的Ⅰ級苗的標(biāo)準(zhǔn)與比例方面差異最大。采用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的巒大杉合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 比例為77.77%，較逐步聚類法更加接近合格苗控制在85%水平[12]；采用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的巒大杉相鄰等級的苗高、地徑性狀差異較逐步聚類法明顯。研究結(jié)果表明，不同苗木質(zhì)量分級方法明顯影響著苗木分級標(biāo)準(zhǔn)、各等級與合格苗木比例、相鄰等級苗高、地徑性狀的差異程度。

2.3 造林效果

不同苗木等級造林效果結(jié)果見表3。

表3 不同苗木等級造林效果Table 3 The afforestation effect of different seedlings grades

由表3可知，應(yīng)用逐步聚類法劃分Ⅰ、Ⅱ級巒大杉苗木的造林成活率顯著高于Ⅲ級苗木，但Ⅰ、Ⅱ級苗木間的造林成活率無顯著性差異；幼樹當(dāng)年抽梢隨著苗木等級升高而呈現(xiàn)顯著遞減趨勢。應(yīng)用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法劃分巒大杉苗木的造林成活率與當(dāng)年抽梢均呈現(xiàn)隨著苗木等級升高而顯著遞減趨勢。

通過比較2種苗木質(zhì)量分級方法的不同苗木等級的造林效果發(fā)現(xiàn)：在造林成活率方面，應(yīng)用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的3個(gè)等級苗木間的造林成活率均存在顯著性差異，而逐步聚類法的Ⅰ、Ⅱ等級苗木間不存在顯著性差異；應(yīng)用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的相鄰等級間造林成活率差異幅度較逐步聚類法明顯。在生長 (當(dāng)年抽梢) 方面，2種方法的3個(gè)等級苗木間的造林成活率均存在顯著性差異，但應(yīng)用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的Ⅰ、Ⅱ等級苗木生長差異較逐步聚類法明顯。

綜合2.2不同苗木質(zhì)量分級方法的合格苗比例，以及相鄰等級間苗高與地徑差異情況，認(rèn)為采用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法劃分的巒大杉苗木等級標(biāo)準(zhǔn)更加合理。

3 結(jié)論與討論

本研究在系統(tǒng)采集福建省內(nèi)不同產(chǎn)區(qū)的巒大杉苗木樣本基礎(chǔ)上，制定出福建省巒大杉苗木等級標(biāo)準(zhǔn)，為巒大杉苗木的培育與應(yīng)用提供依據(jù)。本研究采用逐步聚類法和平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法等2種方法對巒大杉苗木進(jìn)行苗木分級與造林成效試驗(yàn)，通過比較、綜合2種方法的合格苗木比例、相鄰等級苗木性狀與造林成效差異表現(xiàn)，指出應(yīng)用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法進(jìn)行巒大杉苗木質(zhì)量分級優(yōu)于逐步聚類法，是可行的。巒大杉分級標(biāo)準(zhǔn)為Ⅰ級苗標(biāo)準(zhǔn)H≥ 47.5 cm，D≥ 0.63 cm；Ⅱ級苗27.0 cm ≤H< 47.5 cm，0.36 cm ≤D< 0.63 cm；苗高、地徑的任一項(xiàng)不達(dá)等級標(biāo)準(zhǔn)，則等級下降一級。受苗木采樣范圍局限，本研究制定的巒大杉苗木分級標(biāo)準(zhǔn)僅適應(yīng)于福建省。

研究結(jié)論認(rèn)為，苗高與地徑可以作為巒大杉苗木分級指標(biāo)，這與前人的研究結(jié)論一致[4,7-11]。研究結(jié)論認(rèn)為，不同質(zhì)量等級苗木顯著影響造林成效，這與前人研究結(jié)論一致[16]。不同苗木質(zhì)量分級方法明顯影響著苗木分級標(biāo)準(zhǔn)、各等級與合格苗木比例、相鄰等級苗高、地徑性狀的差異程度，這與前人研究結(jié)論一致[17]；研究結(jié)論認(rèn)為，苗木造林成活率與苗木粗壯程度有關(guān)，苗木粗壯、地徑越大，造林成活率越高，是造成應(yīng)用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法的Ⅰ、Ⅱ等級間造林成活率差異較逐步聚類法明顯的原因，可能與應(yīng)用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法制訂的巒大杉Ⅰ、Ⅱ級苗木粗壯差異程度 (Ⅰ、Ⅱ級地徑標(biāo)準(zhǔn)下限間差值達(dá)0.27 cm，以下簡稱地徑差值) 遠(yuǎn)較應(yīng)用逐步聚類法 (地徑差值0.07 cm) 的更大有關(guān)。綜合各等級苗木性狀差異程度與苗木造林效果，實(shí)現(xiàn)苗木分級方法與標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選是可行和必要的。采用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差法進(jìn)行巒大杉苗木分級標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于逐步聚類法，這與前人在青梅苗木分級[17]研究結(jié)論相互驗(yàn)證。

本試驗(yàn)的Ⅰ級巒大杉苗木比例為10.52%、合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 比例為77.77%，兩者比例均明顯偏低，說明巒大杉的整體育苗水平亟待提高、有關(guān)其育苗技術(shù)研究尚待深入。

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