章理運，邱 林，申明海，楊 博，周傳濤，張英姿，吳文竹

（1. 信陽市林業(yè)科學(xué)研究所，河南 信陽 464031；2. 信陽雞公山自然保護(hù)區(qū)管理局，河南 信陽 464133）

薄殼山核桃（Carya illinoensis）又名長山核桃、美國山核桃、碧根果，為胡桃科（Juglandaceae）山核桃屬（CaryaNutt.）落葉喬木，是世界上重要的干果樹種之一，原產(chǎn)于美國和墨西哥北部［1］。其果仁色美味香，無澀味，營養(yǎng)豐富，果仁油脂中不飽和脂肪酸的含量高達(dá) 940 g/kg，優(yōu)于茶油（910 g/kg）和山核桃油（890 g/kg）［2-3］。不飽和脂肪酸可以降低血液中膽固醇和甘油三酯的含量，能調(diào)節(jié)心臟功能、降低血液黏稠度、增強(qiáng)記憶力和思維能力，有利于人體健康，因此薄殼山核桃油脂是一種珍貴的營養(yǎng)保健油，是理想的保健食品，極具市場競爭力［4］。近年來，我國大力發(fā)展木本油料產(chǎn)業(yè)，作為油料、木材、園林綠化兼具的薄殼山核桃備受關(guān)注，浙江、江蘇、云南、安徽、江西、湖北等地出現(xiàn)種植熱潮。

薄殼山核桃在我國雖有百年的引種歷史，但到目前為止仍未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，堅果消費基本依賴進(jìn)口，造成這種現(xiàn)象的一個重要原因是缺乏科研和生產(chǎn)的積累［5］，多數(shù)果樹結(jié)果遲、品質(zhì)差、產(chǎn)量低而不穩(wěn)定，使得薄殼山核桃應(yīng)有的生產(chǎn)潛力沒有得到充分發(fā)揮［6］。苗木生長規(guī)律是苗木遺傳特性與環(huán)境條件相適應(yīng)的反映，也是進(jìn)行生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)，根據(jù)苗木生長過程中不同時期的生物學(xué)特性科學(xué)管理苗木，可以避免管理上的盲目性，降低管理成本，同時可以人為地施加“促生”和“抑生”條件，如施肥、剪枝、摘心、環(huán)剝、環(huán)割等調(diào)控措施來抑制營養(yǎng)生長，促進(jìn)生殖生長［7-8］，達(dá)到早產(chǎn)豐產(chǎn)的目的。目前，國內(nèi)對薄殼山核桃的研究主要集中在繁殖技術(shù)、開花與授粉能力觀察［9-10］、光合作用［11-12］、果實生長和品質(zhì)特征［13-14］以及人為調(diào)控對其生長的影響［15-16］等方面，而在生長規(guī)律方面的研究較少，也缺少生長時期劃分的有關(guān)資料，不利于對該樹種的持續(xù)動態(tài)管理。本研究以種植2年后的波尼薄殼山核桃苗木為試驗材料，通過年生長周期內(nèi)連續(xù)不間斷的監(jiān)測記錄，采用曲線模型對其年生長變化情況進(jìn)行模擬分析，同時對生長時期進(jìn)行劃分，以探索其生長規(guī)律，旨在為薄殼山核桃在豫南地區(qū)的豐產(chǎn)栽培與科學(xué)管理等提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為波尼薄殼山核桃嫁接苗，2016年3月從浙江金華引進(jìn)700余株，苗高70～120 cm。

試驗地設(shè)在信陽市浉河區(qū)游河鄉(xiāng)和羅山縣周黨鎮(zhèn)，為北亞熱帶和暖溫帶的南北過渡區(qū)，屬北亞熱帶季風(fēng)類型，雨熱同季，氣候溫和，四季分明，年平均氣溫15.1～15.3℃，最冷月平均氣溫10℃，最熱月平均氣溫29.9℃，極端最高氣溫40.9℃，極端最低氣溫-20.3℃，無霜期220～230 d，年平均降水量1 100 mm左右，≥10℃的年積溫4 820～4 970℃。屬低山丘陵區(qū)，海拔100～200 m，地勢稍有起伏，土壤為黃棕壤，土層厚度一般在50 cm以上，pH值為6.5左右，呈微酸性。

1.2 試驗方法

試驗于2015年10月底開始整地挖穴，樹穴規(guī)格80 cm×80 cm×70 cm，造林密度設(shè)6 m×6 m、6 m×8 m、8 m×8 m 3種 規(guī) 格。2016年3月將薄殼山核桃嫁接苗按3種種植密度定植于試驗地中，經(jīng)1年栽植緩苗后，2017年春季開始觀測。

自2017年3月15日芽萌動至11月30日樹木開始落葉，選擇30株生長發(fā)育正常的薄殼山核桃樹苗為標(biāo)準(zhǔn)株并掛牌，每隔15 d測定1次，主要測定株高、新梢長、冠幅（鋼卷尺測量，精確到0.1 cm）和地徑（游標(biāo)卡尺測量，精確到 0.01 mm）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 生長時期的劃分 采用有序樣本聚類法（最優(yōu)分割法）［17］，借助 DPS2000有序樣本聚類分析程序計算。

1.3.2 生長過程的擬合 應(yīng)用SPSS 17軟件進(jìn)行回歸分析［18-19］，采用的數(shù)學(xué)模型包括二次曲線、等比級數(shù)曲線、S形曲線、三次方程、指數(shù)方程、冪函數(shù)曲線、Logistic方程模型。

二次曲線：Y=A+BT+CT2

等比級數(shù)曲線 ：Y=e（A+BT）

S 移曲線 ：Y=e（A+B/T）

三次方程：Y=A+BT+CT2+DT3

指數(shù)方程 ：Y=Ae（BT）

冪函數(shù)曲線：Y=ATB

Logistic 方程 ：Y=1/（1/u+ABT）

式中，Y為生長量，A、B、C、D為隨機(jī)參數(shù)。分別將薄殼山核桃的苗高、地徑、分枝（新稍）生長數(shù)據(jù)用上述7個模型進(jìn)行擬合，通過回歸分析，從中選擇最優(yōu)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南薄殼山核桃株高年生長規(guī)律

薄殼山核桃栽植的第1年，由于起苗時根系損傷、生長量較少，處于保活和樹體恢復(fù)階段，第2年開始正常生長。在豫南地區(qū)，山核桃于3月15日左右開始萌動，4月上旬開始抽稍、展葉，4月中、下旬新稍迅速伸長，生長較快，形成第1次生長高峰期，6月下旬至7月上旬有一個減慢生長階段，持續(xù)時間在15～20 d；7月中旬至8月下旬生長加快，形成第2次生長高峰期，9月上旬生長量減慢，9月15日以后株高生長基本停止，但葉片在樹上一直保持至10月底，11月上旬葉片開始變色，11月中旬逐漸脫落。全年株高凈生長量為77.6 cm（平均值），呈現(xiàn)出明顯的“快-慢-快-慢”的生長節(jié)律。

2.1.1 株高年生長時期劃分 薄殼山核桃的苗高生長隨著時間的推移出現(xiàn)動態(tài)變化規(guī)律，對其生長時期的劃分需按順序把樣本分割成若干段，因此本研究采用有序樣本聚類分割法（Fisher分類方法）對薄殼山核桃的生長時期進(jìn)行劃分，從3月下半月開始至11月上半月止，每15 d凈生長量的數(shù)據(jù)按順序連續(xù)編號為x1，x2，x3，…x16。通過計算機(jī)軟件程序可將這16個有序樣本分為4類：{ x1}，{ x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8}，{ x9，x10，x11}，{ x12，x13，x14，x15，x16}。將分類結(jié)果與實際測量結(jié)果相結(jié)合，可將薄殼山核桃的生長時期劃分為4個時期（表1）。從表1可以看出，薄殼山核桃在豫南的年株高生長時間達(dá)180 d，年株高總生長量為77.6 cm，每15 d的凈生長量見圖1。

圖1 河南薄殼山核桃株高凈生長量變化

2.1.2 株高年生長模型 由表2可知，用三次方程曲線模型擬合的決定系數(shù)（R2=0.991）最大，擬合效果最好，因此薄殼山核桃造林第2年株高的生長模型為：

H=82.145＋4.923T＋0.515T2－0.032T3

經(jīng)差異顯著性檢驗，模型的方差分析結(jié)果達(dá)到極顯著水平（F=465.876，P＜0.01，表3），表明回歸結(jié)果較可靠，推測的實際生長過程具有較高的準(zhǔn)確性（圖2）。

表1 河南薄殼山核桃株高、地徑、分枝各生長時期的劃分及生長情況

表2 河南薄殼山核桃樹高連續(xù)生長數(shù)學(xué)模型擬合結(jié)果

表3 河南薄殼山核桃株高連續(xù)生長回歸方差分析

圖2 河南薄殼山核桃株高連續(xù)生長量及三次曲線擬合結(jié)果

2.2 河南薄殼山核桃地徑年生長規(guī)律

薄殼山核桃地徑的生長與株高生長相關(guān)，隨著苗高的增長地徑也相應(yīng)地增長。地徑生長進(jìn)入速生期的時間較株高生長進(jìn)入高峰期的時間延后50～60 d，生長期也相應(yīng)較株高生長延后約45 d，說明株高生長停止后地徑仍會維持較長一段時間的生長過程。用上述7個模型對薄殼山核桃地徑連續(xù)生長量進(jìn)行模擬，結(jié)果見表4，表明薄殼山核桃地徑的連續(xù)生長模型為：

D=18.416－0.957T＋0.324T2－0.013T3

地徑模型的方差分析結(jié)果見表5，從表5可以看出，回歸結(jié)果較為理想，擬合模型的方差分析結(jié)果達(dá)到極顯著水平（F=910.332，P＜0.01），模擬擬合曲線見圖3，表明地徑生長與生長時間存在極顯著相關(guān)關(guān)系。

表5 河南薄殼山核桃地徑連續(xù)生長回歸方差分析

表4 河南薄殼山核桃地徑連續(xù)生長數(shù)學(xué)模型擬合結(jié)果

圖3 河南薄殼山核桃地徑連續(xù)生長量及三次曲線擬合結(jié)果

利用DPS軟件對觀測的16組地徑數(shù)據(jù)進(jìn)行有序樣本的聚類分析結(jié)果，可將地徑生長分為萌芽期、生長初期、速生期、生長后期4個階段，各個生長時期的生長量以及占全年地徑的生長比例見表1。地徑的生長情況與株高生長不同，地徑生長表現(xiàn)出“慢-快-慢”的生長過程，速生期集中在5月中旬至8月底，年生長時間達(dá)225 d，年凈生長量為14.71 mm（平均值）。由圖4可知，地徑生長在開始生長的4月至5月上旬生長較慢，時間約45 d左右，然后進(jìn)入快速生長階段，在整個快速生長階段與株高生長不同，生長減慢階段生長量降低的程度較株高生長小。

圖4 河南薄殼山核桃地徑凈生長量變化

表6 河南薄殼山核桃分枝連續(xù)生長數(shù)學(xué)模型擬合結(jié)果

2.3 河南薄殼山核桃分枝（新梢）年生長規(guī)律

薄殼山核桃分枝的年生長規(guī)律與株高生長相似，但與年高生長節(jié)律又有所不同，分枝的第1個生長高峰期在5月31日前，6月上中旬生長減慢，6月下旬至7月上旬生長加快，7月下旬達(dá)到第2個生長高峰，分枝生長表現(xiàn)出“快-慢-快”的生長節(jié)律。分枝的生長停止時間與株高、地徑不同，較株高生長停止時間提前1個月，較地徑提前2個月。用上述7個曲線模型進(jìn)行模擬，結(jié)果見表6。從表6可以看出，二次曲線、S形曲線、三次方程和冪函數(shù)曲線等4個模型均能較好地擬合，為了簡單方便，本研究選擇二次曲線模型為薄殼山核桃分枝的連續(xù)生長模型：

Y=0.348＋8.551T－0.319T2

方差分析結(jié)果（表7）表明，擬合結(jié)果達(dá)到極顯著水平（F=1626.872，P＜0.01），分枝累積生長量及二次曲線擬合結(jié)果見圖5，可見用此回歸模型描述分枝的生長規(guī)律是合適的。

表7 河南薄殼山核桃分枝連續(xù)生長回歸方差分析

圖5 河南薄殼山核桃分枝連續(xù)生長量及二次曲線擬合結(jié)果

用有序樣本聚類分割法對薄殼山核桃的分枝生長時期進(jìn)行劃分，可以將薄殼山核桃的分枝生長分為4個時期：萌芽期、第1個生長高峰期、第2個生長高峰期、生長后期。由圖6可知，分枝的生長與株高生長同時進(jìn)行，分枝的年生長時間為150 d、年凈生長量為45.92 cm（平均值）。生長后期雖然枝條上有葉片，但較少伸長，8月15日后分枝生長基本停止（表1）。

圖6 河南薄殼山核桃分枝凈生長量變化

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，在豫南地區(qū)，薄殼山核桃幼齡林階段，其株高、地徑的生長規(guī)律遵循三次方程曲線，分枝（新梢）的生長規(guī)律遵循二次曲線，利用這3個方程可以模擬株高、地徑和分枝（新梢）的生長過程，擬合效果較好。與陳煒青等［20］對油橄欖（Olea europaeaL.）、張琳等［7］對銀雀樹（Tapiseia siriensisOliv.）、蔣燚等［21］對黑荊樹（Acacia mearnsii）的研究結(jié)果不同，他們用Logistic方程擬合樹高、地徑的效果較好，而本試驗通過7個曲線模型擬合結(jié)果表明，薄殼山核桃的株高、地徑生長規(guī)律更適合三次方程曲線；與周祥斌等［22］對香椿（Toona sinensis）的研究相比，株高的擬合結(jié)果不同，而地徑的擬合結(jié)果基本相同。說明薄殼山核桃的高生長規(guī)律與這4個樹種的高生長規(guī)律存在差異，而地徑的生長規(guī)律與香椿的地徑生長規(guī)律相似，原因可能是由于樹種本身生物學(xué)特性的差異引起，或者是由于樹齡、地理氣候因素引起。從分枝的擬合結(jié)果看，生長規(guī)律既符合二次曲線，亦符合三次方程，而用Logistic方程擬合效果不理想，說明用Logistic方程模擬樹木生長規(guī)律有局限性。隨著樹齡的增長，或人為施加管理等因素的影響是否仍遵循這一規(guī)律需進(jìn)一步研究。

通過觀測發(fā)現(xiàn)，波尼薄殼山核桃在豫南的年生長時間可達(dá)220 d以上，達(dá)到薄殼山核桃生長發(fā)育對時間要求。其中，年株高凈生長量為77.6 cm，年地徑凈生長量為14. 71 mm，與呂運舟等［23］的研究結(jié)果以及美國原產(chǎn)地生長表現(xiàn)相似。用Fisher分類方法對波尼株高、地徑、分枝的生長時期進(jìn)行劃分，結(jié)果表明三者的生長時期均不相同，株高和分枝的生長均有2個生長高峰期，但時間不同；株高的第1個生長高峰期從4月1日至7月15日（105 d），生長量占全年的60.3%；而分枝的第1個生長高峰期為4月1日至5月30日（60 d），生長量占全年的57.8%，較株高提前45 d結(jié)束；株高的第2個生長高峰期從7月15日至9月15日，而分枝生長從6月1日至8月15日，較株高提前45 d進(jìn)入高峰期，提前30 d結(jié)束。這與熊新武等［24］的研究結(jié)果不盡相同，其中，2次生長高峰相同，但株高生長高峰期的時間不同，生長量占比也不同；分枝高峰期的時間基本相同，生長量占比不同。也與殷巧等［25］、姚小華等［26］研究的高峰期時間結(jié)果不同，原因可能是由于品種或樹齡或地理位置不同等引起，有待進(jìn)一步研究。

本研究結(jié)果表明，株高、地徑、分枝（新梢）生長規(guī)律的3個曲線方程可以為薄殼山核桃在豫南地區(qū)幼齡林時期的生長動態(tài)預(yù)測與科學(xué)管理提供依據(jù)，對生長階段的劃分亦可為造林后實際生產(chǎn)階段的管理提供指導(dǎo)，按照不同階段的生長特性采取相應(yīng)的管理措施。生長高峰期對樹木的生長起著關(guān)鍵作用，因此，要加強(qiáng)水、肥管理，促進(jìn)苗木的快速生長及根系發(fā)達(dá)，而在生長減慢期如5月下旬至6月下旬可進(jìn)行修剪、拉枝、扭傷等管理，促進(jìn)苗木提前結(jié)果。