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        黔產(chǎn)毛葉木姜子苗木質(zhì)量評價與分級

        2022-07-08 05:43:28簡才源袁叢軍戴曉勇郭貴明李永榮丁訪軍劉發(fā)明
        廣西林業(yè)科學(xué) 2022年3期

        簡才源,袁叢軍,劉 娜,戴曉勇,郭貴明,李永榮,丁訪軍,劉發(fā)明

        (1.貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,貴州貴陽 550003;2.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院,貴州貴陽 550005;3.貴州黔中香綠色產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司,貴州紫云 550800)

        毛葉木姜子(Litsea mollis)為樟科(Lauraceae)木姜子屬落葉灌木或小喬木[1],在我國廣東、廣西、湖南、湖北、四川、貴州、云南和西藏東部等地均有分布;主要生長在海拔600 ~2 800 m 的山坡灌叢或闊葉林中。毛葉木姜子的果實(shí)對緩解和治療腹瀉、氣脹等效果較好,根可用于治療勞傷、氣痛等[1]。林婷等[2]對毛葉木姜子的天然林群落組成、開花情況和種群結(jié)構(gòu)變化等進(jìn)行研究;劉均利等[3]從萌條、培養(yǎng)基篩選及組培苗移栽等方面對毛葉木姜子進(jìn)行研究,為毛葉木姜子組培快繁提供技術(shù)路線;曹劍等[4]從外植體獲取時間、消毒和抗褐變等方面進(jìn)行研究,建立毛葉木姜子組培無菌體系;賞霞飛[5]對毛葉木姜子的化學(xué)成分進(jìn)行提取和分析,得到多個具有明顯抗炎活性的化合物;全國林木種子標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會[6]研究制定了毛葉木姜子育苗技術(shù)規(guī)程,為規(guī)范化苗木培育提供參考。林木種苗是林業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要基礎(chǔ),前人對毛葉木姜子的研究以苗木培育和資源開發(fā)為主,關(guān)于其苗木質(zhì)量評價和分級的相關(guān)研究尚未見報道,在國家和貴州省主要造林樹種苗木質(zhì)量等級目錄中也未有記載[7-8],因此開展毛葉木姜子苗木質(zhì)量評價與分級研究非常必要。

        苗木質(zhì)量分級研究多采用(平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差)和逐步聚類兩種方法[9-15]。本研究在參考前人方法的基礎(chǔ)上,采用快速聚類方法進(jìn)行苗木質(zhì)量分級,具體方法不同,但內(nèi)在邏輯相通。

        本研究以大田裸根苗為材料,測定1年生毛葉木姜子裸根苗的生長指標(biāo),運(yùn)用方差分析(多重比較)、主成分分析和聚類分析等方法,對相關(guān)生長指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量分析評價,并采用快速聚類方法對苗木分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討,為貴州區(qū)域毛葉木姜子造林苗木篩選、苗木質(zhì)量檢測提供依據(jù),也可為制定毛葉木姜子苗木質(zhì)量等級標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地概況

        選擇3 個育苗點(diǎn),分別位于貴州中部地區(qū)的安順市西秀區(qū)安順茶場(簡稱:西秀)(106°126′E,26°38′N)及紫云縣貓營鎮(zhèn)狗場村(簡稱:紫云A)(106°11′E,25°90′N)和長興村(簡稱:紫云B)(106°08′E,25°98′N)。安順茶場年均氣溫14.3 ℃,年均無霜期291 天,年均日照時長1 085.3 h,年均降水量1 244.2 mm,土壤為黃壤,土層厚度80 cm;紫云縣年均氣溫15.3 ℃,年均無霜期288天,年均日照時長1 294.5 h,年均降水量1 291.4 mm,土壤為黃棕壤,土層厚度40 cm。

        1.2 材料

        供試材料為1年生毛葉木姜子大田裸根苗。2018年9—10月,在紫云縣猴場鎮(zhèn)(106°14′E,25°24′N)采集種子,種子均采自同一株母樹,樹齡8年,生長健壯,種子成熟;堆漚后,搓揉去除種子外種皮,水選去除雜質(zhì)、霉?fàn)€和不飽滿的種子,然后沙藏。2019年2月20日播種;2020年1月20日調(diào)查苗木生長狀況。3 個育苗地點(diǎn)采用的育苗方法一致;西秀區(qū)育苗點(diǎn)部分苗木死亡,測量時的苗木密度低于紫云縣兩個育苗點(diǎn)。

        1.3 現(xiàn)場調(diào)查

        采用隨機(jī)抽樣法對苗木進(jìn)行調(diào)查。采用游標(biāo)卡尺(精確至0.01 cm)、鋼卷尺等工具測定苗木的地徑、苗高、冠幅和枝下高,統(tǒng)計分枝數(shù),每個育苗點(diǎn)3個重復(fù),共調(diào)查703 株;其中,紫云A 330 株,紫云B 270株,西秀103株。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        采用WPS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,運(yùn)用3σ 準(zhǔn)則分別對3 個地點(diǎn)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除;為使地徑和苗高兩個指標(biāo)的數(shù)值在同一尺度下進(jìn)行分析,對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計算。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化計算公式為[9]:

        式中,Zij為標(biāo)準(zhǔn)化值;Xij為所觀測苗木j(1,2,3……)的苗高或地徑;Xi(max)和Xi(min)分別為所觀測總體樣本中苗高或地徑的極大值和極小值。

        采用SPSS 21.0 軟件對3 個育苗點(diǎn)苗木的生長指標(biāo)進(jìn)行方差分析,并在方差分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行LSD 多重比較;對地徑、苗高、冠幅和分枝數(shù)4 個指標(biāo)進(jìn)行Kaiser-Meyer-Olkin 和Bartlett 檢驗及主成分分析。

        通過方差分析和主成分分析,選取地徑、苗高作為苗木質(zhì)量評價和分級的量化指標(biāo);采用SPSS 21.0軟件對標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行快速聚類分析。設(shè)置3個聚類數(shù)量,迭代計算至聚類中心內(nèi)沒有改動并達(dá)到收斂,得出苗木分級聚類中心;計算各級苗的聚類半徑(d);以各級別最終聚類中心為圓心,以d為半徑,確定臨界值;過大的苗木在Ⅰ級苗上方,過小的苗木在Ⅱ級苗下方,確定各級別苗木的分級下限[9-12]。

        式中,k= 1,和分別表示各級別苗高和地徑標(biāo)準(zhǔn)化值的標(biāo)準(zhǔn)差。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同育苗點(diǎn)苗木生長比較

        平均地徑、苗高和冠幅均表現(xiàn)為西秀>紫云A >紫云B;平均枝下高表現(xiàn)為西秀>紫云B >紫云A;平均分枝數(shù)表現(xiàn)為紫云A >西秀>紫云B(表1)。西秀的平均地徑、苗高、冠幅和枝下高均顯著高于紫云A 和紫云B(P<0.05);西秀和紫云A 的平均分枝數(shù)均顯著高于紫云B(P<0.05);紫云A 的平均冠幅顯著高于紫云B(P<0.05);紫云B 的平均枝下高顯著高于紫云A(P<0.05)。

        表1 不同育苗點(diǎn)苗木生長指標(biāo)Tab.1 Growth indexes of seedlings in different locations

        2.2 苗木質(zhì)量評價與分級指標(biāo)選取

        枝下高一般用于評價大樹的經(jīng)濟(jì)性,對于1年生小苗質(zhì)量評價的意義和重要性均不大,因此不將其作為毛葉木姜子苗木質(zhì)量評價與分級的主成分分析指標(biāo)。對地徑、苗高、冠幅和分枝數(shù)進(jìn)行Kaiser-Meyer-Olkin 檢驗,結(jié)果為0.744,Bartlett 檢驗的相伴概率為0.00,表示變量間的相關(guān)性較強(qiáng),方差齊性,該4個指標(biāo)(原變量)可進(jìn)行主成分分析。

        第1主成分的初始特征值大于1,但貢獻(xiàn)率僅為61.998%,表達(dá)的原始信息量不足,需取到第2 主成分,累積貢獻(xiàn)率為81.839%,可表達(dá)足夠的信息。因此,提取前兩個主成分(表2)。

        表2 特征值和方差貢獻(xiàn)率Tab.2 Eigenvalues and variance contribution rates

        第1主成分中,地徑、冠幅和苗高的特征向量較高,說明第1 主成分主要由地徑、冠幅和苗高決定;第2 主成分中,分枝數(shù)的特征向量較高,說明第2 主成分主要由分枝數(shù)決定(表3)。在毛葉木姜子苗木質(zhì)量評價與分級中,可使用地徑、苗高和冠幅為主要評價指標(biāo),分枝數(shù)為輔助評價指標(biāo)。毛葉木姜子1年生苗分枝點(diǎn)過低,造林時通常將低矮的枝條剪除,待主干長到適當(dāng)高度后再留結(jié)果枝,因此,最終選取苗木質(zhì)量評價與分級指標(biāo)時,剔除分枝數(shù),選取更易準(zhǔn)確測定的地徑、苗高為苗木質(zhì)量評價與分級的量化指標(biāo),冠幅為直觀判斷指標(biāo)。

        表3 旋轉(zhuǎn)主成分特征向量Tab.3 Feature vectors of rotating principal component

        2.3 聚類與苗木分級

        對分級量化指標(biāo)地徑和苗高進(jìn)行聚類分析,得出最終聚類中心(表4)。通過公式(2),計算出Ⅰ、Ⅱ級苗的聚類半徑,分別為dⅠ= 0.19、dⅡ= 0.15。Ⅰ、Ⅱ級苗的最終聚類中心為Ⅰ1(0.69,0.74)、Ⅱ2(0.44,0.53),計算得出Ⅰ、Ⅱ級苗的下限分別為Ⅰ1(0.56,0.60)、Ⅱ2(0.35、0.42),據(jù)此作圖(圖1)。將公式(1)代入數(shù)據(jù)計算,得出Ⅰ、Ⅱ級苗下限標(biāo)準(zhǔn)。Ⅰ級苗:地徑≥1.18 cm,苗高≥77.60 cm,冠幅完整、均勻;Ⅱ級苗:地徑≥0.89 cm,苗高≥60.30 cm,冠幅完整;Ⅲ級苗:地徑<0.89 cm,苗高<60.30 cm,冠幅損傷。按此分級標(biāo)準(zhǔn)檢驗苗木,地徑和苗高兩個指標(biāo)均達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),方可計入相應(yīng)級別,如其一不達(dá),則降為下一級[13]。

        圖1 苗木質(zhì)量分級臨界值(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù))Fig.1 Critical values of seedling quality classification(standardized data)

        表4 苗木質(zhì)量分級聚類中心Tab.4 Clusteringcentersofseedlingqualityclassification (cm)

        2.4 育苗點(diǎn)苗木分級結(jié)果

        依據(jù)苗木質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn),對紫云A、西秀和紫云B 育苗點(diǎn)的苗木進(jìn)行分級(表5)。紫云A 育苗點(diǎn)調(diào)查樣株330 株;其中,Ⅰ級苗75 株,占總抽樣株數(shù)的22.73%;Ⅱ級苗191 株,占比57.88%;Ⅲ級苗64 株,占比19.39%。西秀育苗點(diǎn)調(diào)查樣株103株;其中,Ⅰ級苗24 株,占總抽樣株數(shù)的23.30%;Ⅱ級苗46 株,占比44.66%;Ⅲ級苗33 株,占比32.04%。紫云B 育苗點(diǎn)調(diào)查樣株270 株;其中,Ⅰ級苗25 株,占總抽樣株數(shù)的9.26%;Ⅱ級苗151 株,占比55.93%;Ⅲ級苗94 株,占比34.81%。合格苗占比表現(xiàn)為紫云A >西秀>紫云B;西秀育苗點(diǎn)的Ⅰ級苗占比最高,說明西秀的苗更壯。苗木分級結(jié)果與生長指標(biāo)分析結(jié)果基本一致。

        表5 不同育苗點(diǎn)苗木質(zhì)量分級Tab.5 Seedling quality classification in different locations

        3 討論與結(jié)論

        以地徑和苗高作為苗木質(zhì)量評價和分級的主要指標(biāo)[9-19],是科學(xué)研究和實(shí)際工作中的一致結(jié)論。多年的觀察和研究表明,地徑和苗高測定難度低、準(zhǔn)確度高且穩(wěn)定度高,冠幅易受相互擠壓影響,測量的精準(zhǔn)度較低。為便于運(yùn)輸和提高苗木種植成活率,在起苗運(yùn)輸和栽植過程中,會對冠層進(jìn)行修剪,僅保留少量枝條和葉片,在苗木質(zhì)量評價指標(biāo)體系中,分枝數(shù)、枝下高等指標(biāo)重要性較低。因此,毛葉木姜子苗木質(zhì)量評價以地徑、苗高為量化指標(biāo),以冠幅為直觀判斷指標(biāo),主要從形態(tài)完整性、均勻性和損傷性上進(jìn)行判別;如遇冠幅修剪,以地徑和苗高為主要指標(biāo)。在苗木出圃及工程造林苗木檢驗和評價的過程中,有檢疫性病蟲害、斷梢和根系缺失嚴(yán)重的苗木一般作不合格處理。

        對比前人苗木質(zhì)量分級的相關(guān)研究,1年生閩楠(Phoebe bournei)[10]、青錢柳(Cyclocarya paliurus)[11]、火力楠(Michelia macclurei)[15]和米老排(Mytilaria laosensis)[19]等大田裸根苗的苗木質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)與毛葉木姜子有一定差異,苗木質(zhì)量分級的主要影響因素可能是樹種本身的生長特性。

        以本研究得出的標(biāo)準(zhǔn)檢驗西秀區(qū)和紫云縣培育的毛葉木姜子苗木,結(jié)果與生長指標(biāo)分析結(jié)果基本一致,說明該分級標(biāo)準(zhǔn)適用于貴州地區(qū)培育的毛葉木姜子裸根苗。西秀育苗點(diǎn)苗木的平均地徑、苗高和冠幅均顯著高于紫云A 和紫云B,其Ⅰ級苗占比最高。毛葉木姜子抗旱性差[20],3 個地點(diǎn)的年均氣溫、無霜期、日照時長和降水量等氣候條件相差極小,但西秀育苗點(diǎn)在夏季干旱時未及時澆水,導(dǎo)致部分苗木死亡,后期苗木密度低于紫云A 和紫云B,因此苗木生長空間更充分,苗木各生長指標(biāo)(除平均分枝數(shù)外)均高于紫云A 和紫云B。合理的育苗密度可能有利于毛葉木姜子合格苗苗木產(chǎn)出,后續(xù)可開展育苗密度試驗。

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