基于正交试验设计的绿竹容器苗影响因素研究

杜 澜 谢锦忠 张 玮 赖秋香 陈 亮 夏 捷 陈 胜

(1 中国林业科学研究院亚热带林业研究所 浙江 富阳 311400；2 福建永安林业(集团)股份有限公司 福建 永安 366000)

竹类植物是热带和亚热带森林植被的重要组成部分，集生态、社会和经济效益于一身，在生态环境保护和协调区域经济发展中发挥着不可替代的作用[1]。近年来，全国许多地方都开展了竹子引种栽培工作，甜竹、大头典竹、吊丝单竹、越香竹、撑绿竹等竹种的抗寒、抗旱驯化研究都已取得显著效果[2－3]。对大多数常规育种方法如埋鞭、枝条扦插、移竹等来说，育种部位成活后，采用育苗容器培养和移栽具有运输成本低、不受季节限制、移栽后无缓苗期、成活率高等优点，起到了育苗优化的作用[4]。

绿竹(Dendrocalamopsisoldhami)属禾本科(Gramineae)、竹 亚 科(Bambusoideae)、绿 竹 属(Dendrocalamopsis)，别名甜竹、吊丝竹，是绿竹属中品质最好、栽培最广的竹种，亦是亚热带地区优良速生的丛生竹种之一。绿竹在我国主要分布于浙江、福建、台湾、广西等省份，江西、重庆、四川近年来也有引种栽培，总面积达2 万～3 万hm2[5]。绿竹具有易栽培、周期短、笋期长等优势，其发笋时间为其他竹种产笋的淡季，因而市场行情较好[6]；绿竹材可做建筑用材和竹编工艺，亦可为造纸原料，竹叶可入药，提取的竹叶黄酮具有保护心脑血管的功效[7]。长期以来，研究者对绿竹进行了大量的研究，涉及光合[8－9]、保护酶活性[10]、基因克隆[11]、笋营养成分[12]和组织培养[13]等方面，但对生产栽培方面的研究较少。王月英[14]、郑蓉[15]对绿竹不同地理种源选育及埋秆、埋节、扦插等高效栽培技术进行过探究；董建文等[16]对山地及河滩不同地类及不同地力分级间绿竹产笋量作了比较；洪伟等[17]通过山地绿竹施肥为山地绿竹造林提供了理论参考。在绿竹栽培相关研究中，开展了施肥种类、施肥时间、施肥量的研究，如高培军[18]通过正交试验分析了影响绿竹笋用林出笋质量的因素，发现施肥因素影响大小为：施肥总量＞氮磷钾比例＞施肥方法。目前，尚未见有综合考虑绿竹育苗容器、育苗基质、施肥种类对绿竹苗培育影响的研究报道。因此，本研究采用正交试验设计，从析因设计的水平组合中，选择一部分具有代表性的水平组合进行试验，探讨在试验设计范围内较为理想的绿竹容器苗育苗方法，从而为绿竹种苗培育及种质资源的保存提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在永安林业股份有限公司的育苗大棚内，该公司位于福建省三明永安市境内(地理位置117°22′—117°23′E，25°57′—25°58′N)，气候四季分明，冬春季降雨较少，属典型亚热带季风山地气候。海拔约201 m，年平均降水量为 1 600 mm，年均气温约为19.3 ℃，土壤类型以红壤类为主。

1.2 供试材料

试验材料为在无菌环境下培养获得的同一批生长一致的绿竹组培苗，苗高 65 ～80 cm，地径 5 ～7 mm。

1.3 试验设计与处理

于3月1日将组培获得的绿竹幼苗以每盆1 株移苗至育苗容器中，并标记处理号，采用完全随机处理均匀摆放，试验棚内地面铺设双层塑料布，以防止根系下扎造成移苗困难。采用上方喷灌浇水，1日2 次，每次30 min，保证水分充足。

试验采用4 因素、3 水平正交设计，各因素分别为：容器类型(A)，水平 1、2、3 分别对应无纺布容器、塑料袋、控根容器；容器规格(B)，水平1、2、3 分别对应(上口直径×下口直径×盆高)12 cm × 15 cm × 17 cm、20 cm × 17 cm × 20 cm、25 cm× 23 cm × 23 cm)；基质种类(C)，水平 1、2、3分别对应泥炭∶珍珠岩=7∶3、泥炭∶谷壳=7∶3、黄心土∶谷壳=5∶5；肥料类型(D)，水平 1、2、3 分别对应缓释肥、有机肥、不施肥，其中试验用缓释肥由河南省心连心化肥有限公司生产，其N、P2O5、K2O 含量分别为 30%、5%、5%，施用量 20 g/盆，试验用有机肥由河南省心连心化肥有限公司生产，其 N＋P2O5＋K2O≥5%、有机质≥45%，施用量200 g/盆。以L9(34)正交表安排试验(表1)，每处理80 株。

表1 L9(34)正交表试验安排

1.4 测定项目与方法

1)单丛绿竹生物量测定。于11月30日生长期基本结束之后，随机选取每处理各3 盆绿竹，采用游标卡尺测量竹苗基径，并记录出笋量，随后将盆内带有根团土的绿竹整丛取出放入带冰块的采样箱保鲜带回试验室，将根部放入水池中浸泡至土壤松散，洗净根系并擦干水分，获得完整植株。将根、冠从茎基部分开，摘下叶片，分别测定根、茎、叶各部分鲜质量。用根系图像分析系统分析根总表面积和根系总体积等根系参数，随后置于烘箱105 ℃下杀青20 min，并于70 ℃下烘干至质量恒定，测定干质量。

2)基质土物理性质的测定。测定指标包括土壤容重、孔隙度和含水量。

3)土壤化学性质的测定。测定指标包括土壤pH 值、有机质、全氮、有效 P、速效 K 含量，其中有机质含量采用重铬酸钾外热源法测定，全氮、有效P、速效K 含量分别采用半微量开氏法、BrayⅠ浸提法、酸溶－火焰分光光度计测定。

1.5 数据处理

试验数据用Excel 2010 进行统计和制作图表，用SPSS 19.0 软件进行主成分分析和相关性分析[19]。试验中所有数据均采用均值±标准差来表示。

2 结果与分析

2.1 不同基质的土壤理化性质

栽培基质的理化性质是影响植物生长的关键因素。对不同基质配比的土壤理化性质测定结果显示(表2)，泥炭与珍珠岩(7∶3)搭配，基质具有较合理的最大持水量、自然持水量及土壤孔隙度；而黄心土与谷壳(5∶5)搭配，土壤持水过多，总孔隙度较小，不利于根系生长。土壤全氮、有效磷、速效钾含量都表现为与基质中的泥炭、有机肥的比例呈正相关关系。

表2 不同基质的土壤理化性质

2.2 试验处理对绿竹苗生长的影响

对各试验处理的绿竹基本生物量测定结果见表3 和表4。可以发现，不同处理的绿竹生长均表现良好。在单丛干生物量方面，6 号处理生长最佳，平均单丛干生物量为45.46 g，与其他各处理间呈显著差异(P＜0.05)。各处理在根系干质量与根系体积方面，2 号、6 号处理表现较好，均与其他处理间呈显著差异(P＜0.05)；5 号处理根系干质量最低，仅为8.33 g，与其他处理间呈显著差异(P＜0.05)。计算可得各处理的绿竹含水率：枝条含水率为47%～60%，叶片含水率为 52%～70%，根系含水率为68%～77%；由此可知，绿竹地下部分含水率大于地上部分，同时生物量与含水量呈正相关关系，与郑维鹏[20]的研究结果基本相符。此外，绿竹的根冠比为21%～38%，地下与地上生物量呈正相关，表现为根冠具有同一性。

表3 不同处理的绿竹鲜生物量

表4 不同处理的绿竹干生物量

2.3 绿竹主要生长指标的主成分分析

对不同处理的绿竹幼苗单丛干质量(a)、发笋个数(b)、根干重(c)、叶干重(d)、枝干重(e)、根表面积(f)和根体积(g)7 个指标进行因子主成分分析，根据累计贡献率≥90%的原则取主成分，选取了3 个主成分(表5)。其中，第一主成分的特征值为4.863，贡献率为69.475%；第二主成分的特征值为0.954，贡献率为13.627%；第三主成分的特征值为0.667，贡献率为9.528%。提取的3个主成分累计贡献率达到92.630%，基本包含了所测指标的全部信息，可以用3 个新的变量来替代原来的7 个变量。

表5 主成分提取分析

设第一、第二、第三主成分分别为Y1、Y2、Y3，则由各因子载荷数据除以主成分相对应的特征值开平方根得到3 个主成分中每个指标所对应的系数[21]，得到3 个主成分的表达式为：

由各主成分方程可知，第一主成分对除发笋个数外的各指标都具有大的载荷，并且与单丛干质量X1有较大的相关性；第二主成分中发笋个数X2占有最大载荷，与其他变量对比鲜明；第三主成分中由根系特征占主要载荷(根干质量X3、根表面积X6、根体积X7)。以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例作为权重计算出主成分的综合模型为：

各指标所占权重值的大小反映了各指标的重要性。可以看出，反映绿竹苗质量的重要指标从高到低的顺序依次为：叶干质量、根体积、根表面积、根干质量、枝干质量、单丛干质量、发笋个数。

2.4 绿竹生长指标的相关性分析

为进一步筛选主要指标，对影响绿竹生长的7 个指标进行相关性分析，结果表明(表6)，单丛干质量与除发笋个数外所有指标均呈极显著相关关系，相关系数较高的为枝干质量与叶干质量，说明植物地上部分营养结构越好，植株生长越好。单丛生物量、叶干质量和枝干质量均与根部特征呈显著正相关，表明丛生竹的根系在植株生物量积累及生理生长中呈现为明显的整体协调性。发笋量作为丛生竹育苗的重要指标，往往决定了育苗的成败，在本次相关性分析中，发笋个数只与根系指标显著相关，而与其他指标并无明显关联，说明在绿竹容器苗质量评价中不能单独以生物量为指标来衡量。

表6 绿竹性状、产量和品质的相关性分析

2.5 绿竹容器苗质量影响因素的综合评价

综合考虑主成分分析和各指标的相关性分析结果，在第一主成分下选择单丛干质量来代表生物量特征，第二主成分选择发笋个数、第三主成分选择根干质量，共3 个主要指标，采用模糊数学隶属函数法进行无量纲化处理并分析。结果显示，在4 个因素中对绿竹容器苗质量的影响大小依次为肥料类型(D)＞基质种类(C)＞容器规格(B)＞容器种类(A)，其中最优方案为D2C1B3A1，该方案在试验中并没有出现。因此，选取较接近最佳试验方案、在试验设计范围内容器育苗的最佳方案为D2C1B3A2，即肥料类型为有机肥、基质种类为泥∶珍=7∶3、容器规格为 25 cm(上口径)、容器种类为塑料袋容器。

分析还显示，在4 个因素中，肥料类型对竹苗质量的影响达到极显著水平(P＜0.01)，基质种类的影响达显著水平(P＜0.05)。不同处理间单因素对绿竹生物量影响表现为：无纺布＞控根容器＞塑料带容器、容器规格为Φ25 cm＞Φ20 cm＞Φ15 cm、基质种类为泥∶珍=7∶3＞泥∶谷壳=7∶3＞土∶谷壳=5∶5、施肥种类为有机肥＞不施肥＞缓释肥。随着容器尺寸增长，绿竹生物量逐渐增大，表明绿竹容器苗的实际容器规格仍需增加，以满足根系自然生长所需，在生产应用中可根据育苗需求进行容器规格选择。

3 讨论

关于容器育苗质量的评价，国内外学者已从苗木的形态指标逐渐深入到生理指标及两者间相互作用的层面[22－24]。利用主成分分析和隶属函数法对玉米(Zea maysLinn.)品种综合评价的研究较多[25－27]，但对竹类质量评价的研究未见报道。刘现刚等[28]研究认为，可作为评价容器苗质量的指标包括苗高、地径、高径比、根茎比、根鲜质量、净光合速率、水分利用效率，基本涵盖了养分积累能力、苗木健壮度及抗性3 个重要方面。也有研究者将根系数量[29]、苗高及地径[30]等作为主要质量指标对容器苗进行分级，能够较为直观地反映苗木质量。本研究发现，结合主成分分析与隶属函数法对绿竹容器苗进行综合评价，其结果与试验表现相吻合，能够较全面地反映绿竹容器苗的综合生产性能，表明结合生物产量与必要品质特征能够较全面地对容器育苗质量作出评价。

较高的生物量积累是评价绿竹生长质量的必备条件，能够在最大程度上满足用材需求，但作为笋用竹种，竹笋的产量和品质同样重要[31]。研究显示[32]，施肥可明显提高绿竹笋的出笋数以及笋的蛋白质、氮、磷、钾和氨基酸含量，有效提高笋体品质，改善竹笋脆嫩度。本研究发现，施肥水平对绿竹生物量的影响为有机肥＞不施肥＞缓释肥，其中，缓释肥处理下苗木质量低于不施肥，但未达到显著差异(P＞0.05)，这可能是由于缓释肥肥效释放较慢所致，当年对绿竹生长的影响不明显所造成的。绿竹单丛干质量与所测根部特征值均达到极显著正相关(P＜0.01)，具有较好的同一性。营养器官含水率分布表现为地下部分＞地上部分，这与郑维鹏[20]等对绿竹水分分布研究结果一致。长期生产实践证明，部分可降解育苗容器可与苗木一起栽植入土[33]，如中国土质营养钵、日本纸质营养杯、美国秸土营养杯、加拿大弹性塑料营养杯、北欧泥炭容器等。在本试验的3 种容器类型中，最适宜容器为聚丙烯无纺布容器，第 2年即可降解，对 1 ～2年生幼苗繁育极为合适，能够作为绿竹幼苗培育的容器。

4 结论

本研究表明，影响绿竹生长和发笋量的各因素主次顺序为：肥料类型＞基质类型＞容器规格＞容器类型，各因素的最优水平组合为D2C1B3A1，即施用有机肥、采用泥炭与珍珠岩(7∶3)为基质、容器规格为 25 cm × 23 cm × 23 cm(上口直径×下口直径×盆高)、容器采用无纺布容器。在4 个因素中，容器规格对根系质量、根表面积、根体积影响显著，且呈正相关趋势，从总体上来看，施肥类型、容器规格和基质种类占主导因子，容器类型影响相对较小。