切根对薄壳山核桃砧木质量的影响*

杜洋文，邓先珍，程军勇

(1.黄冈师范学院经济林木种质改良与资源综合利用湖北省重点实验室，大别山特色资源开发湖北省协同创新中心，湖北 黄冈 438000；2.湖北省林业科学研究院， 湖北 武汉 430075；3.湖北省木本粮油林工程技术研究中心，湖北 武汉 430075)

薄壳山核桃(Caryaillinoensis)又名美国山核桃、长山核桃，为胡桃科(Julandaceae)山核桃属(Carya)落叶乔木，原产美国和墨西哥，种仁营养丰富，种仁油脂含量高达70%～85%，是世界著名的干果和木本油料树种，也是优质用材和庭院绿化树种，我国已有百余年的引种历史[1-2]。营养丰富，既可生食又可加工制作食品和保健食品，具有较高的医学和保健功能[3-6]。由于其具有重要的经济价值，许多地方将其作为增加农民收入、实施“精准扶贫”的重要经济树种，在缓解粮油供需矛盾方面也发挥着重要的作用[7]。

近年来，薄壳山核桃产业发展步伐不断加快，种植面积不断扩大，对种苗需求日益增大，更是对种苗质量提出了更高要求。目前，薄壳山核桃种苗繁育主要采用对大田播种实生苗直接嫁接方式，由于薄壳山核桃单宁含量高、伤流严重，嫁接成活率低。而且，未经切根砧木培育的嫁接苗主根长、须根少，不仅起苗费时费工，造林成活率也偏低、缓苗期也长，不利于薄壳山核桃产业发展[8-9]。切根长度或切根比例与切根效果密切相关，要选择既能达到预期切根效果又不会阻碍苗木生长发育的适宜切根长度或切根比例至关重要[10]。许春锦[11]对红锥(Castanopsishystrix)切根育苗试验的研究、林志鹏[12]对切根育苗马尾松(Pinusmassoniana)苗木及幼林生长效应研究，均表明切根育苗可抑制苗木主根生长，促进侧根根系发育，且不同树种育苗适宜的切根深度或切根比例有所不同。本文拟通过对薄壳山核桃实生幼苗采取切根留存2、4、6和8 cm，以及不切根作为对照，切根后移栽至容器袋中继续培育，比较分析不同切根措施培育的砧木生长性状、生物量和根系性状，并通过主成分分析和隶属函数值法对砧木质量进行综合评价，筛选出苗壮质优、根系发达的优质砧木，以期能够为薄壳山核桃产业发展提供优质种苗保障。

1 试验地自然概况

试验地位于武汉市九峰试验林场(31°22′N，114°29′E，海拔51.2～202.0 m)，该区属亚热带大陆季风性湿润气候，年日照时数2 058.4 h，年平均气温16.7 ℃，极端最高气温41 ℃，极端最低气温-17.6 ℃，年平均降雨量1 200～1 400 mm，无霜期239 d。土壤以红黄壤为主，土层厚度80 cm以上，土壤pH值5.3～6.5；土壤全氮含量0.1%左右，全磷含量5%～6%，全钾含量1.0%～2.5%，有机质含量1%～5%。

2 材料与方法

2.1 试验材料

2019年2月上旬，选取大小一致，无破损、无病虫害的薄壳山核桃“波尼”种子，经连续14 d清水浸泡、消毒及沙床催芽。在3月中旬，当种子萌发大部分生长至15 cm左右时，选取高度、径粗基本一致的幼苗作为切根留存试验材料。

2.2 试验方法

将选取的幼苗按照试验设计分别进行切根留存处理，幼苗切根留存2 cm(记作“KP2”)、4 cm(记作“KP4”)、6 cm(记作“KP6”)、8 cm(记作“KP8”)和对照(不切根，记作“CK”)，共5个处理，每个处理30株幼苗，3次重复。幼苗切根后，将其移栽至黑色塑料袋(高度16 cm,直径21 cm)中，容器基质为50%泥炭土+50%黄心土，移栽后，浇透水1次。各处理苗木的后期管理(浇水、施肥、除草、病虫害防治)相同。

2.3 调查指标

当年12月上旬，苗木停止生长后，分别调查苗木地径(X1)、苗高(X2)，计算高径比(X3)=苗高/地径；将苗木从容器袋内缓慢取出，轻微抖动，去掉大部分基质，再用清水冲洗掉剩余基质。清洗时尽量保持完整根系，如有洗掉的根系，及时与苗木一起保留；将洗净的苗木用纸巾吸干水分，从苗木基质痕迹处截成地上地下两部分，分别称量地下鲜质量(X4)和地上鲜质量(X5)，计算总生物量(X8)=地下鲜质量+地上鲜质量；将苗木的地下部分放在扫描仪扫描成图像并保存，利用根系分析系统GXY-A型分析其根长(X12)、根表面积(X13)、根直径(X15)和根体积(X14)；将苗木地上部分和地下部分分别放在烘箱80 ℃下烘干至恒重，立即称量地下干质量(X6)和地上干质量(X7)，相关指标其计算公式如下：

总干质量(X9)=地下干质量+地上干质量；

根冠质量比(X10)=地下干质量/地上干质量；

苗木质量指数(X11)=(地上干质量+地下干质量)/[(苗高/地径)+(地上干质量/地下干质量)][13-15]。

2.4 数据处理与分析

基于苗木生长指标及生物量测量数据，分析各指标间相关性，采用主成分分析和隶属函数综合评价，选择适当苗木指标建立苗木最优预估方程。其中，隶属函数综合评价指标计算公式[16-17]如下。

(1)各综合指标的隶属函数值u

u(Xj)=(Xj-Xmin)/-(Xmax-Xmin)，j=1，2，…，n

式中：Xj表示第j个综合指标；Xmax和Xmin分别表示第j个综合指标的最大值和最小值。

(2)各综合指标的权重W

式中：Wj表示第j个综合指标在所有综合指标中的重要程度，即权重；Pj为配方第j个指标的贡献率。

(3)综合评价值D

3 结果与分析

3.1 幼苗切根留存不同长度对生长性状的影响

薄壳山核桃幼苗切根留存不同长度对砧木高度(F=8.11**，P=0.003 5)、地径(F=10.17**，P=0.001 5)、地下鲜质量(F=8.81**，P=0.002 6)、地上鲜质量(F=8.03**，P=0.003 6)、地下干质量(F=7.98**，P=0.003 7)、地上干质量(F=22.81**，P=0.000 1)、总生物量(F=8.61**，P=0.002 8)、总干质量(F=7.38**，P=0.004 9)、根冠质量比(F=5.94**，P=0.009 9)和苗木质量指数(F=4.56*，P=0.023 5)等生长指标影响存在显著性或极显著性差异，对砧木高径比(F=2.21，P=0.141 2)影响差异不显著(表1)。

表1 幼苗切根留存长度对砧木生长影响差异Tab.1 Effect of root retention length on rootstock growth of seedlings

幼苗地径以KP8和KP6处理较大，达到6.46 mm和6.63 mm，KP8比地径最小的处理KP2大13.14%；苗高以KP8、KP6和CK处理较大，KP8达到35.79 cm，比高度最小处理KP2大36.39%；地下鲜质量以KP8和KP6处理较大，分别达到41.31 g和53.70 g，最大的比最小处理KP4大99.04%；地上鲜质量以KP8、CK和KP4处理较大，分别达到6.58 g、5.11 g和4.90 g，最大的比最小的处理KP2大71.80%；地下干质量以KP8和KP6处理较大，分别为26.24 g和22.50 g，最大的比最小处理KP4大100.15%；地上干质量以KP8处理较大，为5.09 g，比最小处理KP2大92.80%；总鲜质量以KP8、KP6和CK处理较大，分别为60.28 g、45.30 g和45.80 g，最大的比最小处理KP4大89.02%；总干质量以KP8和KP6处理较大，分别为32.82 g和26.49 g，最大的比最小处理KP4大82.23%；根冠质量比以KP2、KP6、KP8和CK处理较大，达到4.63～7.04，最大的比最小处理KP4大104.05%；苗木质量指数以KP8、KP6、KP2和CK较大，达到0.45～0.61，最大的比最小处理KP4大64.86%；各处理间高径比差异不显著。

3.2 幼苗切根留存长度对砧木根系性状的影响

薄壳山核桃幼苗切根留存不同长度对砧木根长(F=18.71**，P<0.000 1)、根表面积(F=5.27**，P=0.015 2)、根体积(F=20.42**，P=0.000 1)和根直径(F=4.69*，P=0.021 7)等根系性状影响存在显著性或极显著性差异(表2)。

表2 幼苗不同切根留存长度对砧木根系性状影响差异Tab.2 Effect of root retention length on root characteristics of rootstock of seedlings

幼苗根长以KP8处理较大，为15.52 m，比最小处理KP2大100.78%；根表面积以KP8处理较大，达到646 cm2，比最小处理KP6大97.55%；根体积以KP8处理较大，达到81.44 cm3，比最小处理KP6大222.02%；根直径以KP8和KP6处理较大，分别达到9.31 mm和8.75 mm，最大比最小处理CK大38.54%。

3.3 幼苗切根留存长度对砧木培育质量影响综合评价

3.3.1 各指标间相关性分析

薄壳山核桃切根幼苗的地径(X1)、高度(X2)、高径比(X3)、地下鲜质量(X4)、地上鲜质量(X5)、地下干质量(X6)、地上干质量(X7)、总鲜质量(X8)、总干质量(X9)、根冠质量比(X10)、苗木质量指数(X11)、根长(X12)、根表面积(X13)、根体积(X14)和根直径(X15)等性状间存在一定的相关关系(表3)。其中，X1、X2分别与X7、X12间存在显著正相关关系，X4与X6、X8、X9、X12间存在显著正相关关系，X6与X8、X9、X11间存在显著正相关关系，X13与X14间存在显著正相关关系。

表3 指标间相关性Tab.3 Correlation of indicators

3.3.2 各指标主成分分析

通过对薄壳山核桃切根幼苗地径、高度等15个性状指标进行主成分分析，得出了各综合指标系数及贡献率(表4)，前3个综合指标累积贡献率达到96.711%，能够反映15个指标的综合信息。因此，以这3个综合指标为主成分可对15个性状进行分类解释，并对各处理苗木质量进行综合评价。

第一主成分表达式：

试论美国学在外国语言文学学科中的地位 ………………………………………………………… 王 波（6.47）

CI1=-0.410X1+0.807X2+0.785X3-0.451X4+0.876X5+0.782X6+0.868X7+0.425X8+0.153X9-0.079X10-0.127X11+0.986X12+0.842X13+0.851X14+0.263X15

该表达式主要以幼苗高度、地上鲜质量、地上干质量、根长、根表面积和根体积等性状系数较大，反映了薄壳山核桃切根幼苗地上部分生长性状和根系性状综合信息。

第二主成分表达式：

CI2=0.508X1+0.416X2-0.155X3+0.590X4+0.321X5-0.143X6-0.087X7+0.460X8+0.874X9+0.840X10+0.758X11+0.060X12-0.122X13-0.426X14-0.563X15

该表达式主要以幼苗总干质量、根冠质量比、苗木质量指数等性状系数较大，反映了薄壳山核桃切根幼苗苗木质量评价指标综合信息。

第三主成分表达式：

CI3=0.696X1+0.106X2+0.008X3+0.605X4+0.180X5+0.017X6+0.044X7+0.487X8-0.324X9-0.419X10-0.520X11-0.157X12+0.336X13+0.251X14+0.754X15

该表达式主要以幼苗地径和根直径等性状系数较大，反映了薄壳山核桃切根幼苗径和根系粗壮程度综合信息。

3.3.3 各配方综合指标值、隶属函数值和综合评价值计算

根据表4各综合指标系数，求得了各处理的综合指标值、隶属函数值和综合评价D值(表5)。根据指标贡献率用权重公式求出各指标的权重W，3个主成分的权重系数分别为0.720、0.182和0.098。

表5 各处理的综合指标值、u(Xj)及D值Tab.5 Composite indicator values for each treatment u(Xj)and D values

根据综合评价D值计算公式，得出了各处理的综合评价D值，由大到小排序为：KP8>KP6>CK>KP2>KP4。D值大小能够代表苗木综合质量的优劣，结果表明薄壳山核桃切根幼苗综合质量以KP8和KP6处理较好。

表4 各综合指标的系数及贡献率

3.3.4 苗木质量评价指标筛选及预测

以综合评价D值为因变量，薄壳山核桃切根幼苗15个指标观测值为自变量，进行逐步线性回归拟合分析(表6)，建立了最优回归方程为：

D=-0.863+0.052X9

式中，X9代表总干质量。该回归方程确定系数R2=0.962，回归方差分析(F=76.840**，P<0.01)，回归系数(P<0.01)均达到了极显著性水平。

将X9观测值代入最优回归方程，得到苗木质量综合评价预测值VP(表6)，并对D和VP进行相关分析，二者相关系数为R=0.981**，达到了极显著性水平(P<0.01)，说明建立的最优回归方程对薄壳山核桃切根幼苗质量评价效果较好。因此，在对薄壳山核桃不同程度切根的幼苗苗木质量进行综合评价时，采用苗木总干质量作为评价指标，可使评价过程简单化。

表6 回归拟合方程系数、方差分析及R2Tab.6 Analysis of variance and coefficient of regression fitting equation and R2

4 讨论与结论

切根措施能够促进植物健全根系系统形成，提高林木造林的生态适应能力和成活率[18]，已广泛应用于小麦(Triticumaestivum)、大枣(Ziziphuszizyphus)等经济作物的栽培，是形成均匀规格苗木的方法[19]。姜景明等[20]认为切根可使苗木表现出较高的成活率。赵伟明等[8]对薄壳山核桃和张怀龙等[9]对核桃(Juglansregia)幼苗进行移栽切接、切根切接和不切根切接研究表明，移栽切接成活率显著高于切根切接和不切根切接。可能是由于切根切接和移栽切接截断了砧木根系对水分的吸收输导、抑制和减轻了嫁接口伤流，促进砧穗愈合萌发，因而能显著地提高苗木嫁接成活率和苗木生长质量。本试验结果表明：薄壳山核桃幼苗切根留存不同长度对苗木地径、高度、生物量等生长性状指标影响存在显著性差异，其中以留存8 cm和6 cm长度有利于幼苗高生长、径增粗、生物量增长、苗木质量指数提高，苗木地径达6.46～6.63 mm，高度达30.87～35.79 cm，总干质量达26.49～32.82 g，苗木质量指数达0.53～0.61。相比对照，苗木地径增加了8.87%、高度增加了16.29%、总干质量增加了45.09%、苗木质量指数增加了35.56%。

幼苗切根后其根尖的顶端优势消失，切根部位重新形成愈伤组织，并生出许多不定根[21]，从而使原来被抑制的侧根得到充分发育，形成发达的侧根和须根。林志鹏[12]对马尾松和姜景明等[20]对湿地松(Pinuselliottii)幼苗切根实验表明，切根对幼苗后期发育至关重要，能显著提高侧根数量。不同植物切根长度不同与幼苗根系发育关系也有所不同[22]。本研究结果表明，薄壳山核桃幼苗切根留存不同长度对砧木根长、根表面积、根体积和根直径等根系性状影响有显著性差异，以切根留存长度8 cm和6 cm处理砧木根长性状表现更好。相比对照，根长增加58.69%、根直径增加38.54%。这与前期对薄壳山核桃1年生实生苗切根试验结果基本一致[23]。而留存长度4 cm和2 cm的处理其苗木质量弱于对照处理，可能由于切根强度过大，主根留存过短，造成苗木养分和水分供应不足，影响苗木生长[24]。采取适度切根措施，改变植株的水分或养分等物质的极性运输和聚集，才能促进苗木根系的大量发生[25-26]。

通过采用主成分分析和隶属函数值法，对切根留存不同长度的砧木幼苗地径、高度等15个性状指标进行综合评价，结果表明，可将原有的15个指标归纳为3个主成分，能够反映原有15个指标信息的96.711%，分别表达了切根幼苗地上部分生长性状和根系性状、苗木质量评价指标和砧木根茎粗壮的综合信息；隶属函数综合评价D值表明切根留存长度8 cm和6 cm砧木质量最优；为便于对苗木质量更好进行评价，建立了以总干质量为自变量和综合评价值为因变量的最优回归方程D=-0.863+0.052X。