威宁短柱油茶苗木质量分级研究

李 芳， 宁选争， 王 进， 霍 达， 朱亚艳， 杨 冰， 徐嘉娟， 许 杰， 罗 扬

(1.贵州省林业科学研究院， 贵阳 550005； 2.威宁县林业科学技术推广服务站， 贵州 威宁 553100；3.贵州省林业局科技推广站， 贵阳 550005)

油茶是我国重要的木本食用油料树种，发展油茶产业，对增加食用油供给、保障粮油安全、缓解耕地压力、促进林农增收、改善生态环境以及推动社会新农村建设等方面具有十分重要的意义[1-2]。2019年2月贵州省委印发《省委省政府领导领衔推进农村产业革命工作制度》，提出把油茶产业作为贵州生态、经济、社会效益兼备的重要产业，要扩大油茶基地规模。油茶苗木培育和苗木质量分级标准是油茶种植推广、生产造林的技术保障。

威宁短柱油茶(CamelliaweiningensisY.K.Li.sp.nov.)[3]是云贵高原特有优良木本油料树种，是珍贵的高原特色油茶物种，是高原山区发展油茶产业的重要种质资源，具有抗寒、抗旱、耐瘠薄、早熟、种仁含油率高、油质好等优良特性和经济性状[4]，主要分布在以贵州省威宁县为中心的乌蒙山区温凉气候区，集中分布在海拔1 700～2 600 m的林下、林缘或山顶灌丛中，种质资源丰富[5]。威宁短柱油茶作为我国唯一纳入油茶生产的高海拔山茶属，对高原山区油茶产业发展具有重要的意义[6]。

苗木质量的优劣将直接影响造林后的成活率和林分的生产力[7-8]。培育成本低、满足当前的育苗水平，并能够达到预期的成活率和生长状况的苗木为优质苗木[9]。苗木分级是造林前评价苗木质量的一项技术措施，苗木质量评价指标的确定是苗木分级的关键[10]。苗木质量由众多指标综合决定，在质量分级时，指标越多，分级结果越精确。但苗木质量指标的测定是一项繁杂的工作，且部分指标(如生物量、根系等)的测定将对苗木造成不可逆的损伤，评价和筛选既能反映苗木质量，又便于生产上实际应用的少数共性指标，是苗木分级研究的重要内容[11]。苗木质量分级方法主要有主成分分析法、标准差法、聚类分析法和综合应用分析法[12-15]。

目前，在油茶苗木质量分级研究方面报道较少，仅有彭邵锋等[16]研究了湖南、江西、广西等油茶主产区油茶苗木质量分级标准。关于威宁短柱油茶的苗木质量评价未见报道，现有相关科技成果报道或国家苗木质量分级标准[17]和油茶苗木质量分级[18]等都是参照普通油茶而制定。普通油茶和威宁短柱油茶两个物种的差异太大，普通油茶的标准和规程中很多质量等级指标在威宁短柱油茶上无法运用。为此，本研究在贵州贵阳、玉屏、威宁等地，选取二年生嫁接容器苗、一年生播种容器苗、二年生播种容器苗、三年生播种容器苗、二年生播种裸根苗为调查对象，采用K-均值聚类和方法，对威宁短柱油茶苗木分级标准进行分析和研究，初步制定威宁短柱油茶苗木分级标准，为威宁短柱油茶育苗提供指导，为威宁短柱油茶苗木造林提供技术保障。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验地点选在威宁县、玉屏县、贵阳市，调查样地6个。其中，威宁县2个：分别位于威宁县陕桥街道花果山组，威宁县兔街镇新光村；贵阳市3个，均位于贵州省林业科学研究院林场；玉屏县1个，位于玉屏县茅坡油茶实验基地。调查时间为2019年10月、2020年12月。各样点基本情况见表1。

表1 威宁短柱油茶育苗试验地点基本信息Tabe 1 Basic information seedling experiment site of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.

1.2 调查方法与苗木年龄

调查方法：在每个调查样地内随机设置3个小样方，每个小样方面积为0.5 m×0.5 m，实测每个样方内所有苗木的苗高、地径；在每个小样方内随机取出3株苗木，洗净根系后测定主根长、侧根数量、侧根长；然后将洗净的苗木带回实验室烘干，分别测定地上部分和地下部分生物量。苗高指地际至顶芽基部的苗干长度；地径指苗干基部土痕处的粗度，嫁接苗为嫁接口以上正常粗度处的直径。苗高用钢卷尺测量，精确到0.1 cm；地径用游标卡尺测量，精确到0.01 mm。

苗木年龄：苗木以经历1个完整的年生长周期作为1个苗龄单位[19]。本研究参与试验的苗木分为二年生嫁接容器苗、一年生播种容器苗、二年生播种容器苗、三年生播种容器苗、二年生播种裸根苗。

1.3 数据处理与分析

1.3.1数据标准化处理

为使所有观测数据值能够在同一水平上进行比较分析，采用极差公式进行数据标准化处理[20]，计算公式为：

Zij=(Xij-Xi(min))/(Xi(max)-Xi(min))

式中，Zij为i指标(苗高或地径)的第j个标准化值，Xij是个体i指标(苗高或地径)的第j个变量值，Xi(max)和Xi(min)分别为个体i指标的最大值和最小值。

1.3.2均值+标准差方法

1.3.3聚类分析方法

采用聚类分析法中的K-均值聚类分析方法[21]，将苗木聚集为三类。选用苗高和地径2个指标作为评价威宁短柱油茶苗木质量分级的主要指标，因此欧式距离公式为:

利用欧氏距离对威宁短柱油茶苗木质量进行聚类时，各等级苗木会聚集在以各级最终凝聚中心为圆心的圆内，且各等级苗木以d为半径聚集成一个圆，圆的界限即为各等级苗木的分布范围，Ⅰ级苗的值应大于Ⅰ级圆的下限值，Ⅲ级苗的值应小于Ⅱ级圆的下限值，Ⅱ级苗则处于二者之间。因此，确定Ⅰ级圆和Ⅱ级圆的下限值就可以得出不同苗木质量等级的界限，从而确定等级划分。

凝聚半径d公式为：

式中：K=1，SH2、SD2为苗高、地径标准值的方差。

2 结果与分析

2.1 分级指标确定

苗木质量是众多指标综合决定的，且各质量指标间存在一定的相关性,开展苗木质量评价时所有指标均测定不仅会出现信息重叠增加测量者工作量[11]，而且会对苗木造成不可逆的损伤增加苗木损耗。因此，对威宁短柱油茶各苗木质量指标进行相关性分析，筛选出既能够充分体现其苗木质量，又能在生产实际中易于测定的少量指标来评价威宁短柱油茶苗木质量，从而开展威宁短柱油茶苗木分级研究。

将详细测得的90株威宁短柱油茶苗木的苗高、地径、主根长、侧根数量、侧根长、地上生物量、地下生物量等7个因子进行相关性分析。由表2可以看出，威宁短柱油茶苗木各质量指标之间均存在显著的相关关系，其中苗高(X1)除与地径相关性不显著、与主根长显著正相关外，与其他指标均呈极显著正相关；地径(X2)与侧根数量(X4)、地下生物量(X6)显著正相关，与侧根数量(X5)极显著正相关，与其他指标之间相关性不显著；主根长(X3)除与侧根数量(X4)相关性不显著外，与其余各指标之间的相关性均达显著水平；侧根数量(X4)与侧根长(X5)相关性不显著；生物量和其他各指标均达到显著正相关或极显著正相关关系。

表2 威宁短柱油茶苗木各指标相关系数Table 2 Correlation coefficients indexes of seedlings of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.

相关性分析结果表明，威宁短柱油茶苗木各指标间均存在着密切的关联，这不仅说明威宁短柱油茶苗木各部分是相对平衡、相互影响、统一的生长情况，而且也表明可利用少数指标评价威宁短柱油茶苗木质量，避免用全部指标进行评价而增加工作量。因苗高和地径与其他各指标之间相关性较强，且苗高和地径在实际生产中是最直观、最易测得的指标，故在评价威宁短柱油茶苗木质量时，可用苗高和地径作为分级标准的主要指标。

2.2 苗木质量分级

2.2.1调查与统计结果

由表3可知,各试验点测得的威宁短柱油茶苗木的苗高、地径精度均大于95%，符合数据分析的精度要求，表明各调查数据可靠，可以进行分析研究。

表3 威宁短柱油茶苗高、地径调查结果及精度检验Table 3 Investigation results and precision test of height and ground diameter of seedlings of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.

2.2.2聚类分析方法

采用聚类分析法中的K-均值聚类分析方法对威宁短柱油茶苗木进行质量等级划分，将苗木聚集为三类。经统计分析后，得出威宁短柱油茶苗木苗高、地径的标准值凝聚中心如表4所。

表4 威宁短柱油茶苗木最终聚类中心(标准化)Table 4 Final cluster center of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.(Standardization)

确定各级最终凝聚中心后，各等级苗木以d为半径聚集成一个圆，圆的界限为各等级苗木的分布范围。各威宁短柱油茶苗木的凝聚半径d如表5所。

表5 威宁短柱油茶苗木凝聚半径(标准化)Table 5 The agglomeration radius of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.(Standardization)

通过凝聚中心和凝聚半径，计算得出Ⅰ、Ⅱ级圆下限的临界值，即威宁短柱油茶苗木质量分级的界限(表6)。

表6 威宁短柱油茶苗木各级临界值(标准化)Table 6 Critical values at all levels of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov. (Standardization)

标准值经转化后，得出威宁短柱油茶苗木质量分级标准如表7、表8所：编号1 威宁短柱油茶Ⅰ级苗，D≥2.37 mm，H≥26.08 cm，占总株数的24%； Ⅱ级苗，2.19>D≥2.37 mm，21.51>H≥26.08 cm，占总株数的34%；Ⅲ级苗，D<2.19 mm，H<21.51 cm，占总株数的42%；编号2 威宁短柱油茶Ⅰ级苗，D≥2.80 mm，H≥12.62 cm，占总株数的24%；Ⅱ级苗，2.80>D≥2.34 mm，12.62>H≥9.78 cm，占总株数的52%；Ⅲ级苗，D<2.34 mm，H<9.78 cm，占总株数的24%；编号3 威宁短柱油茶Ⅰ级苗，D≥3.13 mm，H≥16.03 cm，占总株数的36%；Ⅱ级苗，3.13>D≥2.84 mm，16.03>H≥11.67 cm，占总株数的40%；Ⅲ级苗，D<2.84 mm，H<11.67 cm，占总株数的24%；编号4威宁短柱油茶Ⅰ级苗，D≥5.76 mm，H≥32.71 cm，占总株数的18%；Ⅱ级苗，5.76>D≥4.77 mm，32.71>H≥25.08 cm，占总株数的34%；Ⅲ级苗，D<4.77 mm，H<25.08 cm，占总株数的48%；编号5 威宁短柱油茶Ⅰ级苗，D≥2.52 mm，H≥16.78 cm，占总株数的46%；Ⅱ级苗，2.52>D≥2.21 mm，16.78>H≥13.04 cm，占总株数的30%；Ⅲ级苗，D<2.21 mm，H<13.04 cm，占总株数的24%。

表7 苗木质量分级标准(聚类分析法)Table 7 Seedling quality grading standard (cluster analysis)

表8 各级苗木所占比例Table 8 Proportion of seedlings at all levels

2.2.3标准差法

通过标准差法得出的威宁短柱油茶苗木质量分级标准如表9、表10所：编号1 威宁短柱油茶Ⅰ级苗，D≥2.55 mm，H≥24.55 cm，占20%；Ⅱ级苗，2.55>D≥2.07 mm，24.55>H≥17.56 cm，占52% ；Ⅲ级苗，D<2.07 mm，H<17.56 cm，占28% 。编号2威宁短柱油茶Ⅰ级苗，D≥2.90 mm，H≥12.10 cm，占26% ；Ⅱ级苗，2.90>D≥2.38 mm，12.10>H≥9.32 cm，占44%；Ⅲ级苗，D<2.38 mm，H<9.32 cm，占30% 。编号3 威宁短柱油茶Ⅰ级苗，D≥3.51 mm，H≥17.69 cm，占26% ；Ⅱ级苗，3.51>D≥2.74 mm，17.69>H≥12.83 cm，占44% ；Ⅲ级苗，D<2.38 mm，H<12.83 cm，占30% 。编号4 威宁短柱油茶Ⅰ级苗，D≥5.30 mm，H≥32.97 cm，占24% ；Ⅱ级苗，5.30>D≥4.03 mm，32.97>H≥22.47 cm，占46%；Ⅲ级苗，D<4.03 mm，H<22.47 cm，占30% 。编号5 威宁短柱油茶I级苗，D≥3.06 mm，H≥18.39 cm，占30% ；Ⅱ级苗，3.06>D≥3.27 mm，18.39>H≥12.78 cm，占34%；Ⅲ级苗，D<2.37 mm，H<12.78 cm，占36% 。

表9 苗木质量分级标准(标准差法)Table 9 Seedling quality grading standard (standard deviation method)

表10 各级苗木所占比例(标准差法)Table 10 Proportion of seedlings at all levels (standard deviation method)

3 结论与讨论

在生产实践中操作性强，最易且最无损伤苗木地获取苗木质量指标是苗高和地径。本文采用聚类分析方法和标准差分析方法对威宁短柱油茶苗木进行质量分级，获得分级标准如表7表和表9所。结合目前威宁短柱油茶育苗水平，考虑出苗量和实际生产应用，综合两种分析方法所得结果，并对其分析结果取整，最终得到威宁短柱油茶苗木分级标准如下：二年生嫁接容器苗，Ⅰ级苗，D≥2.5 mm，H≥24.0 cm； Ⅱ级苗，2.0>D≥2.50 mm，24.0>H≥15 cm；Ⅲ级苗，D<2.0 mm，H<15.0 cm；一年生播种容器苗，Ⅰ级苗，D≥2.50 mm，H≥12.0 cm； Ⅱ级苗，2.50>D≥2.0 mm，12.0>H≥10.0 cm；Ⅲ级苗，D<2.0 mm，H<10.0 cm；二年生播种容器苗，Ⅰ级苗，D≥3.0 mm，H≥17.0 cm；Ⅱ级苗，3.0>D≥2.50 mm，17.0>H≥12.0 cm；Ⅲ级苗，D<2.50 mm，H<12.0 cm；三年生播种容器苗，Ⅰ级苗，D≥5.0 mm，H≥32.0 cm；Ⅱ级苗，5.0>D≥4.0 mm，32.0>H≥22.0 cm；Ⅲ级苗，D<4.0 mm，H<22.0 cm；二年生播种裸根苗，Ⅰ级苗，D≥2.50 mm，H≥15.0 cm；Ⅱ级苗，2.50>D≥2.0 mm，15.0>H≥10.0 cm；Ⅲ级苗，D<2.0 mm，H<10.0 cm。Ⅰ级苗、Ⅱ级苗为合格苗，Ⅲ级苗为不合格苗。

本分级标准中威宁短柱油茶各级苗木指标均比已颁布的油茶国家标准《油茶苗木质量分级》[18]中的各级苗木指标低，这也印证了前文提到的普通油茶和威宁短柱油茶两个物种的差异太大，普通油茶的标准和规程很多在威宁短柱油茶上无法运用的观点。

本研究调查威宁短柱油茶苗木仅来自贵州玉屏县、贵州贵阳市以及贵州威宁县，由于贵州地形地貌复杂，各地水热环境不同、立地条件不同、育苗水平也不同，如需制定贵州省威宁短柱油茶苗木质量分级标准，还需扩大样本量，从而制定更为科学合理的威宁短柱油茶苗木分级标准，此分级标准仅供参考。