贵州光皮梾木苗木分级方法及标准的研究

娄 丽， 付 品， 田小琴， 张亚洲， 陈应福， 李 芳

(贵州省核桃研究所/贵州省林业科学研究院， 贵阳 550005)

光皮梾木(CornuswilsonianaWangerin)是一种木本油料树种，果肉和种仁含油率较高，具有较高的食用价值；其木材纤维素含量高、综合强度值和强度品质系数高，气干密度为0.896 g/cm3，是优质的木质菌材、家具及结构用材；该树种耐瘠薄适生性强，在酸性土或石灰岩土生长良好，分布于陕西、甘肃、湖南、江西、湖北、贵州等省区[1-4]。近年来，随着贵州省农村产业革命的兴起，食用菌产业作为十二大农村特色产业之一，2020年食用菌产量147.6万t，年均增速位居全国第一，规模化食用菌的生产需要大量高木质纤维、高蛋白的木屑基质，加之森林采伐限额的管理政策，导致贵州省的木质菌材供不应求。因此，有必要加快优质木质菌材林基地的建设，保障贵州省木质菌材的可持续供应，而菌材林基地的建设急需大量优质壮苗。

林木种苗是人工林的物质基础，苗木质量是影响苗木造林成效极重要的因素之一，优质壮苗造林成活率、保存率均相对较高，且优质苗木移栽成活缓苗时间短，生长快[5-6]。苗木质量的优劣主要是通过苗木综合控制条件、苗木形态指标及生理指标进行评价[7-8]，而已有苗木质量评价关键指标多选择简单、易于观测的苗高、地径形态指标，苗木质量分级主要采用方差分析、逐步聚类法、平均值±标准差及综合评价法[9-16]。目前，光皮梾木苗木繁殖方式有扦插、播种育苗，相关光皮梾木苗木质量分级的研究仅有1项行业标准，针对黔中地区光皮梾木开展了大棚、露地育苗的苗木生长情况调查[18-22]。对于如何把测定的苗高、地径、根系、生物量等苗木质量评价因子采用快速、简单的分析方法评定光皮梾木的苗木质量尚未见报道。因此， 本研究以贵州省光皮梾木实生苗为研究对象，基于苗高、地径、根系长度及数量等多个形态指标，利用Origin 2021、SPSS 21软件进行相关分析、主成分分析及逐步聚类等分析，定量光皮梾木实生苗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级苗木质量分级标准，为光皮梾木造林所需良种壮苗的质量评定和制定贵州省光皮梾木实生苗质量分级标准提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于贵州省安顺市平坝区高峰镇平坝华山松良种基地，北纬26°25′，东经106°16′。属亚热带温暖湿润季风气候，年平均气温14.1 ℃，1月平均气温6.0 ℃，7月平均气温23.5 ℃，极端最低温-7.4 ℃，极端最高温31.8 ℃，≥10 ℃积温4 244 ℃，年降雨量1 238.1 mm，年平均相对湿度83%，无霜期245 d。育苗地土壤为山地黄壤，土层较厚，pH值5.0～6.0，海拔1 250 m。

1.2 育苗方法

2019年10月下旬在贵州省林业科学研究院树木园采集生长健壮、无病虫害的光皮梾木果实，去除果皮和种子表面的蜡质，按照体积比3∶1的河沙与种子层积处理，贮藏期间每月翻动1～2次，保持沙子湿润。2020年1月底选用开阔避风、排水良好的地方作为苗床，2020年2月进行种子条播，在苗床上铺一层细碎的黄心土，覆盖薄膜。待苗木出土后，及时揭开薄膜，对苗圃进行除草、施肥、病虫害防治、间苗等苗期管理。

1.3 调查方法

2020年10月苗木停长，先测量苗床的长、宽，设置1 m×1 m样方，统计样方内苗木数量。然后采用随机抽样法，选择5个1 m×1 m小样方，划对角线，沿着对角线调查样苗，利用卷尺测量苗高(H)、主根长，游标卡尺测量地径(D)，计算高径比，共抽取50株样苗。另外在5个样方随机挖取1株苗，共5株，测量主根长度、Ⅰ级侧根数，用电子天平称鲜重，然后在60 ℃烘箱中烘至恒重得干重。

1.4 苗木分级指标的确定

利用Origin 2021、SPSS 21软件对样苗测定形态指标进行相关分析及主成分分析，综合相关分析的结果，确定苗木质量分级的关键指标。

1.5 苗木质量指标的逐步聚类分析

1.6 平均数±标准差分级

采用平均数±标准差进行苗木分级，统计分析样苗苗高、地径、根系数量指标的平均值、标准差为Ⅱ级苗代表值，以平均值+标准差作为Ⅰ级苗的代表值，平均值-标准差作为Ⅲ级苗的代表值，而以平均值±1/2标准差作为Ⅱ级苗与Ⅰ级、Ⅲ级苗的界限。

2 结果与分析

2.1 光皮梾木苗木质量评价指标的相关分析

对黔中平坝地区培育光皮梾木苗木苗高、地径、主根长等生长量指标作相关性分析(见图1)。苗鲜重、干重极显著相关，相关系数为0.99，地径与鲜重、干重显著相关，相关系数分别为0.90、0.95，Ⅰ级侧根数与地径、苗高显著相关，相关系数分别为0.89、0.89，除根系长度与高径比为负相关外，其他检测苗木指标均为正相关。结果表明，光皮梾木的鲜重、干重是评价苗木质量的重要指标，地径、苗高是评价苗木质量的主要指标，Ⅰ级侧根数为辅助指标，在实际生产中，宜采用显著相关且方便测量的苗高、地径为苗木质量分级的主要评价指标。

图1 光皮梾木苗木各质量因素间的相关分析 Fig.1 Correlation matrix between the quality factors of Cornus wilsoniana

2.2 光皮梾木苗木质量评价指标的主成分分析

进行苗木质量评价时，各质量指标之间关系密切，采用主成分分析法对光皮梾木苗木质量指标进行研究，提取既能反映苗木质量，又能在实际生产应用中易于观测的指标，把多个苗木质量评价指标减少为较少的新的综合性指标，由表1可知，光皮梾木的第一主成分的特征值为5.06，解释总变异的72.30%，第二主成分的特征值为1.55，解释总变异的22.07%，第一主成分、第二主成分的累积贡献率为94.37%。因此，提取2个主成分进行数据分析。

表1 主成分分析结果Table 1 Principal component analysis of Cornus wilsoniana seedlings

由表2可知，7个苗木质量评价指标可用两个主成分解释，其中第一主成分的表达式为y1=0.179x1+0.189x2+0.196x3+0.173x4+0.078x5+0.157x6+0.175x7，主要包含地径、干重、鲜重等指标，其地径载荷量最大，可作为评价苗木质量的重要指标；第二主成分的表达式为y2=-0.22x1-0.164x2-0.007x3+0.31x4+0.574x5-0.347x6+0.161x7，主要包含高径比、苗高、Ⅰ级侧根数指标，高径比子载荷大，具有辅助参考意义。因此，最终确定光皮梾木苗木质量综合评价模型为y=0.723y1+0.221y2，采用易于观测苗的苗高、地径为光皮梾木苗木质量评价主要指标。

表2 因子载荷及特征向量Table 2 Factor loading matrix and feature vector

2.3 光皮梾木苗木质量的逐步聚类分析

2.3.1苗高、地径的标准化

由于光皮梾木调查的苗高、地径不在同一水平上，应对苗高、地径进行标准处理，按照公式2计算50株样苗的苗高、地径标准化值(见表3)。

表3 光皮梾木样苗苗高及地径标准化值Table 3 Standardization values of height and ground diameter of Cornus wilsoniana

2.3.2初始分级

经2.3.1标准化处理，把样苗苗高、地径标准化值之和∑标(∑标=H标+D标)作为横坐标，以苗号为纵坐标，作一维坐标图(图2)，根据各样苗在坐标上的集聚小群，对各样苗进行初始分级，光皮梾木50样苗初始分级的结果见表4。结果表明，50个样苗划分为3级，Ⅱ级苗最多，Ⅰ、Ⅲ级苗数量较少。

表4 种苗初始分级结果Table 4 Initial grading results of Cornus wilsoniana seedlings

图2 光皮梾木播种苗木坐标排序Fig.2 Coordinate sequence diagram for seedlings of Cornus wilsoniana

2.3.3逐步聚类分级

光皮梾木苗木质量初始分级受人为因素影响，苗木质量3级分类结果有一定误差，仍需要进一步用公式1对Ⅰ级与Ⅱ级、Ⅱ级与Ⅲ级临界样苗分级修正，比较临界样苗与相邻两级凝聚中心的距离，反复修订到最短距离时，样苗与哪一级的距离最短就可分到哪一级。光皮梾木3级苗初始分级聚集中心分别为XⅠ1(0.92，0.20),XⅡ2(0.55，0.93),XⅢ3(0.04，0.07)。经反复6次修订，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级苗最终凝聚中心分别为XⅠ2(0.77，0.60)，XⅡ2(0.56，0.32),XⅢ3(0.19，0.16)，至此，第6次修订后即为最终分级(见表5)。

表5 苗木最终分级标准Table 5 Final grading standard of Cornus wilsoniana seedlings

聚类分级后，临界值确定极为重要。由于苗木临界值的不确定，造成苗木分级标准的提高或降低，进而影响造林成本或造林成活率。以Ⅰ、Ⅱ级苗的最终凝聚中心XⅠ2(0.77，0.60)、XⅡ2(0.56，0.32)为圆心，根据公式3计算，得到Ⅰ级苗的半径dⅠ= 0.24，Ⅱ级苗的半径dⅡ=0.20，找出Ⅰ级苗的下限坐标(0.55，0.49)、Ⅱ级苗的下限坐标(0.34，0.37)。进一步得出光皮梾木苗木质量分级结果为：Ⅰ级苗木，苗高H≥103.3 cm、地径D≥0.59 cm；Ⅱ级苗木，苗高H≥93.0 cm、地径D≥0.50 cm。因此，采用逐步聚类分级法的光皮梾木苗木质量分级为Ⅰ级苗苗高H≥103 cm，地径D≥0.59 cm；Ⅱ级苗苗高93 cm≤H<103 cm，地径0.59 cm≤D<0.50 cm；Ⅲ级苗苗高H<93 cm，地径D<0.50 cm。

2.4 平均数±标准差分级方法

调查光皮梾木的苗高、地径，统计平均值、标准差，采用平均数±标准差分级法计算，Ⅰ级苗苗高H≥100 cm，地径D≥0.60 cm；Ⅱ级苗苗高90 cm≤H<100 cm，地径0.50 cm≤D<0.60 cm；Ⅲ级苗苗高H<90 cm，地径D<0.50 cm。

3 结论与讨论

通过对贵州平坝地区光皮梾木苗高、地径、主根长等形态指标的调查，相关分析结果显示，苗鲜重、干重是影响光皮梾木苗木质量的重要指标，地径、苗高为光皮梾木质量评价的主要指标。结合主成分分析结果，光皮梾木第一主成分的地径载荷量最大，第二主成分高径比载荷较大，进一步综合评定易于观测苗木地径、苗高为光皮梾木的质量分级的主要指标。

评定光皮梾木的苗高、地径为苗木质量评价的主要指标，采用逐步聚类分级法的苗木质量分级标准为：Ⅰ级苗苗高H≥103 cm，地径D≥0.59 cm；Ⅱ级苗苗高93 cm≤H<103 cm，地径0.59 cm≤D<0.50 cm；Ⅲ级苗苗高H<93 cm，地径D<0.50 cm。采用平均值±标准差将光皮梾木苗木质量划分为3级(Ⅰ、Ⅱ级和Ⅲ级)标准为：Ⅰ级苗苗高H≥100 cm，地径D≥0.60 cm；Ⅱ级苗苗高90 cm≤H<100 cm，地径0.50 cm≤D<0.60 cm；Ⅲ级苗苗高H<90 cm，地径D<0.50 cm。与光皮梾木苗木培育行业标准对光皮梾木苗木质量分级(Ⅰ级苗：H>60 cm，D>0.60 cm；Ⅱ级苗：50 cm≤H<60 cm，0.50 cm≤D<0.60 cm)标准相比，Ⅰ级、Ⅱ级苗木的株高均较大，对比光皮梾木苗木质量采用逐步聚类分级法与平均值±标准差法分级结果，分级结果极其相似，但由于平均值±标准差的计算方法简单。因此，在实际苗木生产中宜采用平均值±标准差进行苗木质量标准的划分。

苗木质量的评价除苗高、地径、根系等形态指标评定外，还应包括苗木碳水化合物、芽休眠状态等生理指标和根系生长潜力、抗冻性、抗逆性等性能指标。本研究仅通过选用易于观测的苗高、地径为关键指标评定苗木质量仍不全面。因此，有必要进一步对光皮梾木苗木质量的评价因子增加相关生理性能指标的综合评价，同时结合当地条件、苗木造林成活率、保存率和生长量，制定贵州光皮梾木苗木质量的评价标准。