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黔产毛叶木姜子苗木质量评价与分级

2022-07-08简才源袁丛军戴晓勇郭贵明李永荣丁访军刘发明

广西林业科学 2022年3期
关键词:紫云苗高冠幅

简才源,袁丛军,刘 娜,戴晓勇,郭贵明,李永荣,丁访军,刘发明

(1.贵州省林业调查规划院,贵州贵阳 550003;2.贵州省林业科学研究院,贵州贵阳 550005;3.贵州黔中香绿色产业有限责任公司,贵州紫云 550800)

毛叶木姜子(Litsea mollis)为樟科(Lauraceae)木姜子属落叶灌木或小乔木[1],在我国广东、广西、湖南、湖北、四川、贵州、云南和西藏东部等地均有分布;主要生长在海拔600 ~2 800 m 的山坡灌丛或阔叶林中。毛叶木姜子的果实对缓解和治疗腹泻、气胀等效果较好,根可用于治疗劳伤、气痛等[1]。林婷等[2]对毛叶木姜子的天然林群落组成、开花情况和种群结构变化等进行研究;刘均利等[3]从萌条、培养基筛选及组培苗移栽等方面对毛叶木姜子进行研究,为毛叶木姜子组培快繁提供技术路线;曹剑等[4]从外植体获取时间、消毒和抗褐变等方面进行研究,建立毛叶木姜子组培无菌体系;赏霞飞[5]对毛叶木姜子的化学成分进行提取和分析,得到多个具有明显抗炎活性的化合物;全国林木种子标准化技术委员会[6]研究制定了毛叶木姜子育苗技术规程,为规范化苗木培育提供参考。林木种苗是林业高质量发展的重要基础,前人对毛叶木姜子的研究以苗木培育和资源开发为主,关于其苗木质量评价和分级的相关研究尚未见报道,在国家和贵州省主要造林树种苗木质量等级目录中也未有记载[7-8],因此开展毛叶木姜子苗木质量评价与分级研究非常必要。

苗木质量分级研究多采用(平均值± 标准差)和逐步聚类两种方法[9-15]。本研究在参考前人方法的基础上,采用快速聚类方法进行苗木质量分级,具体方法不同,但内在逻辑相通。

本研究以大田裸根苗为材料,测定1年生毛叶木姜子裸根苗的生长指标,运用方差分析(多重比较)、主成分分析和聚类分析等方法,对相关生长指标进行质量分析评价,并采用快速聚类方法对苗木分级标准进行探讨,为贵州区域毛叶木姜子造林苗木筛选、苗木质量检测提供依据,也可为制定毛叶木姜子苗木质量等级标准提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

选择3 个育苗点,分别位于贵州中部地区的安顺市西秀区安顺茶场(简称:西秀)(106°126′E,26°38′N)及紫云县猫营镇狗场村(简称:紫云A)(106°11′E,25°90′N)和长兴村(简称:紫云B)(106°08′E,25°98′N)。安顺茶场年均气温14.3 ℃,年均无霜期291 天,年均日照时长1 085.3 h,年均降水量1 244.2 mm,土壤为黄壤,土层厚度80 cm;紫云县年均气温15.3 ℃,年均无霜期288天,年均日照时长1 294.5 h,年均降水量1 291.4 mm,土壤为黄棕壤,土层厚度40 cm。

1.2 材料

供试材料为1年生毛叶木姜子大田裸根苗。2018年9—10月,在紫云县猴场镇(106°14′E,25°24′N)采集种子,种子均采自同一株母树,树龄8年,生长健壮,种子成熟;堆沤后,搓揉去除种子外种皮,水选去除杂质、霉烂和不饱满的种子,然后沙藏。2019年2月20日播种;2020年1月20日调查苗木生长状况。3 个育苗地点采用的育苗方法一致;西秀区育苗点部分苗木死亡,测量时的苗木密度低于紫云县两个育苗点。

1.3 现场调查

采用随机抽样法对苗木进行调查。采用游标卡尺(精确至0.01 cm)、钢卷尺等工具测定苗木的地径、苗高、冠幅和枝下高,统计分枝数,每个育苗点3个重复,共调查703 株;其中,紫云A 330 株,紫云B 270株,西秀103株。

1.4 数据处理

采用WPS 软件进行数据统计,运用3σ 准则分别对3 个地点的异常数据进行剔除;为使地径和苗高两个指标的数值在同一尺度下进行分析,对数据进行标准化计算。数据标准化计算公式为[9]:

式中,Zij为标准化值;Xij为所观测苗木j(1,2,3……)的苗高或地径;Xi(max)和Xi(min)分别为所观测总体样本中苗高或地径的极大值和极小值。

采用SPSS 21.0 软件对3 个育苗点苗木的生长指标进行方差分析,并在方差分析的基础上进行LSD 多重比较;对地径、苗高、冠幅和分枝数4 个指标进行Kaiser-Meyer-Olkin 和Bartlett 检验及主成分分析。

通过方差分析和主成分分析,选取地径、苗高作为苗木质量评价和分级的量化指标;采用SPSS 21.0软件对标准化数据进行快速聚类分析。设置3个聚类数量,迭代计算至聚类中心内没有改动并达到收敛,得出苗木分级聚类中心;计算各级苗的聚类半径(d);以各级别最终聚类中心为圆心,以d为半径,确定临界值;过大的苗木在Ⅰ级苗上方,过小的苗木在Ⅱ级苗下方,确定各级别苗木的分级下限[9-12]。

式中,k= 1,和分别表示各级别苗高和地径标准化值的标准差。

2 结果与分析

2.1 不同育苗点苗木生长比较

平均地径、苗高和冠幅均表现为西秀>紫云A >紫云B;平均枝下高表现为西秀>紫云B >紫云A;平均分枝数表现为紫云A >西秀>紫云B(表1)。西秀的平均地径、苗高、冠幅和枝下高均显著高于紫云A 和紫云B(P<0.05);西秀和紫云A 的平均分枝数均显著高于紫云B(P<0.05);紫云A 的平均冠幅显著高于紫云B(P<0.05);紫云B 的平均枝下高显著高于紫云A(P<0.05)。

表1 不同育苗点苗木生长指标Tab.1 Growth indexes of seedlings in different locations

2.2 苗木质量评价与分级指标选取

枝下高一般用于评价大树的经济性,对于1年生小苗质量评价的意义和重要性均不大,因此不将其作为毛叶木姜子苗木质量评价与分级的主成分分析指标。对地径、苗高、冠幅和分枝数进行Kaiser-Meyer-Olkin 检验,结果为0.744,Bartlett 检验的相伴概率为0.00,表示变量间的相关性较强,方差齐性,该4个指标(原变量)可进行主成分分析。

第1主成分的初始特征值大于1,但贡献率仅为61.998%,表达的原始信息量不足,需取到第2 主成分,累积贡献率为81.839%,可表达足够的信息。因此,提取前两个主成分(表2)。

表2 特征值和方差贡献率Tab.2 Eigenvalues and variance contribution rates

第1主成分中,地径、冠幅和苗高的特征向量较高,说明第1 主成分主要由地径、冠幅和苗高决定;第2 主成分中,分枝数的特征向量较高,说明第2 主成分主要由分枝数决定(表3)。在毛叶木姜子苗木质量评价与分级中,可使用地径、苗高和冠幅为主要评价指标,分枝数为辅助评价指标。毛叶木姜子1年生苗分枝点过低,造林时通常将低矮的枝条剪除,待主干长到适当高度后再留结果枝,因此,最终选取苗木质量评价与分级指标时,剔除分枝数,选取更易准确测定的地径、苗高为苗木质量评价与分级的量化指标,冠幅为直观判断指标。

表3 旋转主成分特征向量Tab.3 Feature vectors of rotating principal component

2.3 聚类与苗木分级

对分级量化指标地径和苗高进行聚类分析,得出最终聚类中心(表4)。通过公式(2),计算出Ⅰ、Ⅱ级苗的聚类半径,分别为dⅠ= 0.19、dⅡ= 0.15。Ⅰ、Ⅱ级苗的最终聚类中心为Ⅰ1(0.69,0.74)、Ⅱ2(0.44,0.53),计算得出Ⅰ、Ⅱ级苗的下限分别为Ⅰ1(0.56,0.60)、Ⅱ2(0.35、0.42),据此作图(图1)。将公式(1)代入数据计算,得出Ⅰ、Ⅱ级苗下限标准。Ⅰ级苗:地径≥1.18 cm,苗高≥77.60 cm,冠幅完整、均匀;Ⅱ级苗:地径≥0.89 cm,苗高≥60.30 cm,冠幅完整;Ⅲ级苗:地径<0.89 cm,苗高<60.30 cm,冠幅损伤。按此分级标准检验苗木,地径和苗高两个指标均达到相应的标准,方可计入相应级别,如其一不达,则降为下一级[13]。

图1 苗木质量分级临界值(标准化数据)Fig.1 Critical values of seedling quality classification(standardized data)

表4 苗木质量分级聚类中心Tab.4 Clusteringcentersofseedlingqualityclassification (cm)

2.4 育苗点苗木分级结果

依据苗木质量分级标准,对紫云A、西秀和紫云B 育苗点的苗木进行分级(表5)。紫云A 育苗点调查样株330 株;其中,Ⅰ级苗75 株,占总抽样株数的22.73%;Ⅱ级苗191 株,占比57.88%;Ⅲ级苗64 株,占比19.39%。西秀育苗点调查样株103株;其中,Ⅰ级苗24 株,占总抽样株数的23.30%;Ⅱ级苗46 株,占比44.66%;Ⅲ级苗33 株,占比32.04%。紫云B 育苗点调查样株270 株;其中,Ⅰ级苗25 株,占总抽样株数的9.26%;Ⅱ级苗151 株,占比55.93%;Ⅲ级苗94 株,占比34.81%。合格苗占比表现为紫云A >西秀>紫云B;西秀育苗点的Ⅰ级苗占比最高,说明西秀的苗更壮。苗木分级结果与生长指标分析结果基本一致。

表5 不同育苗点苗木质量分级Tab.5 Seedling quality classification in different locations

3 讨论与结论

以地径和苗高作为苗木质量评价和分级的主要指标[9-19],是科学研究和实际工作中的一致结论。多年的观察和研究表明,地径和苗高测定难度低、准确度高且稳定度高,冠幅易受相互挤压影响,测量的精准度较低。为便于运输和提高苗木种植成活率,在起苗运输和栽植过程中,会对冠层进行修剪,仅保留少量枝条和叶片,在苗木质量评价指标体系中,分枝数、枝下高等指标重要性较低。因此,毛叶木姜子苗木质量评价以地径、苗高为量化指标,以冠幅为直观判断指标,主要从形态完整性、均匀性和损伤性上进行判别;如遇冠幅修剪,以地径和苗高为主要指标。在苗木出圃及工程造林苗木检验和评价的过程中,有检疫性病虫害、断梢和根系缺失严重的苗木一般作不合格处理。

对比前人苗木质量分级的相关研究,1年生闽楠(Phoebe bournei)[10]、青钱柳(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质量分级标准与毛叶木姜子有一定差异,苗木质量分级的主要影响因素可能是树种本身的生长特性。

以本研究得出的标准检验西秀区和紫云县培育的毛叶木姜子苗木,结果与生长指标分析结果基本一致,说明该分级标准适用于贵州地区培育的毛叶木姜子裸根苗。西秀育苗点苗木的平均地径、苗高和冠幅均显著高于紫云A 和紫云B,其Ⅰ级苗占比最高。毛叶木姜子抗旱性差[20],3 个地点的年均气温、无霜期、日照时长和降水量等气候条件相差极小,但西秀育苗点在夏季干旱时未及时浇水,导致部分苗木死亡,后期苗木密度低于紫云A 和紫云B,因此苗木生长空间更充分,苗木各生长指标(除平均分枝数外)均高于紫云A 和紫云B。合理的育苗密度可能有利于毛叶木姜子合格苗苗木产出,后续可开展育苗密度试验。

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