福建巒大杉苗木質量分級研究

歐建德 康永武

(1. 明溪縣林業(yè)局，福建 三明 365200；2. 沙縣林業(yè)局，福建 三明 365500)

巒大杉 (Cunninghamiakonishii) 又名香杉[1-2]，為杉科 (Taxodiaceae) 杉木屬 (Cunninghamia) 的大喬木，為我國臺灣特有種，原產于臺灣中部、北部及東北部，其木材紋理直，結構細，心邊材明顯，芳香，是我國優(yōu)良用材樹種。巒大杉在福建等我國南方地區(qū)成功引種，并已在福建省內大規(guī)模育苗造林[2]，但在因苗木質量評價標準與方法的缺失導致巒大杉人工造林成效不理想等問題。苗木培育與選擇，直接關系到造林成效、收獲周期與培育成本[3]。用規(guī)范化、統(tǒng)一的苗木質量標準來指導壯苗生產，可提高造林成活率與林木生長量[4-7]，因此開展巒大杉苗木質量分級研究顯得十分迫切。

鑒于當前國內有關苗木質量分級研究大多采用逐步聚類法[4,6-11]或平均值 ± 標準差法[12-15]，且不同方法的分級結果往往差異較大。為此，在福建省內的代表性的4個巒大杉苗木產地進行采樣，分別采用逐步聚類法和平均值 ± 標準差法進行1年生實生苗質量分級、制訂標準，開展不同方法的各等級苗木造林試驗，并進行質量分級與造林成效比較，以期優(yōu)化福建省巒大杉的苗木質量與分級標準，為巒大杉培育提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 苗木來源與測定

在福建省閩西 (福建上杭)、閩中 (福建沙縣、福建國有來舟林業(yè)試驗場) 和閩東 (福建安溪) 的4個巒大杉育苗基地按照每個基地3個樣方 (0.11 m2) 的標準，隨機制取12個樣方共計171株巒大杉苗木，逐株測量苗木地徑、苗高、地上鮮質量、地下鮮質量，并計算總鮮質量、高徑比。

1.2 苗木質量分級方法

1.2.1逐步聚類法

1) 數據標準化：將苗高、地徑按Zi=(xi-xmin)/(xmax-xmin) 式計算標準化值，式中Zi為標準化值，xi為個體性狀值，xmin為性狀最小值，xmax為性狀最大值。2) 初始化分級：計算性狀標準化值和并按大小排序，在小群距離較明顯地方，將群體劃分為3群 (即3級) ，完成初始化分級[4,8-11]。3) 修改分級：按照初始分級結果，分別計算各級的性狀標準化值的平均數作為該級的凝聚中心，計算個體與相鄰凝聚中心的距離d，以距離凝聚中心的距離最近為標準，判定個體 歸屬 (最短距離法)[4,8-11]。每次修改后，如有變化，需按新的分級重新計算凝聚中心和距離。如此反復進行，直到完全沒有變化。分級即結束。距離d按參考文獻 [4] 的公式計算。4) 臨界值確定：按參考文獻 [4] 的方法，計算各級性狀最后的凝聚中心，Ⅰ、Ⅱ級性狀半徑并在方格紙上確定性狀下限值。5) 等級標準確定：將等級性狀下限的性狀標準化值換算為性狀值，劃分等級性狀的標準[4,8-11]。

1.2.2平均值±標準差法

計算群體性狀均值和標準差，按照平均值 + 標準差、平均值-標準差作為Ⅰ、Ⅱ級下限值[12-15]。

1.3 造林成活率試驗設計

造林地設在福建省國有來舟林業(yè)試驗場，武夷山向東延伸的支脈茫蕩山的西北部，屬中亞熱帶季風性氣候，溫暖濕潤，年平均氣溫19.4 ℃，極端最高氣溫41.0 ℃，極端最低氣溫-6.5 ℃，無霜期290～310 d，年降雨量1 800 mm左右，年平均相對濕度80%以上。造林地土壤為山地紅壤，土層厚度 > 100 cm，pH 4.7。

完全隨機試驗設計，每個試驗均設3個處理 (分別為應用逐步聚類法和平均值 ± 標準差法劃分的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級苗木)，3個重復，50株/小區(qū)，小區(qū)間用2行木荷隔離。試驗區(qū)立地相對一致，造林苗木來源于福建省國有來舟林業(yè)試驗場育苗基地，造林株行距為2.0 m × 2.0 m，2015年2月造林，造林與撫育管理措施一致。

1.4 數據處理與分析

2015年10月逐株測量當年抽梢，并計算造林成活率。采用Excel 2003和SPSS 21軟件對數據進行統(tǒng)計分析。造林成活率按x=arcsinx1/2式轉換后進行方差分析與多重比較。采用單因素方差分析法和Duncan法進行方差分析和多重比較 (α=0.05)。利用Excel 2003軟件進行苗木分級。相關性分析采用SPSS 21軟件進行。表中數據為平均值 ± 標準差。

2 結果與分析

2.1 評價性狀確定

巒大杉苗木地徑、苗高、高徑比、地下鮮質量、地下鮮質量、全株鮮質量等6個生長指標間的相關分析結果見表1。結果表明：巒大杉苗木苗高，地徑與苗木地上、地下鮮質量，全株鮮質量相關性極顯著，且與高徑比指標的相關性亦達到極顯著水平，可以作為評價苗木質量的形態(tài)指標。實際生產中，通常采用苗高、地徑2個容易測定性狀作為苗木分級指標，具有容易掌握、操作方便的特點，可作為巒大杉苗木分級指標。

表1 苗木性狀相關性分析Table 1 Correlation analysis of seedling traits

注：**表示相關極顯著 (P< 0.01)。

2.2 苗木分級

2.2.1逐步聚類法的苗木分級結果

將171株樣苗的苗高、地徑按Zi=(xi-xmin)/(xmax-xmin) 式計算標準化值，計算樣苗的苗高和地徑標準化值之和，根據標準化值之和由大到小排序，在1.0、0.5的標準化值之和處將樣苗劃分成3群 (即3級)，完成苗木初始化分級。依據初始化分級結果，計算各級苗木的苗高、地徑標準化值的均值，作為該級苗木的凝聚中心，計算各樣苗與各級的苗木凝聚中心的距離，依據最短距離原則重新判別樣苗的所屬的等級。經5次聚類修訂后分級結果保持不變，最終計算出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級的凝聚中心分別為XⅠ(0.58, 0.66)、XⅡ(0.33, 0.42)、XⅢ(0.18, 0.19)。計算各級別樣苗的苗高、地徑標準化值的標準方差，取苗高、地徑標準方差和的平方根為該等級的半徑；將其凝聚中心和半徑轉繪在方格紙上，讀出Ⅰ、Ⅱ等級地徑、苗高標準化值的下限[4]，經計算，Ⅰ級苗木的地徑、苗高標準化值下限分別為0.34、0.51，Ⅱ級苗木的地徑、苗高標準化值下限分別為0.24、0.30。經轉化為相應等級地徑、苗高初始值，得出苗木的分級標準。再將巒大杉苗木分級標準、比例與等級間苗高、地徑方差分析結果見表2。

表2 苗木分級標準與級別間苗木生長差異Table 2 Grading standard and the growth differences among grades

注：數據為平均值 ± 標準差；同列不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

由表2可知，采用逐步聚類法的巒大杉Ⅰ級苗標準為H≥ 40.5 cm，D≥ 0.47 cm；Ⅱ級苗標準：29.2 cm ≤H< 40.5 cm，0.40 cm ≤D< 0.47 cm；Ⅲ級苗標準：H< 29.2 cm，D< 0.40 cm；苗高、地徑的任一項不達等級標準，則苗木等級下降一級。參試樣苗中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級比例分別為29.24%、40.35%和30.41%，合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 占總數的69.59%。不同等級間的苗高和地徑指標均存在著顯著性差異，苗高、地徑大小排序均為Ⅰ級 > Ⅱ級 > Ⅲ級，呈現隨苗木等級升高而顯著遞減趨勢。

2.2.2平均值 ± 標準差法的苗木分級結果

應用平均值 ± 標準差法，巒大杉苗木質量與分級標準結果見表2。結果表明，采用平均值 ± 標準差法的巒大杉Ⅰ級苗標準為H≥ 47.5 cm，D≥ 0.63 cm；Ⅱ級苗標準：27.0 cm ≤H< 47.5 cm，0.36 cm ≤D< 0.63 cm；Ⅲ 級苗標準：H< 27.0 cm，D< 0.36 cm；苗高、地徑的任一項不達等級標準，則苗木等級下降一級。參試樣苗中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級比例分別為10.52%、67.25%和22.23%，合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 占總數的77.77%。不同等級間的苗高和地徑指標均存在著顯著性差異，苗高、地徑大小排序均為Ⅰ級 > Ⅱ級 > Ⅲ級，呈現隨苗木等級升高而顯著遞減趨勢。

2.2.32種苗木分級方法比較

比較2種方法下參試苗木等級比例、苗木分級標準結果 (表2) 發(fā)現，相對于逐步聚類法，采用平均值 ± 標準差法的質量分級，其Ⅰ級苗的苗高與地徑標準下限均相對更大，Ⅰ級苗苗高、地徑均值分別為54.8、0.73 cm，較逐步聚類法相同性狀分別提高了5.9、0.13 cm，Ⅰ級苗木比例由逐步聚類法29.24%下降為平均值 ± 標準差法的10.52%；相對于逐步聚類法，采用平均值 ± 標準差法的Ⅱ級苗的苗高與地徑標準的取值范圍均相對更寬，Ⅱ級苗苗高、地徑均值分別為38.6、0.51 cm，較逐步聚類法相同性狀分別提高了2.3、0.03 cm，Ⅱ級苗木比例由40.35%上升級為67.25%；采用平均值 ± 標準差法的Ⅲ級苗的苗高與地徑標準上限與均值均較逐步聚類法更小，比例亦相應更小。采用平均值 ± 標準差法的巒大杉合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 占總數的77.77%，較逐步聚類法的69.59%更高，2種方法在巒大杉的Ⅰ級苗的標準與比例方面差異最大。采用平均值 ± 標準差法的巒大杉合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 比例為77.77%，較逐步聚類法更加接近合格苗控制在85%水平[12]；采用平均值 ± 標準差法的巒大杉相鄰等級的苗高、地徑性狀差異較逐步聚類法明顯。研究結果表明，不同苗木質量分級方法明顯影響著苗木分級標準、各等級與合格苗木比例、相鄰等級苗高、地徑性狀的差異程度。

2.3 造林效果

不同苗木等級造林效果結果見表3。

表3 不同苗木等級造林效果Table 3 The afforestation effect of different seedlings grades

由表3可知，應用逐步聚類法劃分Ⅰ、Ⅱ級巒大杉苗木的造林成活率顯著高于Ⅲ級苗木，但Ⅰ、Ⅱ級苗木間的造林成活率無顯著性差異；幼樹當年抽梢隨著苗木等級升高而呈現顯著遞減趨勢。應用平均值 ± 標準差法劃分巒大杉苗木的造林成活率與當年抽梢均呈現隨著苗木等級升高而顯著遞減趨勢。

通過比較2種苗木質量分級方法的不同苗木等級的造林效果發(fā)現：在造林成活率方面，應用平均值 ± 標準差法的3個等級苗木間的造林成活率均存在顯著性差異，而逐步聚類法的Ⅰ、Ⅱ等級苗木間不存在顯著性差異；應用平均值 ± 標準差法的相鄰等級間造林成活率差異幅度較逐步聚類法明顯。在生長 (當年抽梢) 方面，2種方法的3個等級苗木間的造林成活率均存在顯著性差異，但應用平均值 ± 標準差法的Ⅰ、Ⅱ等級苗木生長差異較逐步聚類法明顯。

綜合2.2不同苗木質量分級方法的合格苗比例，以及相鄰等級間苗高與地徑差異情況，認為采用平均值 ± 標準差法劃分的巒大杉苗木等級標準更加合理。

3 結論與討論

本研究在系統(tǒng)采集福建省內不同產區(qū)的巒大杉苗木樣本基礎上，制定出福建省巒大杉苗木等級標準，為巒大杉苗木的培育與應用提供依據。本研究采用逐步聚類法和平均值 ± 標準差法等2種方法對巒大杉苗木進行苗木分級與造林成效試驗，通過比較、綜合2種方法的合格苗木比例、相鄰等級苗木性狀與造林成效差異表現，指出應用平均值 ± 標準差法進行巒大杉苗木質量分級優(yōu)于逐步聚類法，是可行的。巒大杉分級標準為Ⅰ級苗標準H≥ 47.5 cm，D≥ 0.63 cm；Ⅱ級苗27.0 cm ≤H< 47.5 cm，0.36 cm ≤D< 0.63 cm；苗高、地徑的任一項不達等級標準，則等級下降一級。受苗木采樣范圍局限，本研究制定的巒大杉苗木分級標準僅適應于福建省。

研究結論認為，苗高與地徑可以作為巒大杉苗木分級指標，這與前人的研究結論一致[4,7-11]。研究結論認為，不同質量等級苗木顯著影響造林成效，這與前人研究結論一致[16]。不同苗木質量分級方法明顯影響著苗木分級標準、各等級與合格苗木比例、相鄰等級苗高、地徑性狀的差異程度，這與前人研究結論一致[17]；研究結論認為，苗木造林成活率與苗木粗壯程度有關，苗木粗壯、地徑越大，造林成活率越高，是造成應用平均值 ± 標準差法的Ⅰ、Ⅱ等級間造林成活率差異較逐步聚類法明顯的原因，可能與應用平均值 ± 標準差法制訂的巒大杉Ⅰ、Ⅱ級苗木粗壯差異程度 (Ⅰ、Ⅱ級地徑標準下限間差值達0.27 cm，以下簡稱地徑差值) 遠較應用逐步聚類法 (地徑差值0.07 cm) 的更大有關。綜合各等級苗木性狀差異程度與苗木造林效果，實現苗木分級方法與標準優(yōu)選是可行和必要的。采用平均值 ± 標準差法進行巒大杉苗木分級標準優(yōu)于逐步聚類法，這與前人在青梅苗木分級[17]研究結論相互驗證。

本試驗的Ⅰ級巒大杉苗木比例為10.52%、合格苗 (Ⅰ、Ⅱ級苗木) 比例為77.77%，兩者比例均明顯偏低，說明巒大杉的整體育苗水平亟待提高、有關其育苗技術研究尚待深入。

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