切根對薄殼山核桃砧木質(zhì)量的影響*

杜洋文，鄧先珍，程軍勇

(1.黃岡師范學(xué)院經(jīng)濟林木種質(zhì)改良與資源綜合利用湖北省重點實驗室，大別山特色資源開發(fā)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 黃岡 438000；2.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院， 湖北 武漢 430075；3.湖北省木本糧油林工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430075)

薄殼山核桃(Caryaillinoensis)又名美國山核桃、長山核桃，為胡桃科(Julandaceae)山核桃屬(Carya)落葉喬木，原產(chǎn)美國和墨西哥，種仁營養(yǎng)豐富，種仁油脂含量高達70%～85%，是世界著名的干果和木本油料樹種，也是優(yōu)質(zhì)用材和庭院綠化樹種，我國已有百余年的引種歷史[1-2]。營養(yǎng)豐富，既可生食又可加工制作食品和保健食品，具有較高的醫(yī)學(xué)和保健功能[3-6]。由于其具有重要的經(jīng)濟價值，許多地方將其作為增加農(nóng)民收入、實施“精準扶貧”的重要經(jīng)濟樹種，在緩解糧油供需矛盾方面也發(fā)揮著重要的作用[7]。

近年來，薄殼山核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐不斷加快，種植面積不斷擴大，對種苗需求日益增大，更是對種苗質(zhì)量提出了更高要求。目前，薄殼山核桃種苗繁育主要采用對大田播種實生苗直接嫁接方式，由于薄殼山核桃單寧含量高、傷流嚴重，嫁接成活率低。而且，未經(jīng)切根砧木培育的嫁接苗主根長、須根少，不僅起苗費時費工，造林成活率也偏低、緩苗期也長，不利于薄殼山核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展[8-9]。切根長度或切根比例與切根效果密切相關(guān)，要選擇既能達到預(yù)期切根效果又不會阻礙苗木生長發(fā)育的適宜切根長度或切根比例至關(guān)重要[10]。許春錦[11]對紅錐(Castanopsishystrix)切根育苗試驗的研究、林志鵬[12]對切根育苗馬尾松(Pinusmassoniana)苗木及幼林生長效應(yīng)研究，均表明切根育苗可抑制苗木主根生長，促進側(cè)根根系發(fā)育，且不同樹種育苗適宜的切根深度或切根比例有所不同。本文擬通過對薄殼山核桃實生幼苗采取切根留存2、4、6和8 cm，以及不切根作為對照，切根后移栽至容器袋中繼續(xù)培育，比較分析不同切根措施培育的砧木生長性狀、生物量和根系性狀，并通過主成分分析和隸屬函數(shù)值法對砧木質(zhì)量進行綜合評價，篩選出苗壯質(zhì)優(yōu)、根系發(fā)達的優(yōu)質(zhì)砧木，以期能夠為薄殼山核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)種苗保障。

1 試驗地自然概況

試驗地位于武漢市九峰試驗林場(31°22′N，114°29′E，海拔51.2～202.0 m)，該區(qū)屬亞熱帶大陸季風(fēng)性濕潤氣候，年日照時數(shù)2 058.4 h，年平均氣溫16.7 ℃，極端最高氣溫41 ℃，極端最低氣溫-17.6 ℃，年平均降雨量1 200～1 400 mm，無霜期239 d。土壤以紅黃壤為主，土層厚度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%，全鉀含量1.0%～2.5%，有機質(zhì)含量1%～5%。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

2019年2月上旬，選取大小一致，無破損、無病蟲害的薄殼山核桃“波尼”種子，經(jīng)連續(xù)14 d清水浸泡、消毒及沙床催芽。在3月中旬，當(dāng)種子萌發(fā)大部分生長至15 cm左右時，選取高度、徑粗基本一致的幼苗作為切根留存試驗材料。

2.2 試驗方法

將選取的幼苗按照試驗設(shè)計分別進行切根留存處理，幼苗切根留存2 cm(記作“KP2”)、4 cm(記作“KP4”)、6 cm(記作“KP6”)、8 cm(記作“KP8”)和對照(不切根，記作“CK”)，共5個處理，每個處理30株幼苗，3次重復(fù)。幼苗切根后，將其移栽至黑色塑料袋(高度16 cm,直徑21 cm)中，容器基質(zhì)為50%泥炭土+50%黃心土，移栽后，澆透水1次。各處理苗木的后期管理(澆水、施肥、除草、病蟲害防治)相同。

2.3 調(diào)查指標

當(dāng)年12月上旬，苗木停止生長后，分別調(diào)查苗木地徑(X1)、苗高(X2)，計算高徑比(X3)=苗高/地徑；將苗木從容器袋內(nèi)緩慢取出，輕微抖動，去掉大部分基質(zhì)，再用清水沖洗掉剩余基質(zhì)。清洗時盡量保持完整根系，如有洗掉的根系，及時與苗木一起保留；將洗凈的苗木用紙巾吸干水分，從苗木基質(zhì)痕跡處截成地上地下兩部分，分別稱量地下鮮質(zhì)量(X4)和地上鮮質(zhì)量(X5)，計算總生物量(X8)=地下鮮質(zhì)量+地上鮮質(zhì)量；將苗木的地下部分放在掃描儀掃描成圖像并保存，利用根系分析系統(tǒng)GXY-A型分析其根長(X12)、根表面積(X13)、根直徑(X15)和根體積(X14)；將苗木地上部分和地下部分分別放在烘箱80 ℃下烘干至恒重，立即稱量地下干質(zhì)量(X6)和地上干質(zhì)量(X7)，相關(guān)指標其計算公式如下：

總干質(zhì)量(X9)=地下干質(zhì)量+地上干質(zhì)量；

根冠質(zhì)量比(X10)=地下干質(zhì)量/地上干質(zhì)量；

苗木質(zhì)量指數(shù)(X11)=(地上干質(zhì)量+地下干質(zhì)量)/[(苗高/地徑)+(地上干質(zhì)量/地下干質(zhì)量)][13-15]。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

基于苗木生長指標及生物量測量數(shù)據(jù)，分析各指標間相關(guān)性，采用主成分分析和隸屬函數(shù)綜合評價，選擇適當(dāng)苗木指標建立苗木最優(yōu)預(yù)估方程。其中，隸屬函數(shù)綜合評價指標計算公式[16-17]如下。

(1)各綜合指標的隸屬函數(shù)值u

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

式中：Xj表示第j個綜合指標；Xmax和Xmin分別表示第j個綜合指標的最大值和最小值。

(2)各綜合指標的權(quán)重W

式中：Wj表示第j個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度，即權(quán)重；Pj為配方第j個指標的貢獻率。

(3)綜合評價值D

3 結(jié)果與分析

3.1 幼苗切根留存不同長度對生長性狀的影響

薄殼山核桃幼苗切根留存不同長度對砧木高度(F=8.11**，P=0.003 5)、地徑(F=10.17**，P=0.001 5)、地下鮮質(zhì)量(F=8.81**，P=0.002 6)、地上鮮質(zhì)量(F=8.03**，P=0.003 6)、地下干質(zhì)量(F=7.98**，P=0.003 7)、地上干質(zhì)量(F=22.81**，P=0.000 1)、總生物量(F=8.61**，P=0.002 8)、總干質(zhì)量(F=7.38**，P=0.004 9)、根冠質(zhì)量比(F=5.94**，P=0.009 9)和苗木質(zhì)量指數(shù)(F=4.56*，P=0.023 5)等生長指標影響存在顯著性或極顯著性差異，對砧木高徑比(F=2.21，P=0.141 2)影響差異不顯著(表1)。

表1 幼苗切根留存長度對砧木生長影響差異Tab.1 Effect of root retention length on rootstock growth of seedlings

幼苗地徑以KP8和KP6處理較大，達到6.46 mm和6.63 mm，KP8比地徑最小的處理KP2大13.14%；苗高以KP8、KP6和CK處理較大，KP8達到35.79 cm，比高度最小處理KP2大36.39%；地下鮮質(zhì)量以KP8和KP6處理較大，分別達到41.31 g和53.70 g，最大的比最小處理KP4大99.04%；地上鮮質(zhì)量以KP8、CK和KP4處理較大，分別達到6.58 g、5.11 g和4.90 g，最大的比最小的處理KP2大71.80%；地下干質(zhì)量以KP8和KP6處理較大，分別為26.24 g和22.50 g，最大的比最小處理KP4大100.15%；地上干質(zhì)量以KP8處理較大，為5.09 g，比最小處理KP2大92.80%；總鮮質(zhì)量以KP8、KP6和CK處理較大，分別為60.28 g、45.30 g和45.80 g，最大的比最小處理KP4大89.02%；總干質(zhì)量以KP8和KP6處理較大，分別為32.82 g和26.49 g，最大的比最小處理KP4大82.23%；根冠質(zhì)量比以KP2、KP6、KP8和CK處理較大，達到4.63～7.04，最大的比最小處理KP4大104.05%；苗木質(zhì)量指數(shù)以KP8、KP6、KP2和CK較大，達到0.45～0.61，最大的比最小處理KP4大64.86%；各處理間高徑比差異不顯著。

3.2 幼苗切根留存長度對砧木根系性狀的影響

薄殼山核桃幼苗切根留存不同長度對砧木根長(F=18.71**，P<0.000 1)、根表面積(F=5.27**，P=0.015 2)、根體積(F=20.42**，P=0.000 1)和根直徑(F=4.69*，P=0.021 7)等根系性狀影響存在顯著性或極顯著性差異(表2)。

表2 幼苗不同切根留存長度對砧木根系性狀影響差異Tab.2 Effect of root retention length on root characteristics of rootstock of seedlings

幼苗根長以KP8處理較大，為15.52 m，比最小處理KP2大100.78%；根表面積以KP8處理較大，達到646 cm2，比最小處理KP6大97.55%；根體積以KP8處理較大，達到81.44 cm3，比最小處理KP6大222.02%；根直徑以KP8和KP6處理較大，分別達到9.31 mm和8.75 mm，最大比最小處理CK大38.54%。

3.3 幼苗切根留存長度對砧木培育質(zhì)量影響綜合評價

3.3.1 各指標間相關(guān)性分析

薄殼山核桃切根幼苗的地徑(X1)、高度(X2)、高徑比(X3)、地下鮮質(zhì)量(X4)、地上鮮質(zhì)量(X5)、地下干質(zhì)量(X6)、地上干質(zhì)量(X7)、總鮮質(zhì)量(X8)、總干質(zhì)量(X9)、根冠質(zhì)量比(X10)、苗木質(zhì)量指數(shù)(X11)、根長(X12)、根表面積(X13)、根體積(X14)和根直徑(X15)等性狀間存在一定的相關(guān)關(guān)系(表3)。其中，X1、X2分別與X7、X12間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，X4與X6、X8、X9、X12間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，X6與X8、X9、X11間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，X13與X14間存在顯著正相關(guān)關(guān)系。

表3 指標間相關(guān)性Tab.3 Correlation of indicators

3.3.2 各指標主成分分析

通過對薄殼山核桃切根幼苗地徑、高度等15個性狀指標進行主成分分析，得出了各綜合指標系數(shù)及貢獻率(表4)，前3個綜合指標累積貢獻率達到96.711%，能夠反映15個指標的綜合信息。因此，以這3個綜合指標為主成分可對15個性狀進行分類解釋，并對各處理苗木質(zhì)量進行綜合評價。

第一主成分表達式：

試論美國學(xué)在外國語言文學(xué)學(xué)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

該表達式主要以幼苗高度、地上鮮質(zhì)量、地上干質(zhì)量、根長、根表面積和根體積等性狀系數(shù)較大，反映了薄殼山核桃切根幼苗地上部分生長性狀和根系性狀綜合信息。

第二主成分表達式：

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

該表達式主要以幼苗總干質(zhì)量、根冠質(zhì)量比、苗木質(zhì)量指數(shù)等性狀系數(shù)較大，反映了薄殼山核桃切根幼苗苗木質(zhì)量評價指標綜合信息。

第三主成分表達式：

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

該表達式主要以幼苗地徑和根直徑等性狀系數(shù)較大，反映了薄殼山核桃切根幼苗徑和根系粗壯程度綜合信息。

3.3.3 各配方綜合指標值、隸屬函數(shù)值和綜合評價值計算

根據(jù)表4各綜合指標系數(shù)，求得了各處理的綜合指標值、隸屬函數(shù)值和綜合評價D值(表5)。根據(jù)指標貢獻率用權(quán)重公式求出各指標的權(quán)重W，3個主成分的權(quán)重系數(shù)分別為0.720、0.182和0.098。

表5 各處理的綜合指標值、u(Xj)及D值Tab.5 Composite indicator values for each treatment u(Xj)and D values

根據(jù)綜合評價D值計算公式，得出了各處理的綜合評價D值，由大到小排序為：KP8>KP6>CK>KP2>KP4。D值大小能夠代表苗木綜合質(zhì)量的優(yōu)劣，結(jié)果表明薄殼山核桃切根幼苗綜合質(zhì)量以KP8和KP6處理較好。

表4 各綜合指標的系數(shù)及貢獻率

3.3.4 苗木質(zhì)量評價指標篩選及預(yù)測

以綜合評價D值為因變量，薄殼山核桃切根幼苗15個指標觀測值為自變量，進行逐步線性回歸擬合分析(表6)，建立了最優(yōu)回歸方程為：

D=-0.863+0.052X9

式中，X9代表總干質(zhì)量。該回歸方程確定系數(shù)R2=0.962，回歸方差分析(F=76.840**，P<0.01)，回歸系數(shù)(P<0.01)均達到了極顯著性水平。

將X9觀測值代入最優(yōu)回歸方程，得到苗木質(zhì)量綜合評價預(yù)測值VP(表6)，并對D和VP進行相關(guān)分析，二者相關(guān)系數(shù)為R=0.981**，達到了極顯著性水平(P<0.01)，說明建立的最優(yōu)回歸方程對薄殼山核桃切根幼苗質(zhì)量評價效果較好。因此，在對薄殼山核桃不同程度切根的幼苗苗木質(zhì)量進行綜合評價時，采用苗木總干質(zhì)量作為評價指標，可使評價過程簡單化。

表6 回歸擬合方程系數(shù)、方差分析及R2Tab.6 Analysis of variance and coefficient of regression fitting equation and R2

4 討論與結(jié)論

切根措施能夠促進植物健全根系系統(tǒng)形成，提高林木造林的生態(tài)適應(yīng)能力和成活率[18]，已廣泛應(yīng)用于小麥(Triticumaestivum)、大棗(Ziziphuszizyphus)等經(jīng)濟作物的栽培，是形成均勻規(guī)格苗木的方法[19]。姜景明等[20]認為切根可使苗木表現(xiàn)出較高的成活率。趙偉明等[8]對薄殼山核桃和張懷龍等[9]對核桃(Juglansregia)幼苗進行移栽切接、切根切接和不切根切接研究表明，移栽切接成活率顯著高于切根切接和不切根切接?？赡苁怯捎谇懈薪雍鸵圃郧薪咏財嗔苏枘靖祵λ值奈蛰攲?dǎo)、抑制和減輕了嫁接口傷流，促進砧穗愈合萌發(fā)，因而能顯著地提高苗木嫁接成活率和苗木生長質(zhì)量。本試驗結(jié)果表明：薄殼山核桃幼苗切根留存不同長度對苗木地徑、高度、生物量等生長性狀指標影響存在顯著性差異，其中以留存8 cm和6 cm長度有利于幼苗高生長、徑增粗、生物量增長、苗木質(zhì)量指數(shù)提高，苗木地徑達6.46～6.63 mm，高度達30.87～35.79 cm，總干質(zhì)量達26.49～32.82 g，苗木質(zhì)量指數(shù)達0.53～0.61。相比對照，苗木地徑增加了8.87%、高度增加了16.29%、總干質(zhì)量增加了45.09%、苗木質(zhì)量指數(shù)增加了35.56%。

幼苗切根后其根尖的頂端優(yōu)勢消失，切根部位重新形成愈傷組織，并生出許多不定根[21]，從而使原來被抑制的側(cè)根得到充分發(fā)育，形成發(fā)達的側(cè)根和須根。林志鵬[12]對馬尾松和姜景明等[20]對濕地松(Pinuselliottii)幼苗切根實驗表明，切根對幼苗后期發(fā)育至關(guān)重要，能顯著提高側(cè)根數(shù)量。不同植物切根長度不同與幼苗根系發(fā)育關(guān)系也有所不同[22]。本研究結(jié)果表明，薄殼山核桃幼苗切根留存不同長度對砧木根長、根表面積、根體積和根直徑等根系性狀影響有顯著性差異，以切根留存長度8 cm和6 cm處理砧木根長性狀表現(xiàn)更好。相比對照，根長增加58.69%、根直徑增加38.54%。這與前期對薄殼山核桃1年生實生苗切根試驗結(jié)果基本一致[23]。而留存長度4 cm和2 cm的處理其苗木質(zhì)量弱于對照處理，可能由于切根強度過大，主根留存過短，造成苗木養(yǎng)分和水分供應(yīng)不足，影響苗木生長[24]。采取適度切根措施，改變植株的水分或養(yǎng)分等物質(zhì)的極性運輸和聚集，才能促進苗木根系的大量發(fā)生[25-26]。

通過采用主成分分析和隸屬函數(shù)值法，對切根留存不同長度的砧木幼苗地徑、高度等15個性狀指標進行綜合評價，結(jié)果表明，可將原有的15個指標歸納為3個主成分，能夠反映原有15個指標信息的96.711%，分別表達了切根幼苗地上部分生長性狀和根系性狀、苗木質(zhì)量評價指標和砧木根莖粗壯的綜合信息；隸屬函數(shù)綜合評價D值表明切根留存長度8 cm和6 cm砧木質(zhì)量最優(yōu)；為便于對苗木質(zhì)量更好進行評價，建立了以總干質(zhì)量為自變量和綜合評價值為因變量的最優(yōu)回歸方程D=-0.863+0.052X。