大田培育滇牡丹實生苗分級標準及不同種源苗期生長評價研究

普 甜，宋 靜，張志華，陳婉東，王 娟

(1.西南林業(yè)大學林學院，云南昆明 650224；2.西南林業(yè)大學園林園藝學院，云南昆明 650224；3.西南林業(yè)大學綠色發(fā)展研究院，云南昆明 650224)

芍藥科(Paeoniacea)芍藥屬(Paeonia)牡丹組(Sect.Moutan)植物均產自中國，是中國特有植物[1]，其中肉質花盤亞組的滇牡丹(Paeoniadelavayi)是該組植物中分布最南的物種，分布于西藏東南部、云南中部至北部和四川西部省份，海拔1 900～4 000 m的稀疏草坡、灌木叢、疏林地或森林環(huán)境中[2]，顯示其對環(huán)境的適應性強，生態(tài)幅較廣[3]，具備異地引種的遺傳物質基礎。牡丹不僅因其美麗而被譽為“花中之王”，還具有作為大宗藥材利用的藥用價值和高價值的油料植物資源[4-6]，同時因牡丹耐寒性強可作為溫涼氣候條件下退耕還林工程林可選擇的重要經濟物種和綠化造林先鋒物種。然而，有關牡丹組植物組織培養(yǎng)的研究至今鮮見規(guī)?；拿缒旧a，通過種子培育實生苗仍是牡丹規(guī)?；N植種苗的來源之一。目前，實生苗培育也是滇牡丹苗木來源之一，但滇牡丹規(guī)模化育苗及其質量分級研究至今鮮見報道。苗木是植物豐產栽培的基礎，其品質優(yōu)劣直接關系到栽培的成敗[7-8]；同時由于實生苗生長參差不齊，使栽培及其管理成本投入和不確定性增加，影響栽培效益。因此，深入研究苗木質量評價指標是苗木分級的重要基礎和依據(jù)，對滇牡丹種苗繁育和豐產栽培具有重要的指導意義和應用價值。

苗木質量是影響栽培效果的主要因素之一，移植優(yōu)質的實生苗，更有利于提高栽培成活率及其植株的正常生長[9]。通常情況下，用于苗木質量分級的技術指標越多，其分級結果越準確。但在實際生產實踐中，由于苗木質量指標要求不同，部分指標的測定方法煩瑣，測定工作量巨大，苗木各性狀指標均是反映苗木質量的重要指標，它們之間往往存在很大的相關性，其信息往往是重疊的[10]。因此，通過主成分分析研究選擇貢獻率最大的指標，作為苗木聚類分級和研究的依據(jù)，其結果既能準確劃分苗木的級別，又能簡化實踐工作中苗木的篩選。

查詢全國標本館滇牡丹標本采集記錄以及文獻報道和近年的野外調查顯示，滇牡丹分布于24°23′～32°56′N、94°11′～104°4′E，但采集記錄頻次最高，近70%的采集記錄集中在云南中部昆明地區(qū)至滇西北的麗江和迪慶地區(qū)。因此，筆者選擇分布于滇中地區(qū)的東川湯丹、滇西北地區(qū)的麗江2個種源和迪慶地區(qū)的2個種源采集種子，進行5個種源地種子的實生苗大田育苗研究，旨在為規(guī)范化滇牡丹種苗栽培的種源選擇及其管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況試驗地位于云南省曲靖市馬龍區(qū)小龍井村(103°31′08″E，25°22′21″N)，馬龍區(qū)屬低緯高原季風型氣候，年平均溫度13.8 ℃，最熱月5月平均氣溫為23.5 ℃，最冷月1月平均氣溫為7.2 ℃。全年無霜期近年均在241 d，全年平均日照時數(shù)1 985 h以上，全年平均降水量為979.5 mm。試驗區(qū)域土壤類型為黃棕壤，土壤pH平均為6.06，有機質含量為41.08 g/kg。

1.2 研究方法

1.2.1種子采集與催芽。2016年9月在不同緯度和海拔區(qū)域的滇牡丹分布區(qū)(表1)，收集不同種源的成熟種子，以種源為單位，對種子進行水選凈種并標記。用0.3% KMnO4溶液浸種消毒30 min和300 mg/L赤霉素溶液浸泡48 h，播種至已消毒的沙床上沙藏催芽60 d。

1.2.2種子播種。催芽60 d，待70% 種子露白后播種至經深挖翻曬起壟的苗床上，苗床寬100 cm，長度依地形而定，床間步道寬30 cm。苗床上播種溝間距30 cm，溝長100 cm × 寬20 cm × 深10 cm，播種溝噴適量多菌靈溶液消毒并加入少許辛硫磷防蟲，溝底在播種前施適量腐熟有機肥，將催芽后種子按間隔約5 cm均勻播入溝內，覆蓋厚4～6 cm的細土，輕輕鎮(zhèn)壓后用松針覆蓋并澆透水，播種后保持育苗床濕潤，并進行及時除草等常規(guī)育苗管理。

表1 滇牡丹地理種源地概況Table 1 Basic information of Paeonia delavayi provenances

1.2.3不同種源苗木取樣調查。2019年10月，將5個種源苗床的播種溝進行順序編號，利用在線隨機數(shù)分別在5個種源中取播種溝的全部苗木(每個播種溝20～30株苗木)進行處理，每個種源3次重復取樣，取樣后的苗木按種源不同標記分裝帶回實驗室，測定株高、地徑、根粗、側根數(shù)等7個指標。

1.2.4評價指標確定與分級。對3年生滇牡丹實生苗的地徑、株高、分枝數(shù)、主根長、主根粗、一級側根數(shù)(側根長大于5 cm)、全株鮮重7個指標進行統(tǒng)計描述、主成分分析。最后根據(jù)逐步聚類法、平均值±1/2標準差法和K-均值聚類分析方法比較分析結果和生產實際，按照最低訂級原則制訂不同種源滇牡丹種苗的分級標椎，同一等級種苗的任意指標若達不到標椎則下降一級。

1.2.5苗木分級方法。

(1)平均值±1/2標準差法。在計算幼苗種群的均值和標準差時，分別以平均值+1/2標準差為Ⅰ級苗與Ⅱ級苗的界線，平均值-1/2標準差為Ⅱ級苗與Ⅲ級苗的界線[11]。

(2)逐步聚類法。為了提高觀測結果的可比性和統(tǒng)計的精確度，使用453株苗的最大值和最小值進行標準化計算。使用Excel 2010和SPSS 25.0統(tǒng)計分析軟件對地徑及一級側根數(shù)的標準值進行初始3級聚類。首先，統(tǒng)計各級樣苗地徑和一級側根數(shù)標準化值的平均數(shù)，以平均數(shù)作為各級苗的凝聚中心，再計算各株苗與各凝聚中心的距離，最后再按照最短距離原則確定種苗所屬等級[12]。

(3)K-均值聚類法。采用相關性分析和K均值聚類分析(K-means cluster)對種苗的地徑、株高、主根長、一級側根數(shù)等指標進行統(tǒng)計分析。最后，根據(jù)聚類分析結果，并結合生產實踐，按照最低分級原則，將不符合標準的同一級的分級指數(shù)降至下一級[13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理對所有苗木的7個生長特征數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并篩選分級指標，將原始數(shù)據(jù)進行標準化(Z-score法)處理后獲得最新的數(shù)據(jù)，然后通過KMO檢驗和Bartlett球體檢驗來檢驗影響因子分析結果的適用性。應用平均值±1/2標準差法和逐步聚類法進行苗木分級，并制訂劃分準則；主成分分析、逐步聚類分析等方法均采用Excel 2010和SPSS 25.0軟件完成，采用Pearson系數(shù)進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 苗木分級指標的確定數(shù)據(jù)分析顯示，滇牡丹種苗7個生長發(fā)育指標基本符合正態(tài)分布，KMO值等于0.856，說明指標間存在相關性。Bartlett球體檢驗結果為2 045.339，顯著性檢驗為0.000，表明各指標相關，該數(shù)據(jù)適用主成分分析。

為明確影響反映滇牡丹幼苗質量的主要因素，主成分分析方法對株高、地徑、主根長等7個特征的分析結果見表2。由表2可知，地徑累計貢獻率為63.48%，一級側根數(shù)的貢獻率為11.63%，累計貢獻率為75.11%，能夠很好地表達3年生滇牡丹實生苗的質量。因此，地徑和一級側根數(shù)將作為3年生滇牡丹苗木分級的指標。

表2 滇牡丹苗木不同性狀的主成分特征值、貢獻率及累計貢獻率Table 2 Principal component characteristic value,contribution rate and cumulative contribution rate of different traits of Paeonia delavayi seedlings

2.2 苗木分級

2.2.1平均值±1/2標準差法的苗木分級。運用平均值±1/2標準差法進行苗木分級，合格苗(Ⅰ 和Ⅱ 級苗)的比例達到62.03%(表3)，各等級滇牡丹的地徑和一級側根數(shù)均差異顯著。

表3 3年生滇牡丹分級標準與不同苗木等級級別間的生長表現(xiàn)Table 3 Growth performance between 3a grading standards of Paeonia delavayi and different seedling grades

2.2.2逐步聚類法的苗木分級。經多次聚類和修正后，苗木的分類結構基本維持不變，可以得到各級苗的聚集中心依次為(0.583，0.614)、(0.301，0.299)、(0.144，0.094)，以樣苗地徑和一級側根數(shù)標準方差之和的平方根為半徑，在Excel軟件中根據(jù)最終凝聚中心，按照半徑的計算公式，計算出Ⅰ級苗和Ⅱ級苗的臨界值，即可得到滇牡丹3年生苗木生長分級標準。合格苗(Ⅰ和Ⅱ級苗)比例達到56.73%，且各等級苗木的生長性狀間差異顯著(表3)。

2.2.3K-均值聚類法的苗木分級。通過主成分分析，苗木地徑、一級側根數(shù)、主根長、主根粗、分枝數(shù)、株高以及全株鮮重的主要質量指標性狀中，前2個特征的累計貢獻率達到75.11%，而主成分相應的累計貢獻越高，苗木質量指標信息量越大，因此，選擇地徑、一級側根數(shù)作為滇牡丹K-均值聚類種苗分級的主要指標，并利用SPSS 25.0軟件對滇牡丹苗木的各項參數(shù)聚為3類。結果表明，Ⅰ級種苗質量最好，共涉及453個樣品，其中Ⅰ、Ⅱ等級的種苗數(shù)占總數(shù)的47.68%。分級標準的建立必須遵循最低級原則，即任何一項不符合規(guī)定標準，均不能定位為相應等級的種苗，即降為下一級。

2.2.4苗木分級標準確定。采用平均值±1/2標準差法與逐步聚類法對種苗分別進行等級劃分，得到的等級標準相近，結合實際生產情況中平均值±1/2標準差法更易于運用，故確定滇牡丹3年生苗木的等級劃分標準為平均值±1/2標準差法，其分級標準為：Ⅰ級苗，D≥7.24 mm，B≥6；Ⅱ級苗：4.16 mm≤D<7.24 mm，3≤B<6；Ⅲ級苗：D<4.16 mm，B<3。Ⅰ級苗的平均地徑10.71 mm，一級側根數(shù)9.36個；Ⅱ級苗的平均地徑5.83 mm，一級側根數(shù)4.74個；Ⅲ級苗的平均地徑3.27 mm，一級側根數(shù)1.38個。

2.3 滇牡丹不同種源評價

2.3.1不同種源苗株高生長的差異。由表4可知，滇牡丹不同種源3年生株高的變異系數(shù)為72.86%，種源遺傳力為0.84，說明遺傳對株高生長有較大的控制作用?？偲骄旮邽?0.66 cm，最高的DNL種源，株高達到13.26 cm，為總平均值的124.39%，最矮種源為DDC種源，僅8.24 cm，僅達到均值的77.30%。方差分析F值顯示出種源間株高差異顯著。

表4 不同種源3年生滇牡丹苗木生長差異Table 4 Differences in growth of 3 a seedlings from different geographic provenances of Paeonia delavayi

2.3.2不同種源苗地徑生長的差異。由表4可知，滇牡丹不同種源3年生苗地徑的變異系數(shù)為53.36%，種源遺傳力為0.93，說明地徑的生長差異極大部分是由遺傳因素決定的。地徑生長的總平均值為5.42 mm，其中最優(yōu)的種源是DYR，為7.37 mm，達到總平均值的135.98%；其次依次為DDC、DNL種源，均值分別為5.50和5.35 mm，生長最差的種源為DYL，僅3.94 mm，僅為均值的72.69%。方差分析F值也反映種源間地徑差異顯著。

2.3.3不同種源苗分枝數(shù)的差異。由表4可知，滇牡丹不同種源3年生苗分枝數(shù)變異系數(shù)為62.36%,種源遺傳力為0.75，相比較其他性狀，受遺傳因素的影響程度較低。總平均分枝數(shù)為3.37個，分枝數(shù)最多的也是DYR種源，達到4.64個，占平均值的137.68%，其次為DNL種源為4.55個，分枝數(shù)最少的種源為DDC，為2.29個，占均值的67.95%，僅為DYR種源的50%左右。方差分析F值也反映種源間分枝數(shù)差異顯著。

2.3.4不同種源苗木鮮重的差異。由表4可知，滇牡丹不同種源3年生苗全株鮮重變異系數(shù)為138.57%，種源遺傳力為0.93，說明苗木鮮重及其干物質量的積累差異極大部分也是由遺傳因素決定的?？偲骄牾r重為37.02 g，最重的種源是DYR，達到50.27 g，占總平均值的135.79%；其次依次為DNL和DYL種源，分別為37.46和36.86 g；最輕的種源為DDC，為26.36 g，僅為均值的71.20%。方差分析F值反映種源間全株鮮重差異顯著。

2.3.5不同種源苗木主根長、主根粗的差異。由表4可知，滇牡丹不同種源3年生苗主根長和主根粗的變異系數(shù)分別為47.88%和35.48%，種源遺傳力分別為0.81和0.87，說明遺傳對滇牡丹的根系生長有較大的控制作用。5個種源中以DNL主根長最長，達26.09 cm，為均值的122.32%；其次為DYR種源，為24.73 cm；主根最短的為DDC種源，為17.79 cm，僅均值的83.40%。5個種源的總平均主根粗為12.86 mm，最粗的為DYR種源，達到14.91 mm，其次依次為DDC、DNL、DPD種源，最小種源為DYL，僅9.36 mm，為均值的72.78%。經方差分析F值得出種源間主根長、主根粗差異顯著。

2.3.6不同種源苗木一級側根數(shù)的差異。由表4可知，滇牡丹不同種源3年生苗一級側根數(shù)變異系數(shù)為86.99%，種源遺傳力為0.87，說明苗木一級側根數(shù)也與遺傳因素有關。總平均一級側根數(shù)為3.81個，一級側根數(shù)最多種源是DYR，達到5.33個，占總平均值的139.90%；其次依次為DNL、DYL種源；最少的種源為DDC，僅3.17個，為均值的83.20%。方差分析F值反映了各種源間一級側根數(shù)差異顯著。

2.3.7不同種源苗木質量分級結果所占比例。依據(jù)平均值±1/2標準差法，3年生滇牡丹苗木分級標準為：Ⅰ級苗，D≥7.24 mm，B≥6；Ⅱ級苗，4.16 mm≤D<7.24 mm，3≤B<6；Ⅲ級苗,D<4.16 mm，B<3。依此對不同種源的苗木分級得出(表5)，DDC種源Ⅰ級苗占總種苗6.67%，DNL種源Ⅰ級苗占總種苗11.11%，DPD種源Ⅰ級苗占總種苗8.89%，DYL種源Ⅰ級苗占總種苗8.97%，DYR種源Ⅰ級苗占總種苗26.67%；DDC種源Ⅱ級苗占總種苗29.28%，DNL種源Ⅱ級苗占總種苗32.22%，DPD種源Ⅱ級苗占總種苗35.56%，DYL種源Ⅱ級苗占總種苗33.34%，DYR種源Ⅱ級苗占總種苗43.33%，其中Ⅰ、Ⅱ級為合格苗，可用于生產，由此可以看出Ⅰ級苗占比DYR>DNL>DYL>DPD>DDC，DYR和DNL種源3年生Ⅰ級苗占比較大，在馬龍地區(qū)生長趨勢最好，這與苗木生長性狀差異比較結果一致。

3 討論與結論

苗木質量的優(yōu)劣一般以綜合控制要求和形態(tài)指標判定，不符合綜合控制要求的為不合格苗木，符合一定要求者則以形態(tài)指數(shù)來劃分，無明顯的病蟲害和檢疫對象，種苗外形整齊均勻，苗干新鮮充實，頂芽飽滿強壯，植株根系完整且發(fā)育完善，苗體基本無損傷[14]。在實際生產中，難以對每株苗木的諸多指標進行全面的測定(尤其是與根系有關技術指標)。由于生長特征之間的相關性，幾個主要指標的信息常常是相互交叉的，可以考慮分析2～3個主要指標[15]。在制訂苗木質量標準時，應考慮選擇直接反映苗木質量且易于測量的特性，并將其作為生產苗木質量指標[16]。該研究通過主成分分析并結合實際生產，確定地徑、一級側根數(shù)作為3年生滇牡丹栽培和苗木質量分級的重要指標。

表5 不同種源3年生種苗所占苗木質量分級比例Table 5 3a seedlings of different provenances accounted for seedling quality classification ratio

當前，苗木質量分級研究方法主要有平均值±1/2標準差法和逐步聚類法等，但不同分級方法分級效果不同[17]。造林效應適應性試驗可以更好地將苗木分級與造林生產聯(lián)系起來，使得分級標準更加明確和科學[18]。該試驗所用的分級標準，其分級效果差異不大，平均值±1/2標準差法分級的合格苗(Ⅰ和Ⅱ級苗)所占比例略高于逐步聚類法，前者不合格苗(Ⅲ級苗)占比為37.97%，而后者不合格苗占比則是43.27%[18]，因此關于3年生滇牡丹實生苗培育仍有待于進一步加強。此外，平均值±1/2標準差法的數(shù)值統(tǒng)計分析方法較為簡便，易于在生產中使用。

不同種源植株在生長發(fā)育過程中存在特定差異性，這可能與植物特殊的遺傳特性有關，同時，它們長期受同一地區(qū)特定的地理條件和氣候因素的影響，特別是緯度、溫度和降雨等[19]，進而影響了植物的生長發(fā)育[20]。苗木的生長趨勢隨著苗齡的增加而增加，但由于土壤特性和種子性狀的變化，對植物早期生長發(fā)育的影響效果也不相同[21]。因繁育滇牡丹的種子采自不同區(qū)域，即使在相同的外部環(huán)境條件下，其材料在形態(tài)構成過程中仍存在著較大的表型差異；在相同的環(huán)境條件下，2年生滇牡丹實生苗的表型變異仍以不同地理種群間的變異為主，但群體間表型變異的分化不是很明顯[22-23]，這一結果與該研究3年生滇牡丹生長性狀生長是一致的。

根據(jù)地徑、一級側根數(shù)的特征，采用平均值±1/2標準差法對3年生滇牡丹苗木進行等級劃分，其分級標準為：Ⅰ級苗，D≥7.24 mm，B≥6；Ⅱ級苗，4.16 mm≤D<7.24 mm，3≤B<6；Ⅲ級苗，D<4.16 mm，B<3。如果地徑、一級側根數(shù)2個指標中有1個低于一級標準，則等級將降低1級。在滇牡丹種苗生產不僅要按苗地徑、一級側根數(shù)進行分級，還應選擇種苗壯實、無病蟲害、根系發(fā)達、樹形端正的苗木。此外，還應充分考慮立地環(huán)境及育苗技術的區(qū)域差異，因根據(jù)苗木的具體條件和繁殖條件對苗木等級進行劃分，上述等級劃分的標準僅為各地進行3年生滇牡丹苗木栽培管理提供參考。

DYR種源和DNL種源在地徑生長和鮮重的積累上有明顯優(yōu)勢，株高、主根長和根粗、一級側根數(shù)等性狀指標上也處于較優(yōu)水平，屬于苗木質量最優(yōu)的2個種源；株高、主根長和根粗、一級側根數(shù)的種源遺傳力均大于0.80，說明這4個性狀受遺傳控制的程度也較高，遺傳因素是其性狀表現(xiàn)的主導因素。通過對5個滇牡丹種源在相同立地條件下育苗的3年苗木早期生長情況進行初步評價，可知3年生滇牡丹實生苗分級結果與不同種源滇牡丹苗期生長性狀變異研究結果一致。