茶樹種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)與壯苗指數(shù)構(gòu)建

王雪萍，高士偉，葉 飛，滕 靖，桂安輝，鄭鵬程

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 果樹茶葉研究所/湖北省茶葉工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430064）

茶樹是我國(guó)山區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，種苗繁育和良種推廣是實(shí)現(xiàn)茶產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。茶樹是異花授粉植物、自交親和力低，有性繁殖的籽播苗質(zhì)量參差不齊，易出現(xiàn)性狀分離和混雜。壓條操作簡(jiǎn)單、茶苗根系發(fā)達(dá)、成活率高，但繁殖系數(shù)低，對(duì)母樹長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量影響較大。扦插在我國(guó)已有200 多年歷史，從最初的長(zhǎng)穗多葉扦插發(fā)展為一芽一葉的短穗扦插，大田露地作畦、小拱棚或高低棚雙層覆蓋的短穗扦插育苗方式是當(dāng)前茶樹無性繁殖的主要方式[1]。但該法存在育苗周期長(zhǎng)、受自然條件制約、移栽緩苗期長(zhǎng)、部分品種成活率不高等問題。容器育苗是現(xiàn)代育苗的重要方式，相對(duì)于大田露地育苗，具有成活率高、根系完整、育苗周期短、抗逆性強(qiáng)、移栽成活率高、便于工廠化育苗等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于蔬菜、花卉、果樹及林木育苗[2]。隨著設(shè)施繁育技術(shù)的發(fā)展，茶樹工廠化容器扦插育苗逐漸發(fā)展成為繼大田露地短穗扦插育苗后的主流育苗方式，生產(chǎn)中使用最多的育苗容器是穴盤，其次是無紡布袋[3-6]。

優(yōu)質(zhì)的茶樹種苗是建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)茶園的基礎(chǔ)，種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)意義重大。目前，茶樹種苗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要包括苗高、莖粗、著葉數(shù)和品種純度等[7]，大部分茶苗生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者主要以茶苗株高衡量苗木質(zhì)量。由于育苗容器內(nèi)部空間有限、苗木培育時(shí)間短，出圃標(biāo)準(zhǔn)較常規(guī)大田露地苗低，茶苗整體相對(duì)幼嫩，不同種苗間株高、莖粗、著葉數(shù)差異相比大田露地苗小，目前的茶樹種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)難以綜合評(píng)判茶樹容器苗質(zhì)量。模糊綜合評(píng)價(jià)是一種基于模糊數(shù)學(xué)的評(píng)價(jià)方法，可對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體評(píng)價(jià)。在種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)中，梁靜等[8]、佘遠(yuǎn)國(guó)等[9]采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，根據(jù)苗木指標(biāo)隸屬度函數(shù)平均值，評(píng)價(jià)了核桃、油茶苗質(zhì)量。該法需要測(cè)定的指標(biāo)較多，生產(chǎn)中難以推廣。利用較少的指標(biāo)構(gòu)建壯苗指數(shù)進(jìn)行種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)，方法簡(jiǎn)單、便捷，我國(guó)最早在蔬菜上[10]進(jìn)行了相關(guān)研究。茶樹是多年生木本植物，種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)無法直接套用其他作物的研究結(jié)果，目前，有關(guān)茶樹種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)及壯苗指數(shù)構(gòu)建的研究鮮見報(bào)道。為此，以國(guó)家級(jí)茶樹品種鄂茶1 號(hào)為研究對(duì)象，采用加權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)法構(gòu)建種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，通過主成分分析和相關(guān)性分析構(gòu)建和篩選壯苗指數(shù)，為茶樹工廠化育苗的質(zhì)量評(píng)判和分級(jí)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021 年3—9 月在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所溫室大棚內(nèi)進(jìn)行。育苗容器為50 孔方形黑色穴盤（545 mm×280 mm），育苗基質(zhì)為泥炭土∶珍珠巖=5∶1（V∶V）混合配制而成。插穗采自湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所江夏試驗(yàn)基地，選取當(dāng)年生、健壯、無病蟲害的枝條，剪成長(zhǎng)約3 cm 的插穗，每穗保留1個(gè)健壯腋芽及葉片。

壯苗指數(shù)構(gòu)建所用品種為國(guó)家級(jí)茶樹良種鄂茶1 號(hào)，壯苗指數(shù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用的品種為鄂茶1號(hào)、中茶108和金觀音。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

隨機(jī)抽取生長(zhǎng)200 d 的鄂茶1 號(hào)茶苗300 株，洗凈并用濾紙擦干后測(cè)定株高、莖粗、著葉數(shù)、新生葉葉面積、SPAD 值、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、全株鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、全株干質(zhì)量、根冠比（鮮樣）（地下部鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量）、根冠比（干樣）（地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）、葉綠素a 含量、葉綠素b 含量、類胡蘿卜素含量、總?cè)~綠素含量共17 個(gè)指標(biāo)。其中，葉面積采用LA-S 葉面積分析儀進(jìn)行測(cè)定，地上部、地下部干質(zhì)量采用烘干法測(cè)定，SPAD 值采用葉綠素儀（SPAD-502 Plus）測(cè)定；葉綠素含量采用95%乙醇浸提、分光光度計(jì)比色測(cè)定[11]，并參照改良的ARNON[12]的方法計(jì)算所測(cè)樣品葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量。

1.3 茶樹種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

1.3.1 指標(biāo)隸屬函數(shù)的選擇 17 個(gè)指標(biāo)分為3 種類型。其中，株高過高不利于根系發(fā)育、株高過低為弱苗，隸屬函數(shù)類型為拋物線型（式1）；莖粗指標(biāo)達(dá)到一定程度時(shí)認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)苗，隸屬函數(shù)為正S 型（式2）；著葉數(shù)、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、根冠比、葉綠素含量等15 個(gè)指標(biāo)沒有明顯的上下限范圍，隸屬函數(shù)選擇正態(tài)分布偏大型（式3）。

式中：x1表示下限；x2表示最優(yōu)下限；x3表示最優(yōu)上限；x4表示上限；S為標(biāo)準(zhǔn)差。

1.3.2 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算 采用多元線性回歸分析計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)的復(fù)相關(guān)系數(shù)，取倒數(shù)后歸一化處理得到17個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，然后將各個(gè)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)與隸屬函數(shù)之積求和，得到各單株茶樹種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)[13]。

1.4 茶樹種苗壯苗指數(shù)篩選

將17個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化后進(jìn)行主成分分析，分別從每個(gè)主成分中選擇對(duì)該主成分貢獻(xiàn)較大的指標(biāo)作為乘積因子進(jìn)行完全隨機(jī)組合，初步建立壯苗指數(shù)。以綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)初步建立的壯苗指數(shù)與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，初步篩選出與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)性較大的壯苗指數(shù)。然后以鄂茶1 號(hào)、中茶108 和金觀音17 個(gè)指標(biāo)為依據(jù)，分別計(jì)算出綜合評(píng)價(jià)指數(shù)和壯苗指數(shù)，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)性分析，以與3 個(gè)茶樹品種綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)性均較高為壯苗指數(shù)穩(wěn)定性高的判定依據(jù)，篩選得到適宜茶樹種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)的壯苗指數(shù)[14]。

1.5 茶樹種苗質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分

將種苗質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)苗、合格苗、弱苗3 個(gè)級(jí)別，采用K-均值聚類法[15-16]，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)300 株茶樹種苗進(jìn)行聚類分析，根據(jù)聚類結(jié)果對(duì)壯苗指數(shù)進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)，確定3 個(gè)不同等級(jí)茶樹種苗壯苗指數(shù)的范圍。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶樹種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1.1 指標(biāo)隸屬函數(shù)參數(shù)分析 茶樹種苗17 個(gè)指標(biāo)隸屬函數(shù)類型及其參數(shù)如表1所示，其中，株高在10～20 cm 時(shí)，隸屬函數(shù)值等于1，超出這一范圍隸屬函數(shù)值線性降低；莖粗最大時(shí)，隸屬函數(shù)值等于1，小于最大值（不含最小值）時(shí)線性降低；其余指標(biāo)均為單向指標(biāo)，隸屬函數(shù)最大值為1。17 個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差為0.110～35.713，其中葉面積、葉片數(shù)、SPAD值、全株鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量等指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差較大，說明這些指標(biāo)在不同種苗間差異較大。

表1 茶樹種苗質(zhì)量指標(biāo)的隸屬函數(shù)及其參數(shù)Tab.1 Membership function and parameters of quality indicator of tea seedlings

續(xù)表1 茶樹種苗質(zhì)量指標(biāo)的隸屬函數(shù)及其參數(shù)Tab.1（Continued） Membership function and parameters of quality indicator of tea seedlings

2.1.2 指標(biāo)權(quán)重系數(shù)分析 由表2 可知，茶樹種苗質(zhì)量各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)介于0.052 8～0.100 6，存在明顯共線性。其中，SPAD 值的權(quán)重系數(shù)明顯高于其他指標(biāo)，可能是因?yàn)镾PAD 值與其他指標(biāo)之間的相關(guān)性較低，而不同種苗間SPAD值差異較大。

表2 茶樹種苗質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重系數(shù)Tab.2 Weight coefficient of quality indicator of tea seedlings

2.1.3 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分析 由圖1 可知，300 株茶樹種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)介于0.401～0.968，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)范圍較廣，說明本次試驗(yàn)所取樣品范圍較廣，能夠全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)茶樹種苗質(zhì)量。

圖1 茶樹種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Fig.1 Comprehensive evaluation index of quality of tea seedlings

2.2 茶樹種苗壯苗指數(shù)構(gòu)建

2.2.1 主成分分析 由表3 可知，前3 個(gè)主成分特征值大于1，累計(jì)貢獻(xiàn)率為83.503%，可作為茶樹種苗質(zhì)量的鑒別指標(biāo)。主成分1主要包括地上部干質(zhì)量（載荷值0.928）、地上部鮮質(zhì)量（載荷值為0.903）、株高（載荷值0.893）等種苗地上部指標(biāo)。主成分2主要包括地下部干質(zhì)量（載荷值為0.891）、地下鮮質(zhì)量（載荷值為0.877）、根冠比（鮮樣）（載荷值為0.732）等種苗地下部指標(biāo)。主成分3 主要包括葉綠素a 含量（載荷值為0.727）、類胡蘿卜素含量（載荷值為0.726）、總?cè)~綠素含量（載荷值為0.722）等色素指標(biāo)。

表3 茶樹種苗質(zhì)量主成分的特征值、貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率和成分載荷矩陣Tab.3 Eigenvalues，variance contribution rate，cumulative contribution rate and rotated component matrix of the principal components of quality of tea seedlings

2.2.2 壯苗指數(shù)篩選 通過主成分分析，將茶樹種苗的17 個(gè)指標(biāo)組合為3 個(gè)主成分，分別代表地下部指標(biāo)、地上部指標(biāo)和色素指標(biāo)，分別從每個(gè)主成分中選擇貢獻(xiàn)較大的3個(gè)指標(biāo)作為乘積因子進(jìn)行完全隨機(jī)組合，得到27 個(gè)壯苗指數(shù)（表4），與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，初步篩選得到4 個(gè)相關(guān)性較高的壯苗指數(shù)：地上部干質(zhì)量×地下部干質(zhì)量×葉綠素a 含量、地上部干質(zhì)量×地下部干質(zhì)量×總?cè)~綠素含量、地上部鮮質(zhì)量×地下部干質(zhì)量×葉綠素a 含量、地上部干質(zhì)量×地下部鮮質(zhì)量×葉綠素a含量。

表4 茶樹種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與壯苗指數(shù)的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis between seedling index and comprehensive evaluation index of quality of tea seedlings

續(xù)表4 茶樹種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與壯苗指數(shù)的相關(guān)性分析Tab.4（Continued） Correlation analysis between seedling index and comprehensive evaluation index of quality of tea seedlings

2.2.3 壯苗指數(shù)穩(wěn)定性驗(yàn)證 通過不同茶樹品種種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與壯苗指數(shù)的相關(guān)性分析，對(duì)初步篩選的4個(gè)壯苗指數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)證（表5），4個(gè)壯苗指數(shù)中，A3B2C1，即地上部干質(zhì)量×地下部干質(zhì)量×葉綠素a 含量在3 個(gè)茶樹品種中相關(guān)性均最高，說明其穩(wěn)定性高，可作為茶樹種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)的壯苗指數(shù)。

表5 不同茶樹品種種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與壯苗指數(shù)的相關(guān)性分析Tab.5 Correlation analysis between seedling index and comprehensive evaluation index of quality of different tea varieties

2.3 茶樹種苗質(zhì)量分級(jí)

以300 株種苗綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為依據(jù)進(jìn)行K-均值聚類分析，將種苗分為3 個(gè)級(jí)別，經(jīng)過10 次迭代，得出最終聚類結(jié)果及方差分析結(jié)果，Ⅰ級(jí)苗為優(yōu)質(zhì)苗，Ⅱ級(jí)苗為合格苗，Ⅲ級(jí)苗為弱苗。以綜合評(píng)價(jià)指數(shù)聚類分析結(jié)果為依據(jù)，確定Ⅰ—Ⅲ級(jí)苗壯苗指數(shù)（地上部干質(zhì)量×地下部干質(zhì)量×葉綠素a含量）的范圍，Ⅰ級(jí)苗壯苗指數(shù)為0.242～1.089，Ⅱ級(jí)苗壯苗指數(shù)為0.064～0.239，Ⅲ級(jí)苗壯苗指數(shù)為0.011～0.063（表6）。對(duì)不同級(jí)別種苗綜合評(píng)價(jià)指數(shù)和壯苗指數(shù)進(jìn)行方差分析，發(fā)現(xiàn)不同等級(jí)茶樹種苗間差異極顯著（表6），說明采用綜合評(píng)價(jià)指數(shù)和壯苗指數(shù)對(duì)種苗質(zhì)量分級(jí)效果顯著。

表6 茶樹種苗質(zhì)量等級(jí)及方差分析Tab.6 Quality grade and variance analysis of tea seedlings

3 結(jié)論與討論

苗木質(zhì)量受株高、莖粗、生物量等多個(gè)指標(biāo)的綜合影響，僅采用單一指標(biāo)評(píng)價(jià)苗木質(zhì)量存在單一性和片面性。主成分分析可將多個(gè)指標(biāo)濃縮成幾個(gè)綜合指標(biāo)（主成分），在種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)研究中，主成分綜合評(píng)價(jià)以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重建立綜合評(píng)價(jià)模型，廣泛應(yīng)用于牡丹[17]、菩提[18]、黃連[19]等作物種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)。利用較少的指標(biāo)構(gòu)建壯苗指數(shù)進(jìn)行種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)具有簡(jiǎn)單、便捷的優(yōu)點(diǎn)，更適宜生產(chǎn)推廣。壯苗指數(shù)構(gòu)建方法較多，黃淑華等[20]采用相關(guān)分析、關(guān)聯(lián)度分析，構(gòu)建了丹參幼苗壯苗指數(shù)。白巖等[21]采用模糊綜合評(píng)價(jià)、相關(guān)分析，構(gòu)建了煙草壯苗指數(shù)。本研究借鑒番茄[13]、草莓[14]、萵苣[22]、西瓜[23]等種苗壯苗指數(shù)構(gòu)建方法，將17 個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化后進(jìn)行主成分分析，分別從每個(gè)主成分中選擇對(duì)該主成分貢獻(xiàn)較大的指標(biāo)進(jìn)行完全隨機(jī)組合，初步建立壯苗指數(shù)；然后以綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)初步建立的壯苗指數(shù)與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，初步篩選出與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)性較大的壯苗指數(shù)；最后以鄂茶1號(hào)、中茶108和金觀音的17個(gè)指標(biāo)為依據(jù)，分別計(jì)算出綜合評(píng)價(jià)指數(shù)和壯苗指數(shù)，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)性分析，選出與3 個(gè)茶樹品種綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)性均較高的壯苗指數(shù)為適宜茶樹種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)的壯苗指數(shù)，并確定壯苗指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其中，Ⅰ級(jí)苗壯苗指數(shù)為0.242～1.089，Ⅱ級(jí)苗壯苗指數(shù)為0.064～0.239，Ⅲ級(jí)苗壯苗指數(shù)為0.011～0.063。

本研究發(fā)現(xiàn)，地上部干質(zhì)量×地下部干質(zhì)量×葉綠素a 含量是適宜茶樹種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)的壯苗指數(shù)，該壯苗指數(shù)與草莓[14]壯苗指數(shù)（地上部干質(zhì)量×根系表面積×葉綠素a 含量）相似，同樣反映了種苗地下部生長(zhǎng)、地上部生長(zhǎng)、生物量積累和色素因子對(duì)種苗質(zhì)量的綜合影響。另外，也說明了葉綠素含量對(duì)種苗質(zhì)量影響的重要性，這與馮海寬等[24]將葉綠素含量作為作物長(zhǎng)勢(shì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)的觀點(diǎn)相符。