威寧短柱油茶苗木質(zhì)量分級(jí)研究

李 芳， 寧選爭(zhēng)， 王 進(jìn)， 霍 達(dá)， 朱亞艷， 楊 冰， 徐嘉娟， 許 杰， 羅 揚(yáng)

(1.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院， 貴陽(yáng) 550005； 2.威寧縣林業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣服務(wù)站， 貴州 威寧 553100；3.貴州省林業(yè)局科技推廣站， 貴陽(yáng) 550005)

油茶是我國(guó)重要的木本食用油料樹(shù)種，發(fā)展油茶產(chǎn)業(yè)，對(duì)增加食用油供給、保障糧油安全、緩解耕地壓力、促進(jìn)林農(nóng)增收、改善生態(tài)環(huán)境以及推動(dòng)社會(huì)新農(nóng)村建設(shè)等方面具有十分重要的意義[1-2]。2019年2月貴州省委印發(fā)《省委省政府領(lǐng)導(dǎo)領(lǐng)銜推進(jìn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)革命工作制度》，提出把油茶產(chǎn)業(yè)作為貴州生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益兼?zhèn)涞闹匾a(chǎn)業(yè)，要擴(kuò)大油茶基地規(guī)模。油茶苗木培育和苗木質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是油茶種植推廣、生產(chǎn)造林的技術(shù)保障。

威寧短柱油茶(CamelliaweiningensisY.K.Li.sp.nov.)[3]是云貴高原特有優(yōu)良木本油料樹(shù)種，是珍貴的高原特色油茶物種，是高原山區(qū)發(fā)展油茶產(chǎn)業(yè)的重要種質(zhì)資源，具有抗寒、抗旱、耐瘠薄、早熟、種仁含油率高、油質(zhì)好等優(yōu)良特性和經(jīng)濟(jì)性狀[4]，主要分布在以貴州省威寧縣為中心的烏蒙山區(qū)溫涼氣候區(qū)，集中分布在海拔1 700～2 600 m的林下、林緣或山頂灌叢中，種質(zhì)資源豐富[5]。威寧短柱油茶作為我國(guó)唯一納入油茶生產(chǎn)的高海拔山茶屬，對(duì)高原山區(qū)油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義[6]。

苗木質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響造林后的成活率和林分的生產(chǎn)力[7-8]。培育成本低、滿足當(dāng)前的育苗水平，并能夠達(dá)到預(yù)期的成活率和生長(zhǎng)狀況的苗木為優(yōu)質(zhì)苗木[9]。苗木分級(jí)是造林前評(píng)價(jià)苗木質(zhì)量的一項(xiàng)技術(shù)措施，苗木質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定是苗木分級(jí)的關(guān)鍵[10]。苗木質(zhì)量由眾多指標(biāo)綜合決定，在質(zhì)量分級(jí)時(shí)，指標(biāo)越多，分級(jí)結(jié)果越精確。但苗木質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)定是一項(xiàng)繁雜的工作，且部分指標(biāo)(如生物量、根系等)的測(cè)定將對(duì)苗木造成不可逆的損傷，評(píng)價(jià)和篩選既能反映苗木質(zhì)量，又便于生產(chǎn)上實(shí)際應(yīng)用的少數(shù)共性指標(biāo)，是苗木分級(jí)研究的重要內(nèi)容[11]。苗木質(zhì)量分級(jí)方法主要有主成分分析法、標(biāo)準(zhǔn)差法、聚類分析法和綜合應(yīng)用分析法[12-15]。

目前，在油茶苗木質(zhì)量分級(jí)研究方面報(bào)道較少，僅有彭邵鋒等[16]研究了湖南、江西、廣西等油茶主產(chǎn)區(qū)油茶苗木質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于威寧短柱油茶的苗木質(zhì)量評(píng)價(jià)未見(jiàn)報(bào)道，現(xiàn)有相關(guān)科技成果報(bào)道或國(guó)家苗木質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]和油茶苗木質(zhì)量分級(jí)[18]等都是參照普通油茶而制定。普通油茶和威寧短柱油茶兩個(gè)物種的差異太大，普通油茶的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程中很多質(zhì)量等級(jí)指標(biāo)在威寧短柱油茶上無(wú)法運(yùn)用。為此，本研究在貴州貴陽(yáng)、玉屏、威寧等地，選取二年生嫁接容器苗、一年生播種容器苗、二年生播種容器苗、三年生播種容器苗、二年生播種裸根苗為調(diào)查對(duì)象，采用K-均值聚類和方法，對(duì)威寧短柱油茶苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析和研究，初步制定威寧短柱油茶苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為威寧短柱油茶育苗提供指導(dǎo)，為威寧短柱油茶苗木造林提供技術(shù)保障。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)選在威寧縣、玉屏縣、貴陽(yáng)市，調(diào)查樣地6個(gè)。其中，威寧縣2個(gè)：分別位于威寧縣陜橋街道花果山組，威寧縣兔街鎮(zhèn)新光村；貴陽(yáng)市3個(gè)，均位于貴州省林業(yè)科學(xué)研究院林場(chǎng)；玉屏縣1個(gè)，位于玉屏縣茅坡油茶實(shí)驗(yàn)基地。調(diào)查時(shí)間為2019年10月、2020年12月。各樣點(diǎn)基本情況見(jiàn)表1。

表1 威寧短柱油茶育苗試驗(yàn)地點(diǎn)基本信息Tabe 1 Basic information seedling experiment site of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.

1.2 調(diào)查方法與苗木年齡

調(diào)查方法：在每個(gè)調(diào)查樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)小樣方，每個(gè)小樣方面積為0.5 m×0.5 m，實(shí)測(cè)每個(gè)樣方內(nèi)所有苗木的苗高、地徑；在每個(gè)小樣方內(nèi)隨機(jī)取出3株苗木，洗凈根系后測(cè)定主根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)量、側(cè)根長(zhǎng)；然后將洗凈的苗木帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，分別測(cè)定地上部分和地下部分生物量。苗高指地際至頂芽基部的苗干長(zhǎng)度；地徑指苗干基部土痕處的粗度，嫁接苗為嫁接口以上正常粗度處的直徑。苗高用鋼卷尺測(cè)量，精確到0.1 cm；地徑用游標(biāo)卡尺測(cè)量，精確到0.01 mm。

苗木年齡：苗木以經(jīng)歷1個(gè)完整的年生長(zhǎng)周期作為1個(gè)苗齡單位[19]。本研究參與試驗(yàn)的苗木分為二年生嫁接容器苗、一年生播種容器苗、二年生播種容器苗、三年生播種容器苗、二年生播種裸根苗。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為使所有觀測(cè)數(shù)據(jù)值能夠在同一水平上進(jìn)行比較分析，采用極差公式進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理[20]，計(jì)算公式為：

Zij=(Xij-Xi(min))/(Xi(max)-Xi(min))

式中，Zij為i指標(biāo)(苗高或地徑)的第j個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化值，Xij是個(gè)體i指標(biāo)(苗高或地徑)的第j個(gè)變量值，Xi(max)和Xi(min)分別為個(gè)體i指標(biāo)的最大值和最小值。

1.3.2均值+標(biāo)準(zhǔn)差方法

1.3.3聚類分析方法

采用聚類分析法中的K-均值聚類分析方法[21]，將苗木聚集為三類。選用苗高和地徑2個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)威寧短柱油茶苗木質(zhì)量分級(jí)的主要指標(biāo)，因此歐式距離公式為:

利用歐氏距離對(duì)威寧短柱油茶苗木質(zhì)量進(jìn)行聚類時(shí)，各等級(jí)苗木會(huì)聚集在以各級(jí)最終凝聚中心為圓心的圓內(nèi)，且各等級(jí)苗木以d為半徑聚集成一個(gè)圓，圓的界限即為各等級(jí)苗木的分布范圍，Ⅰ級(jí)苗的值應(yīng)大于Ⅰ級(jí)圓的下限值，Ⅲ級(jí)苗的值應(yīng)小于Ⅱ級(jí)圓的下限值，Ⅱ級(jí)苗則處于二者之間。因此，確定Ⅰ級(jí)圓和Ⅱ級(jí)圓的下限值就可以得出不同苗木質(zhì)量等級(jí)的界限，從而確定等級(jí)劃分。

凝聚半徑d公式為：

式中：K=1，SH2、SD2為苗高、地徑標(biāo)準(zhǔn)值的方差。

2 結(jié)果與分析

2.1 分級(jí)指標(biāo)確定

苗木質(zhì)量是眾多指標(biāo)綜合決定的，且各質(zhì)量指標(biāo)間存在一定的相關(guān)性,開(kāi)展苗木質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)所有指標(biāo)均測(cè)定不僅會(huì)出現(xiàn)信息重疊增加測(cè)量者工作量[11]，而且會(huì)對(duì)苗木造成不可逆的損傷增加苗木損耗。因此，對(duì)威寧短柱油茶各苗木質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，篩選出既能夠充分體現(xiàn)其苗木質(zhì)量，又能在生產(chǎn)實(shí)際中易于測(cè)定的少量指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)威寧短柱油茶苗木質(zhì)量，從而開(kāi)展威寧短柱油茶苗木分級(jí)研究。

將詳細(xì)測(cè)得的90株威寧短柱油茶苗木的苗高、地徑、主根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)量、側(cè)根長(zhǎng)、地上生物量、地下生物量等7個(gè)因子進(jìn)行相關(guān)性分析。由表2可以看出，威寧短柱油茶苗木各質(zhì)量指標(biāo)之間均存在顯著的相關(guān)關(guān)系，其中苗高(X1)除與地徑相關(guān)性不顯著、與主根長(zhǎng)顯著正相關(guān)外，與其他指標(biāo)均呈極顯著正相關(guān)；地徑(X2)與側(cè)根數(shù)量(X4)、地下生物量(X6)顯著正相關(guān)，與側(cè)根數(shù)量(X5)極顯著正相關(guān)，與其他指標(biāo)之間相關(guān)性不顯著；主根長(zhǎng)(X3)除與側(cè)根數(shù)量(X4)相關(guān)性不顯著外，與其余各指標(biāo)之間的相關(guān)性均達(dá)顯著水平；側(cè)根數(shù)量(X4)與側(cè)根長(zhǎng)(X5)相關(guān)性不顯著；生物量和其他各指標(biāo)均達(dá)到顯著正相關(guān)或極顯著正相關(guān)關(guān)系。

表2 威寧短柱油茶苗木各指標(biāo)相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients indexes of seedlings of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.

相關(guān)性分析結(jié)果表明，威寧短柱油茶苗木各指標(biāo)間均存在著密切的關(guān)聯(lián)，這不僅說(shuō)明威寧短柱油茶苗木各部分是相對(duì)平衡、相互影響、統(tǒng)一的生長(zhǎng)情況，而且也表明可利用少數(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)威寧短柱油茶苗木質(zhì)量，避免用全部指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)而增加工作量。因苗高和地徑與其他各指標(biāo)之間相關(guān)性較強(qiáng)，且苗高和地徑在實(shí)際生產(chǎn)中是最直觀、最易測(cè)得的指標(biāo)，故在評(píng)價(jià)威寧短柱油茶苗木質(zhì)量時(shí)，可用苗高和地徑作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)。

2.2 苗木質(zhì)量分級(jí)

2.2.1調(diào)查與統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由表3可知,各試驗(yàn)點(diǎn)測(cè)得的威寧短柱油茶苗木的苗高、地徑精度均大于95%，符合數(shù)據(jù)分析的精度要求，表明各調(diào)查數(shù)據(jù)可靠，可以進(jìn)行分析研究。

表3 威寧短柱油茶苗高、地徑調(diào)查結(jié)果及精度檢驗(yàn)Table 3 Investigation results and precision test of height and ground diameter of seedlings of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.

2.2.2聚類分析方法

采用聚類分析法中的K-均值聚類分析方法對(duì)威寧短柱油茶苗木進(jìn)行質(zhì)量等級(jí)劃分，將苗木聚集為三類。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后，得出威寧短柱油茶苗木苗高、地徑的標(biāo)準(zhǔn)值凝聚中心如表4所。

表4 威寧短柱油茶苗木最終聚類中心(標(biāo)準(zhǔn)化)Table 4 Final cluster center of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.(Standardization)

確定各級(jí)最終凝聚中心后，各等級(jí)苗木以d為半徑聚集成一個(gè)圓，圓的界限為各等級(jí)苗木的分布范圍。各威寧短柱油茶苗木的凝聚半徑d如表5所。

表5 威寧短柱油茶苗木凝聚半徑(標(biāo)準(zhǔn)化)Table 5 The agglomeration radius of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov.(Standardization)

通過(guò)凝聚中心和凝聚半徑，計(jì)算得出Ⅰ、Ⅱ級(jí)圓下限的臨界值，即威寧短柱油茶苗木質(zhì)量分級(jí)的界限(表6)。

表6 威寧短柱油茶苗木各級(jí)臨界值(標(biāo)準(zhǔn)化)Table 6 Critical values at all levels of Camellia weiningensis Y.K.Li.sp.nov. (Standardization)

標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)轉(zhuǎn)化后，得出威寧短柱油茶苗木質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表7、表8所：編號(hào)1 威寧短柱油茶Ⅰ級(jí)苗，D≥2.37 mm，H≥26.08 cm，占總株數(shù)的24%； Ⅱ級(jí)苗，2.19>D≥2.37 mm，21.51>H≥26.08 cm，占總株數(shù)的34%；Ⅲ級(jí)苗，D<2.19 mm，H<21.51 cm，占總株數(shù)的42%；編號(hào)2 威寧短柱油茶Ⅰ級(jí)苗，D≥2.80 mm，H≥12.62 cm，占總株數(shù)的24%；Ⅱ級(jí)苗，2.80>D≥2.34 mm，12.62>H≥9.78 cm，占總株數(shù)的52%；Ⅲ級(jí)苗，D<2.34 mm，H<9.78 cm，占總株數(shù)的24%；編號(hào)3 威寧短柱油茶Ⅰ級(jí)苗，D≥3.13 mm，H≥16.03 cm，占總株數(shù)的36%；Ⅱ級(jí)苗，3.13>D≥2.84 mm，16.03>H≥11.67 cm，占總株數(shù)的40%；Ⅲ級(jí)苗，D<2.84 mm，H<11.67 cm，占總株數(shù)的24%；編號(hào)4威寧短柱油茶Ⅰ級(jí)苗，D≥5.76 mm，H≥32.71 cm，占總株數(shù)的18%；Ⅱ級(jí)苗，5.76>D≥4.77 mm，32.71>H≥25.08 cm，占總株數(shù)的34%；Ⅲ級(jí)苗，D<4.77 mm，H<25.08 cm，占總株數(shù)的48%；編號(hào)5 威寧短柱油茶Ⅰ級(jí)苗，D≥2.52 mm，H≥16.78 cm，占總株數(shù)的46%；Ⅱ級(jí)苗，2.52>D≥2.21 mm，16.78>H≥13.04 cm，占總株數(shù)的30%；Ⅲ級(jí)苗，D<2.21 mm，H<13.04 cm，占總株數(shù)的24%。

表7 苗木質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(聚類分析法)Table 7 Seedling quality grading standard (cluster analysis)

表8 各級(jí)苗木所占比例Table 8 Proportion of seedlings at all levels

2.2.3標(biāo)準(zhǔn)差法

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差法得出的威寧短柱油茶苗木質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表9、表10所：編號(hào)1 威寧短柱油茶Ⅰ級(jí)苗，D≥2.55 mm，H≥24.55 cm，占20%；Ⅱ級(jí)苗，2.55>D≥2.07 mm，24.55>H≥17.56 cm，占52% ；Ⅲ級(jí)苗，D<2.07 mm，H<17.56 cm，占28% 。編號(hào)2威寧短柱油茶Ⅰ級(jí)苗，D≥2.90 mm，H≥12.10 cm，占26% ；Ⅱ級(jí)苗，2.90>D≥2.38 mm，12.10>H≥9.32 cm，占44%；Ⅲ級(jí)苗，D<2.38 mm，H<9.32 cm，占30% 。編號(hào)3 威寧短柱油茶Ⅰ級(jí)苗，D≥3.51 mm，H≥17.69 cm，占26% ；Ⅱ級(jí)苗，3.51>D≥2.74 mm，17.69>H≥12.83 cm，占44% ；Ⅲ級(jí)苗，D<2.38 mm，H<12.83 cm，占30% 。編號(hào)4 威寧短柱油茶Ⅰ級(jí)苗，D≥5.30 mm，H≥32.97 cm，占24% ；Ⅱ級(jí)苗，5.30>D≥4.03 mm，32.97>H≥22.47 cm，占46%；Ⅲ級(jí)苗，D<4.03 mm，H<22.47 cm，占30% 。編號(hào)5 威寧短柱油茶I級(jí)苗，D≥3.06 mm，H≥18.39 cm，占30% ；Ⅱ級(jí)苗，3.06>D≥3.27 mm，18.39>H≥12.78 cm，占34%；Ⅲ級(jí)苗，D<2.37 mm，H<12.78 cm，占36% 。

表9 苗木質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)差法)Table 9 Seedling quality grading standard (standard deviation method)

表10 各級(jí)苗木所占比例(標(biāo)準(zhǔn)差法)Table 10 Proportion of seedlings at all levels (standard deviation method)

3 結(jié)論與討論

在生產(chǎn)實(shí)踐中操作性強(qiáng)，最易且最無(wú)損傷苗木地獲取苗木質(zhì)量指標(biāo)是苗高和地徑。本文采用聚類分析方法和標(biāo)準(zhǔn)差分析方法對(duì)威寧短柱油茶苗木進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)，獲得分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表7表和表9所。結(jié)合目前威寧短柱油茶育苗水平，考慮出苗量和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，綜合兩種分析方法所得結(jié)果，并對(duì)其分析結(jié)果取整，最終得到威寧短柱油茶苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：二年生嫁接容器苗，Ⅰ級(jí)苗，D≥2.5 mm，H≥24.0 cm； Ⅱ級(jí)苗，2.0>D≥2.50 mm，24.0>H≥15 cm；Ⅲ級(jí)苗，D<2.0 mm，H<15.0 cm；一年生播種容器苗，Ⅰ級(jí)苗，D≥2.50 mm，H≥12.0 cm； Ⅱ級(jí)苗，2.50>D≥2.0 mm，12.0>H≥10.0 cm；Ⅲ級(jí)苗，D<2.0 mm，H<10.0 cm；二年生播種容器苗，Ⅰ級(jí)苗，D≥3.0 mm，H≥17.0 cm；Ⅱ級(jí)苗，3.0>D≥2.50 mm，17.0>H≥12.0 cm；Ⅲ級(jí)苗，D<2.50 mm，H<12.0 cm；三年生播種容器苗，Ⅰ級(jí)苗，D≥5.0 mm，H≥32.0 cm；Ⅱ級(jí)苗，5.0>D≥4.0 mm，32.0>H≥22.0 cm；Ⅲ級(jí)苗，D<4.0 mm，H<22.0 cm；二年生播種裸根苗，Ⅰ級(jí)苗，D≥2.50 mm，H≥15.0 cm；Ⅱ級(jí)苗，2.50>D≥2.0 mm，15.0>H≥10.0 cm；Ⅲ級(jí)苗，D<2.0 mm，H<10.0 cm。Ⅰ級(jí)苗、Ⅱ級(jí)苗為合格苗，Ⅲ級(jí)苗為不合格苗。

本分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中威寧短柱油茶各級(jí)苗木指標(biāo)均比已頒布的油茶國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《油茶苗木質(zhì)量分級(jí)》[18]中的各級(jí)苗木指標(biāo)低，這也印證了前文提到的普通油茶和威寧短柱油茶兩個(gè)物種的差異太大，普通油茶的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程很多在威寧短柱油茶上無(wú)法運(yùn)用的觀點(diǎn)。

本研究調(diào)查威寧短柱油茶苗木僅來(lái)自貴州玉屏縣、貴州貴陽(yáng)市以及貴州威寧縣，由于貴州地形地貌復(fù)雜，各地水熱環(huán)境不同、立地條件不同、育苗水平也不同，如需制定貴州省威寧短柱油茶苗木質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，還需擴(kuò)大樣本量，從而制定更為科學(xué)合理的威寧短柱油茶苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，此分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)僅供參考。