唐小燕，袁位高，沈愛華，朱錦茹，張 駿，江 波

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

閩楠容器苗評價指標(biāo)及分級標(biāo)準(zhǔn)研究

唐小燕1，袁位高2*，沈愛華2，朱錦茹2，張 駿2，江 波2

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

采用主成分分析和聚類分析方法，對1.5年生的閩楠（Phoebe bournei）容器苗苗木的質(zhì)量評價和苗木的分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：閩楠容器苗的質(zhì)量主要取決于地上生物量、地下生物量、單株生物量，苗高、基徑和質(zhì)量指數(shù)也是重要指標(biāo)，含水率、高徑比、根冠比、側(cè)根數(shù)為輔助參考指標(biāo)綜合評價；建立以苗高和地徑為質(zhì)量指標(biāo)的閩楠苗木分級體系，獲得苗木3級分級標(biāo)準(zhǔn)，即Ⅰ級苗木苗高≥42.51 cm，地徑≥0.54 cm；Ⅱ級苗木，42.51 cm＞苗高≥28.70 cm，0.54 cm＞地徑≥0.46 cm；Ⅲ級苗木苗高＜28.70 cm，地徑＜0.46 cm。

閩楠 ；容器苗；主成分分析；聚類分析；苗木分級

苗木質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響造林成活率的高低，也影響林木初期生長速度。由于缺少苗木質(zhì)量分級與評價工作的研究，大量使用品質(zhì)低劣的種苗造林，已經(jīng)嚴(yán)重影響了造林的生產(chǎn)力和種苗業(yè)的發(fā)展[1]。近年來隨著我國容器苗體系和機械化的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)形態(tài)指標(biāo)好的優(yōu)質(zhì)容器苗造林后，根系生長能力強，迅速扎根，適應(yīng)性強并且生長快，抵抗能力強[2]。苗木的形態(tài)特征比較容易評定，而且在某種條件下可以預(yù)測苗木的造林效果，因此，以往的苗木分級幾乎都是以形態(tài)指標(biāo)作為評定苗木質(zhì)量的唯一根據(jù)[3～4]。但是傳統(tǒng)分析方法無法對苗木質(zhì)量進(jìn)行綜合客觀的評價，不能很好地反映容器苗的質(zhì)量。近年已有學(xué)者在容器苗的質(zhì)量評價方面進(jìn)行了研究，如魯敏等[2]提出，容器苗的質(zhì)量應(yīng)以苗木的地徑、頂芽干質(zhì)量、單株干質(zhì)量、地上與地下干質(zhì)量等表型指標(biāo)，結(jié)合可溶糖含量、根系活力等生理指標(biāo)為主要指標(biāo)，并輔以高徑比和冠根比作為輔助參考指標(biāo)綜合評價為佳。這種主成分分析從選用的大量觀測指標(biāo)中，篩選評價苗木質(zhì)量的主要因素，大大提高了苗木質(zhì)量評價的可靠性和綜合性[5～12]。

閩楠（Phoebe bournei）為樟科常綠喬木，樹干通直、木材紋理結(jié)構(gòu)細(xì)密，削面光滑美觀，有香氣，為高級建筑、家具、雕刻和精密木模的珍貴用材，是我國珍稀瀕危樹種和國家二級保護樹種[13～14]。閩楠喜濕耐蔭，前期生長很慢，后期生長迅速，主要分布在四川、貴州、湖南、湖北、江西、浙江和福建等地，由于人為砍伐、自身生物學(xué)特性以及自然環(huán)境等綜合因素作用，致使閩楠資源接近枯竭[15～17]。人們對閩楠的研究主要是關(guān)于其成熟樹種群生態(tài)學(xué)、人工培育和生長特性的調(diào)查，比如閩楠種群的空間分布格局，種群個體生長規(guī)律及其穩(wěn)定性，閩楠遺傳變異特點的研究[18～21]，尚未見有關(guān)閩楠容器苗質(zhì)量評價和苗木分級的報道。本文通過主成分分析和聚類分析，對1.5年生閩楠容器苗進(jìn)行綜合評定，進(jìn)而從眾多的指標(biāo)因素中，找出能夠真正反映容器苗質(zhì)量性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，同時對苗木進(jìn)行分級標(biāo)準(zhǔn)的研究，從而為浙江省閩楠造林所需良種壯苗的質(zhì)量評定和制定容器苗的出圃標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)，對這一珍貴鄉(xiāng)土樹種種質(zhì)資源的保護具有重要的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

實驗地點設(shè)在浙江省林業(yè)科學(xué)研究院溫室大棚，地處118° 21′ ～ 120° 30′ E，29° 11′ ～ 30° 33′ N。該區(qū)屬典型的亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，平均氣溫15.3 ～ 18.5℃，最低月均氣溫2.7 ～ 7.9℃，最高月平均氣溫27.0 ～ 29.5℃，10℃以上年積溫4 800 ～ 5 800℃，無霜期225 ～ 280 d；年降水量1 000 ～ 2 000 mm，以春雨、梅雨、臺風(fēng)雨為主，7-8月有伏旱。

1.2 研究方法

2009年5月采集閩楠種子進(jìn)行容器育苗，容器采用自行研制生產(chǎn)的單體錐形容器，規(guī)格為上口直徑4.5 cm，高10 cm，容器自重13.7 g；基質(zhì)以泥炭、蛭石為主。2011年1月份按照高度進(jìn)行分級（A：15 ～ 20cm、B：＞ 20～ 25 cm、C：＞25 ～ 30 cm、D：＞ 30 ～ 35 cm、E：＞ 35 ～ 40 cm、F：＞ 40 ～ 45 cm、G: ＞ 45 ～ 50 cm、H: ＞ 50 ～ 55 cm），每等級100 ～ 200株，然后隨機抽取測定樣苗41株，每個等級不少于5株，測量各植株株高、基徑，然后將植株根、干、枝和葉用電子稱稱量后分別裝入標(biāo)記好的紙袋中，在實驗室烘箱中105℃殺青0.5 h后在85℃烘至恒質(zhì)量。烘干后稱量其干質(zhì)量，得到每一植株的根、莖（干+枝）和葉生物量。

苗木質(zhì)量評價指標(biāo)選?。旱貜?、苗高、單株干質(zhì)量、地上干質(zhì)量、地下干質(zhì)量、高徑比、根冠比、地上部分含水率、地下部分含水率、單株含水率、質(zhì)量指數(shù)、側(cè)根數(shù)、側(cè)枝數(shù)。

質(zhì)量指數(shù)（QI）為總干質(zhì)量與苗木高徑比、莖干根干質(zhì)量比和之比[20]，苗木含水率（%）為單株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量差值與單株鮮質(zhì)量之百分比。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel計算總生物量及根莖葉生物量、含水率、質(zhì)量指數(shù)、根冠比等數(shù)據(jù)處理，利用SPSS13.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)論與討論

2.1 閩楠容器苗形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)分析

本文所選形態(tài)指標(biāo)反映了苗木生長的差異，不同指標(biāo)之間往往具有重疊性而且相互交織，因而采用pearson相關(guān)系數(shù)法對指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，并在0.05的置信水平下進(jìn)行Two-tailed檢驗，得出相關(guān)系數(shù)矩陣見表1。苗高、基徑、地上生物量、地下生物量、單株生物量、高徑比、質(zhì)量指數(shù)、側(cè)枝數(shù)等呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與根冠比、側(cè)根數(shù)、單株含水率間的相關(guān)性相對顯著相關(guān)性比較小。苗木各指標(biāo)的相關(guān)性，反映了苗木各器官之間相對均衡的生長作用，各個指標(biāo)并非相互獨立的，存在相互影響，苗高、基徑、地上生物量、地下生物量、單株生物量、高徑比、質(zhì)量指數(shù)、側(cè)枝數(shù)相互交織，根冠比、側(cè)根數(shù)、單株含水率則相對獨立，說明苗木植株所有形態(tài)指標(biāo)間都存在著或大或小的相關(guān)性，同時各單項指標(biāo)所反映苗木的情況也不盡相同，直接利用這些指標(biāo)對閩楠苗木的質(zhì)量進(jìn)行評價都是片面的，因此有必要進(jìn)行主成分分析對其進(jìn)行綜合評價。

表1 閩楠容器苗各指標(biāo)間的相關(guān)矩陣Table 1 Correlatiom matrix between different quality factors of P. bournei container seedling

2.2 閩楠容器苗形態(tài)指標(biāo)的主成分分析

運用主成分分析對13個評價指標(biāo)歸納為幾個變量進(jìn)行評價。主成分分析是一種不摻雜主觀意識的客觀評價方法，并經(jīng)過數(shù)學(xué)分析生成權(quán)重值，從而確定每個樣本的貢獻(xiàn)率。同時它是一種降維的統(tǒng)計方法，它可以用盡量少的綜合指標(biāo)代替眾多的原始數(shù)據(jù)，并盡可能多地反映原始數(shù)據(jù)所提供的信息。利用主成分分析可以生成一系列獨立不相關(guān)的新變量（主成分），擺脫了權(quán)重判斷不合理的弊端，并能方便利用分析得到的綜合得分進(jìn)行評價。

采用SPSS13.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先進(jìn)行Bartlett檢驗，其給出的相伴概率為0.000，小于顯著性水平0.05，因此拒絕Bartlett檢驗的零假設(shè)，證明適合進(jìn)行主成分分析；其次利用主成分分析，得到各個主成分的特征值及貢獻(xiàn)率，表2是閩楠容器苗形態(tài)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果。由于前3個主成分已經(jīng)包含了原是變量中高達(dá)81.8%的信息，已經(jīng)可以較好的反映閩楠容器苗質(zhì)量狀況，故選取3個主成分進(jìn)行分析，根據(jù)貢獻(xiàn)率的大小可知各綜合指標(biāo)的相對重要性。

表2 特征向量和特征根Table 2 Characteristic vector and characteristic root

表2顯示了每個主成分包含原來13個變量的信息載荷情況，主成分所對應(yīng)的載荷系數(shù)越大，包含原變量的成分就越高，由此可以分析各個主成分的組成。第1主成分對苗高、基徑、地上生物量、地下生物量、單株生物量、質(zhì)量指數(shù)具有較高的載荷量，主要反映了苗木地上部分和地下部分關(guān)系的綜合因子，作為苗木質(zhì)量水平的度量，能夠反映其苗木生長的主要狀況，結(jié)果可靠；第2主成分對根冠比、含水率具有較高的載荷，可以對生長狀況比較清楚的了解，進(jìn)一步了解苗木的質(zhì)量；第3主成分對側(cè)根數(shù)和高徑比具有較高的載荷，作為輔助參考，讓信息更全面。第1主成分代表了原來13個形態(tài)指標(biāo)中49%的信息，因此評價容器苗的質(zhì)量應(yīng)以苗木的苗高、基徑、地上生物量、地下生物量、單株生物量表型指標(biāo)，結(jié)合根冠比、含水率，并輔以高徑比、側(cè)根數(shù)作為輔助參考指標(biāo)綜合評價為佳。

從以上的主成分分析可以發(fā)現(xiàn)，評價苗木質(zhì)量的形態(tài)指標(biāo)很多，而得到的三個主成分基本上囊括了苗木質(zhì)量評價的主導(dǎo)因子。利用其分析結(jié)果，確定閩楠苗木質(zhì)量綜合評價模型如下：

式中，Y為閩楠苗木質(zhì)量評價的綜合得分，Y1為生物量、株高、基徑等表型指標(biāo)，Y2為根冠比、含水率等；Y3為高徑比、側(cè)根數(shù)等輔助指標(biāo)。各個變量的權(quán)重分別為對應(yīng)各主成分的相應(yīng)貢獻(xiàn)率，3個主因子對苗木質(zhì)量的影響力按照次序逐漸降低。

2.3 閩楠容器苗苗木分級標(biāo)準(zhǔn)計算

在主成分分析結(jié)果中我們可以看出，以苗木的苗高、基徑、地上生物量、地下生物量、單株生物量等都是苗木質(zhì)量評價的關(guān)鍵指標(biāo)，然而考慮到在生產(chǎn)實踐中的可操作性，因此實踐中可以選擇苗高與地徑這些容易測量的關(guān)鍵指標(biāo)作為閩楠容器苗苗木分級的指標(biāo)[22～26]。

按照生產(chǎn)實際苗木的分級原則，一般分為3級，其中Ⅰ、Ⅱ級苗為合格苗，可出圃上山造林，Ⅲ級苗為不合格苗，應(yīng)留圃繼續(xù)培養(yǎng)。聚類分析所依據(jù)的基本原則是直接比較屬于各樣本反映出來的性質(zhì)，將性質(zhì)相近的屬性分在同一類。對于苗木分級來說，即是利用質(zhì)量指標(biāo)來劃分苗木個體的相似程度。本項研究使用歐式距離公式來確定不同等級苗木間的距離。

因僅采用苗高（H）和地徑（D）兩個分級指標(biāo)，因此n = 2，故（1）變?yōu)椋?/p>

為了使數(shù)據(jù)值能夠在同一水平進(jìn)行分析比較，必須對所觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。公式如下:

式中，Zij為標(biāo)準(zhǔn)化值，I為苗高或地徑，j為所觀測的樣苗號（1，2，3，…，60），Xi(max)、Xi(min)為所觀測總體樣本中苗高或地徑的最大值、最小值。利用式（3）對求得41株苗木樣株的苗高和地徑的標(biāo)準(zhǔn)化值，如表3所示。

表3 閩楠容器苗苗木分級結(jié)果（按苗高、地徑雙指標(biāo)分類）Table 3 Grading result of P. bournei container seedling

以苗高、地徑值分級，較高大的苗木，應(yīng)有較粗的地徑。由于苗木存在分化現(xiàn)象，在苗木群體中高而細(xì)、粗而矮的苗木也是存在的，但僅為少量。因此對苗木質(zhì)量的聚類就是對有序樣本的聚類。樣苗可用苗高和地徑標(biāo)準(zhǔn)化值的和（Σ標(biāo)= H標(biāo)+D標(biāo)），在一維坐標(biāo)上進(jìn)行排序分類，然后按照分級結(jié)果分別計算各苗高、地徑標(biāo)準(zhǔn)化值的平均值，并以此平均數(shù)作為該級的凝聚中心，計算各樣苗與相近凝聚中心的距離d，樣苗與哪個凝聚中心的距離最近，即可判斷其屬于那一等級。由于采用人為聚類分級的方法計算量過大，并且誤差也相應(yīng)增大。本研究采用SPSS13.0統(tǒng)計分析軟件對苗高、地徑數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，分類結(jié)果見表3。圖1是苗木聚類分析圖，圖中縱軸上排列的是各觀察點對應(yīng)的苗號，橫軸表示距離，各觀察點之間、觀察點與所聚的類之間以及各類之間的距離以橫向長短不同的線段表示。苗木分級是要將苗木分為3級，此圖中觀測點2、5、10、15、8、3、4、6、14、1、7、9、12、13與其余觀察點距離最大，聚為一類；11、18、19、21、20、17、22、16、26、23、25、24、27、30與剩余觀察點距離最大，聚為一類，這樣就將41株苗木聚類為3類。

根據(jù)對苗高、基徑的分類結(jié)果確定分級臨界值。聚類分級的結(jié)果是各級苗木聚集在以該級最終凝聚中心為圓心，以d為半徑的圓內(nèi)。過大的苗木在Ⅰ級苗的上方，過小的苗木則在Ⅱ級苗的下方，因此只要求Ⅰ、Ⅱ級苗的下限，就可準(zhǔn)確確定各級別的界限[26]，其中半徑d的計算公式為：式中k = 1, S2H標(biāo)、S2D標(biāo)分別是苗高和地徑標(biāo)準(zhǔn)化值的標(biāo)準(zhǔn)差。Ⅰ、Ⅱ級苗的最終凝聚中心分別為XⅠ2（0.79，0.85）、XⅡ2（0.41，0.62），經(jīng)計算dⅠ= 0.16、dⅡ= 0.13。計算結(jié)果如表4。

表4 閩楠Ⅰ、Ⅱ級苗的下限值Table 4 The lower limiting values of grade one and grade two seedling of P. bournei

3 結(jié)論

本文利用主成分分析方法和聚類分析方法對閩楠容器苗進(jìn)行了綜合評價和苗木等級分類，主要得出以下結(jié)論：

（1）閩楠容器苗的質(zhì)量主要取決于苗高、基徑、地上生物量、地下生物量、單株生物量、質(zhì)量指數(shù)。評價容器苗的質(zhì)量，生物量是決定性指標(biāo)，苗高、基徑、質(zhì)量指標(biāo)也是重要指標(biāo)，含水率、高徑比、根冠比、側(cè)根數(shù)具有輔助參考意義。以這些指標(biāo)綜合評價才能真正反映容器苗的質(zhì)量。

（2）采用綜合評價得分對閩楠容器苗進(jìn)行聚類分級研究結(jié)果與采用苗高和地徑指標(biāo)的分級結(jié)果相差不是非常大，苗高和地徑指標(biāo)是反映苗木質(zhì)量的最直觀指標(biāo)，在實際生產(chǎn)中采用苗高和地徑分級可操作性更強，故選取苗高和地徑作為分級標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行苗木分級，獲得苗木分級標(biāo)準(zhǔn)為：Ⅰ級苗木苗高≥42.51 cm，地徑≥0.54 cm；Ⅱ級苗木，42.51 cm＞苗高≥28.70，0.54 cm＞地徑≥0.46 cm；Ⅲ級苗木，苗高＜28.70 cm，地徑＜0.46 cm。在進(jìn)行苗木分級時還應(yīng)考慮苗木生長充實、枝葉繁茂、木質(zhì)化程度高、無病蟲害等其他綜合指標(biāo)[1]，而且各地的立地條件不同，苗木質(zhì)量可能存在差異，各地可根據(jù)具體情況進(jìn)行分析研究另外確定標(biāo)準(zhǔn)，此分級標(biāo)準(zhǔn)僅供參考。

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Quality Evaluation and Grading of Phoebe bournei Container Seedling

TANG Xiao-yan1，YUAN Wei-gao2*，SHEN Ai-hua2，ZHU Jin-ru2，ZHANG Jun2，JIANG Bo2
（1. Zhejiang A＆F University, Lin’an 311300, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

In this paper, the quality and the standard of 1.5 years old seedling grading of Phoebe bournei was studied by using the methods of principal component analysis and cluster analysis. The results showed that the seedling quality might be determined by dry weight of the seedling. Moreover, some indices such as stem diameter and height at soil surface also very important. Seedling height and basal diameter were proposed as the main indexes of quality for seedling grading of this species. The following standards were produced for seedlings of the first to third grades. The seedlings with the height of 42.51cm or above, basal diameter of 0.54cm or above were classified as grade one, those with height lower than 42.51cm but higher than or equal to28.70cm, basal diameter lower than 0.54cm but higher than or equal to 0.46cm were classified as grade two, those with height lower than 28.70cm and basal diameter lower than 0.46cm were classified as grad three.

Phoebe bournei; container seedling; principal component analysis; cluster analysis; seedling grading

S723.1+33

A

1001-3776（2011）06-0039-06

2011-05-18；

2011-08-12

浙江省重大科技專項重大農(nóng)業(yè)項目“珍貴用材樹種優(yōu)良品系快繁中試及容器苗工廠化生產(chǎn)技術(shù)集成示范”（2008C02004-3）

唐小燕（1984-），女，廣東佛山人，碩士研究生，從事森林生態(tài)學(xué)研究；*通訊作者。