降香黄檀轻基质容器苗分级标准研究

黎明 黄柏华 韦叶桥 梁福江 曾冀

摘要：【目的】探討适合降香黄檀轻基质容器苗分级的方法和标准，为制定降香黄檀苗木培育技术规程提供参考依据。【方法】利用轻基质培育降香黄檀实生苗，于苗龄9个月时测定苗高（H）、地径（D）、地上和地下部分生物量，计算每株苗木的总生物量、高径比及茎根比；应用相关分析法确定降香黄檀苗木的质量分级指标，采用逐步聚类、快速聚类和平均值±标准差划分降香黄檀苗木的分级标准；根据分级标准确定苗木的级别并开展造林试验，比较分析各级别苗木的造林效果，对成活苗木进行重新分级。【结果】应用平均值±标准差法分级的降香黄檀合格苗（I和II 级苗）所占比例及造林9个月后各级别苗木的存活情况优于逐步聚类和快速聚类法；将造林9个月后成活的苗木进行重新分级发现，应用平均值±标准差法确定的合格苗有10.5%转变为Ⅲ级苗，有1.8%和37.9%的Ⅲ级苗（不合格苗）分别转变为Ⅰ和II 级苗，采用逐步聚类和快速聚类两种方法分级的合格苗转变为Ⅲ级苗的比率分别为23.2%和53.0%，Ⅲ级苗转变为合格苗的比率分别为53.0%和80.2%。【结论】降香黄檀轻基质容器苗适宜采用平均值±标准差法进行分级，其分级标准为：I 级苗H≥55.3 cm，D≥7.9 mm；II 级苗24.4 cm≤H<55.3 cm，4.7 mm≤D<7.9 mm；Ⅲ级苗H<24.4 cm，D<4.7 mm。

关键词： 降香黄檀；轻基质容器苗；苗木分级标准；相关分析；平均值±标准差法；造林效果

中图分类号： S723.4 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）12-2103-05

Abstract：【Objective】Grading method and standard for Dalbergia odorifera T. Chen seedlings in containers with light media were investigated in order to provide reference for formulating cultivation technique regulations. 【Method】Taking D. odorifera T. Chen seedlings in containers with light media as materials， seedling height（H）， ground diameter（D）， aboveground biomass and underground biomass were measured when the seedlings were nine-month-old. Then total biomass， seedling height to ground diameter ratio and shoot to root ratio were calculated. Using correlation analysis to determine D. odorifera T. Chen seedling quality grading indexes， and using gradual clustering， k-means clustering and mean ± standard deviation to divide seedling grading standard. The seedlings were graded according to the classification standard and afforestation experiment was conducted. Afforestation effects of seedlings at different grades were compared and analyzed. The survival seedlings were re-graded. 【Result】The proportion of qualified seedlings（gradeⅠandⅡ） and survival seedlings after nine months of planting graded by mean ± standard deviation were better than those graded by gradual clustering and k-means clustering. Reclassification of survival seedlings nine months after out-planted showed that in mean ± standard deviation method， 10.5% of the qualified seedlings transferred into grade Ⅲ，1.8% of grade Ⅲ seedlings（unqualified seedlings）transferred into gradeⅠ， and 37.9% of grade Ⅲ seedlings（unqualified seedlings）transferred into grade Ⅱ. In terms of gradual clustering， 23.2% of the qualified seedlings transferred into grade Ⅲ，53.0% of grade Ⅲ seedlings transferred into qualified seedlings. In k-mean clustering， 53.0% of the qualified seedlings transferred into grade Ⅲ，and 80.2% of grade Ⅲ transferred into qualified seedlings. 【Conclusion】Mean ± standard deviation is suitable for classification of D. odorifera T. Chen seedlings in containers with light media， and the grading standard is as follows：gradeⅠH≥55.3 cm， D≥7.9 mm； gradeⅡ24.4 cm≤H<55.3 cm， 4.7 mm≤D<7.9 mm； grade Ⅲ H<24.4 cm， D<4.7 mm.

Key words： Dalbergia odorifera T. Chen； light media container seedling； seedling grading standard； correlation analysis； mean ± standard deviation method； afforestation effect

0 引言

【研究意義】降香黄檀（Dalbergia odorifera T. Chen）别名黄花梨、花梨木，为国家二级保护植物，天然分布于我国海南，广东、广西、福建及云南等地亦有大规模引种栽培（倪臻等，2008；孟慧等，2010）。降香黄檀不仅木材坚硬，是制作名贵家具、雕刻工艺品的上等用材，且具有较高的生态价值和药用价值（梁建平，2003），市场上供不应求，其野生资源已濒临枯竭（罗文扬等，2009）。发展降香黄檀人工林是解决市场需求与资源枯竭矛盾的最佳方法，但市场上供应的降香黄檀苗木尚无统一的分级标准，质量优劣并存，制约了降香黄檀产业的健康发展。与常规容器育苗相比，轻基质网袋容器育苗具有重量轻、容器小、可进行空气修根、适合工厂化生产及运输容易、造林效果好等优点（张建国等，2007）。本课题组结合“珍贵树种轻基质工厂化育苗技术研究与示范”项目，已筛选出适合降香黄檀苗木生长的轻基质配方（贾宏炎等，2015），且正在大力推广降香黄檀轻基质网袋容器苗造林。由于苗木质量的优劣直接关系造林的成败和林分的生产力（刘勇，2000；侯元兆，2007），因此，苗木分级对于降香黄檀规模化、规范化种植至关重要。【前人研究进展】陈晓波等（2002）采用平均值±标准差法对蒙古栎、杨斌等（2006）及马跃等（2012）应用逐步聚类法分别对铁力木和望天树开展了苗木分级研究。在降香黄檀苗木分级研究方面，方碧江（2009）在闽南地区、周双清等（2015）在海南应用逐步聚类分析法研究了6个月生降香黄檀常规容器苗的分级标准，其合格苗的指标分别为苗高≥18.9 cm、地径≥2.7 mm和苗高≥41.7 cm、地径≥1.9 mm；郭俊杰等（2016）研究认为，开展造林效果试验有助于将苗木分级与造林生产紧密结合起来，使分级标准更可靠。【本研究切入点】目前，针对降香黄檀轻基质容器苗进行分级并进行造林效果试验的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以9个月生降香黄檀轻基质容器苗为研究对象，应用逐步聚类、快速聚类和平均值±标准差法进行分级，比较分析各级别苗木的造林效果，旨在划分降香黄檀轻基质容器苗的分级标准，为制定降香黄檀苗木培育技术规程提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 育苗地和造林地概况

育苗地点在广西凭祥市中国林业科学院热带林业实验中心白云实验场苗圃，属于南亚热带季风气候，年均气温21.4 ℃，最热月（7月）平均气温27.6 ℃，极端最高气温39.8 ℃，最冷月（1月）平均气温13.1 ℃，极端最低气温-1.0 ℃，年降水量1200～1400 mm，干湿季节明显，4～9月为雨季（雨热同季）。造林地点在中国林业科学院热带林业实验中心哨平实验场（东经22°02′52″、北纬22°02′52″），海拔230 m，属桉树采伐迹地，阳坡，坡度约13°，位于坡中部，土壤为紫色土。

1. 2 试验材料

降香黄檀种子采自中国林业科学院热带林业实验中心石山树木园。两种轻基质材料松树皮和锯末取自当地木材加工厂或林区。可降解的无纺布网袋卷（制作轻基质网袋容器用）购自安徽安庆市亿科育苗材料有限公司。育苗所用轻基质配方为沤制的松树皮、锯末和碳化松皮按6∶3∶1的体积比例配置而成。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 网袋容器制作及苗木管理 松树皮、锯末和碳化松树皮的堆沤及轻基质网袋容器的制作参照蒙彩兰等（2007）和郭文福等（2010）的方法进行处理。于2014年3月初播种，3月中旬将降香黄檀芽苗移栽到轻基质网袋容器后，保持基质湿润，每周施2000～5000 mg/L复合肥或尿素1次，根据苗木生长情况逐渐加大施肥浓度，其他管理措施与常规育苗相似。

1. 3. 2 样苗选取及指标测定 2014年12月中旬，从苗圃随机抽取835株降香黄檀苗，按照抽取顺序编号、挂牌，测定苗高和地径，进一步从835株降香黄檀苗中随机抽取415株作为样苗，逐株洗除基质后，将地上和地下部分剪下分别装入纸袋，置于60 ℃烘箱干燥48 h至恒重，用电子天平（精度为0.001 g）称量各样苗的地上和地下部分生物量。计算高径比（苗高/地径），参考陈秋夏等（2011）的方法计算茎根比和质量指数。

茎根比=地上部分生物量/地下部分生物量

质量指数=苗木总生物量/（高径比+茎根比）

1. 3. 3 造林效果试验 应用逐步聚类、快速聚类和标准差±平均值法确定余下420株降香黄檀苗的级别，2015年3月10日在哨平实验场开展造林试验。造林前经炼山、清理林地后，按照株行距2 m×2 m、穴规格50 cm×50 cm×30 cm、施基肥（桐麸与钙镁磷肥按1∶1的质量比混合）1.0 kg/穴进行种植，造林后其他管理措施与常规生产林相似。试验采用完全随机排列方式，面积约0.168 ha。造林1周时测定苗高和地径，2015年12月上旬调查存活率。

采用上述3种苗木分级方法对造林9个月后保存的苗木进行重新分级，比较三者之优劣，最终确定苗木分级标准。

1. 4 统计分析

试验数据应用SSPS 16.0进行方差分析和相关分析。

2 结果与分析

2. 1 苗木分级质量指标的确定

由表1可知，降香黄檀苗地下生物量与其他质量指标均呈极显著相关（P<0.01，下同）；苗高和地上生物量与茎根比相关不显著（P>0.05，下同），与其他指标呈极显著相关；地径与高径比、茎根比相关不显著，与其他指标呈极显著相关。鉴于地径、苗高指标与其他指标的相关性较密切，且在生产管理中较直观和容易测取，为了便于生产上应用，将其选为降香黄檀轻基质容器苗分级的质量指标。

2. 2 苗木的分级结果

2. 2. 1 逐步聚类法分级结果 从415株样苗中分别找出苗高、地径观测值的最大值和最小值，计算各样苗苗高和地径的标准化值并求和后排序，于变化明显处将样苗初步分为三级，计算各级样苗苗高和地径标准化值的平均值，并以此平均值作为各级样苗的凝聚中心，计算每株样苗与各凝聚中心的距离，最后依据最短距離原则判定样苗所属的级别。经12次聚类修订后样苗分级结果保持不变，最终得到Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级样苗的凝聚中心分别为XⅠ（0.64，0.74）、XⅡ（0.34，0.50）和XⅢ（0.15，0.28），并计算每个级别样苗苗高和地径标准方差之和的平方根作为该级别的半径。将凝聚中心和半径按照相同比例尺转绘至方格纸上，即可读出Ⅰ级苗的苗高和地径标准化值下限为0.52和0.60，Ⅱ级苗的苗高和地径标准化值下限为0.26和0.38。将这些值转化为初始值，即获得降香黄檀苗的分级标准（表2）。

2. 2. 2 快速聚类法分级结果 参考倪雪梅（2010）的方法，根据实际情况先将聚类数目分为3类，再依据415株样苗高和地径观测值确定3个有代表性的数据作为初始类中心，计算每株样苗与3个聚类中心点的欧氏距离，并依照最短距离的原则，将样苗分派到各类中心点所在的类中，形成新的3类，即完成第1次迭代过程；此后重新计算每个类中各变量的均值，以均值点作为新类的中心点，重复上述两步计算过程，直至达到终止迭代的要求为止；经6次迭代过程聚类分析结束，即得到降香黄檀苗木的最终聚类中心、分类结果及其分级标准（表2）。

2. 2. 3 平均数±标准差法分级结果 计算415株样苗苗高和地径的平均值和标准差，将平均值+标准差和平均值-标准差分别作为Ⅰ和Ⅱ级苗的下限值，即得到降香黄檀苗木的分级标准（表2）。

2. 2. 4 不同分级方法结果比较 由表2可知，根据3种分级方法得出的苗木分级结果，各级别间苗高、地径均呈极显著差异（P<0.01）。相对于逐步聚类和快速聚类法，采用平均值±标准差法进行降香黄檀轻基质容器苗分级，其Ⅲ级苗的比例明显降低，Ⅱ级苗的比例明显升高，Ⅰ级苗比例变化不明显；Ⅰ和Ⅱ级苗所占比例为78.1%，明显高于逐步聚类法的63.8%和快速聚类法的56.2%。生产实践中往往将Ⅰ和Ⅱ级苗视为合格苗（Ⅲ级苗为不合格苗），从其所占比例看，开展降香黄檀轻基质苗木分级以平均值±标准差法优于逐步聚类和快速聚类法。

2. 3 造林效果比较

造林是评价苗木质量优劣最有效的方法，质量优的苗木能明显提高造林成活率和幼林生长量。相关分析结果（表3）表明，造林后 9个月降香黄檀的苗高、地径与造林前的苗高、地径、高径比呈显著（P<0.05，下同）或极显著正相关，苗高净增长与苗高、地径呈显著或极显著正相关，与高径比相关不显著，地径净增长与苗高、高径比呈显著正相关，与地径相关不显著。说明采用苗高和地径作为降香黄檀轻基质容器苗的分级质量指标合理、可行。

比较3种分级方法分级苗木的造林效果（表4）可知，根据逐步聚类和快速聚类法分级标准分级的Ⅰ和Ⅱ级苗造林存活率均在95.0%以上，明显高于Ⅲ级苗的存活率，采用平均值±标准差法分级标准分级的降香黄檀苗Ⅰ级苗造林存活率在95.0%以上，Ⅱ和Ⅲ级苗造林存活率明显降低，仅88.7%和77.0%。3种方法分级的苗木造林9个月后，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级苗的地径和苗高均呈显著或极显著递减趋势，苗高和地径比造林前有较大幅度增长。

进一步应用3种分级方法对造林9个月后存活的苗木进行重新分级，结果（表4）表明，采用平均值±标准差法分级，有5.3%的Ⅰ级苗和5.2%的Ⅱ级苗（合计为10.5%）转变为Ⅲ级苗，1.8%和37.9%的Ⅲ级苗分别转变为Ⅰ和Ⅱ级苗；采用逐步聚类法分级，有9.4%的Ⅰ级苗和13.8%的Ⅱ级苗（合计为23.2%）转变为Ⅲ级苗，8.6%和44.4%的Ⅲ级苗（合计为53.0%）分别转变为Ⅰ和Ⅱ级苗；采用快速聚类法分级，有14.6%的Ⅰ级苗和49.1%的Ⅱ级苗转变为Ⅲ级苗，19.8%和60.4%的Ⅲ级苗（合计为80.2%）分别转变为Ⅰ和Ⅱ级苗。可见，应用平均值±标准差法分级的苗木造林9个月后其合格苗转变为不合格苗的比例均明显低于逐步聚类法和快速聚类法，从造林效果看，平均值±标准差法更适用于对降香黄檀轻基质苗木进行分级。

3 讨论

本研究相关分析结果表明，降香黄檀轻基质容器苗的苗高、地径与多数苗木质量指标呈显著或极显著相关，而且造林后9个月的苗高、地径及苗高净增长与初始苗高、地径亦呈显著或极显著相关，说明采用苗高和地径作为降香黄檀轻基质容器苗的分级质量指标是合理的。

利用平均值±标准差法确定降香黄檀轻基质苗分级标准，其分级效果优于逐步聚类和快速聚类法。具体而言，其一，应用平均值±标准差法分级的合格苗（Ⅰ和Ⅱ级苗）所占比例明显大于逐步聚类和快速聚类法，前者合格苗（Ⅰ和Ⅱ级苗）所占比例为78.1%，后两种方法所占比例分别为63.8%和56.2%；其二，逐步聚类和快速聚类法分级的各级别苗木造林后其Ⅰ和Ⅱ级苗存活率均在95.0%以上且差异不明显，而平均值±标准差法分级的各级别苗木造林后Ⅰ级苗成活率在95%以上，与Ⅱ和Ⅲ级苗的造林成活率差异明显；其三，对造林9个月后的存活苗木进行重新分级发现，采用平均值±标准差法分级，其合格苗（I和II级苗）中仅10.5%转变为Ⅲ级苗，不合格苗（Ⅲ级苗）仅1.8%转变为Ⅰ级苗，而采用逐步聚类和快速聚类两种方法分级，其合格苗（I和II级苗）转变为Ⅲ级苗的比例分别高达23.2%和53.0%，不合格苗（Ⅲ级苗）转变为Ⅰ级苗的比率亦分别达8.6%和19.8%。此外，从统计分析的工作量等方面考虑，相对于逐步聚类和快速聚类法，平均值±标准差法的数据统计简单、工作量较小，且也便于生产上应用。

依据本研究确定的降香黄檀轻基质容器苗分级标准，9个月生降香黄檀合格苗（Ⅰ和Ⅱ级苗）的地径、株高分别在4.7 mm和24.4 cm以上，地径明显高于方碧江（2009）、周双清等（2015）的6个月生合格苗（2.7 mm和18.9 cm；1.9 mm和41.7 cm），而苗高则介于后两者之间，可能与种源、基质、气候及苗龄不同等多种因素有关。但考虑到苗高适中、粗壮的降香黄檀苗造林效果表现更佳，培育9个月的苗木可能更适合用于造林。

4 结论

降香黄檀轻基质容器苗分级适宜采用平均值±标准差法，即以平均值加标准差作为I级苗地径和苗高的下限，平均值减标准差作为II级苗地径和苗高的下限，具体分级标准为：I级苗H≥55.3 cm，D≥7.9 mm；II级苗 24.4 cm≤H<55.3 cm，4.7 mm≤D<7.9 mm；Ⅲ级苗H<24.4 cm，D<4.7 mm。

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（责任编辑 思利华）