免费文献传递   相关文献

利用主成分分析法筛选北美红花槭双容器栽培基质配方



全 文 :收稿日期:2016-08-09
基金项目:引进国际先进农业科学技术项目“城市绿化树种双容器培育技术引进”资助。
*通讯作者:鲁仪增:E-mail luyizeng@126.com。
文章编号:1002-2724(2016)05-0064-05
利用主成分分析法筛选北美红花槭双容器栽培基质配方
穆艳娟,李文清,鲁仪增*
(山东省林木种质资源中心,山东 济南250014)
摘要:利用引进的25加仑双容器栽培系统和10种配方基质培育大规格北美红花槭苗木,对9指标进行主成分分析,侧根
总重量和侧根平均长度是衡量基质配方优劣的主要指标,其次为年均胸径生长量和年均高生长量,其中年均胸径生长量和年
均高生长量是苗木培育中最重要的需求指标。根据年均胸径生长量和年均高生长量指标,基质从优到劣排序为:P1>MM2>
P3>MO>MM1>MS>CKP1>CM>P2>MY>MX>CK土。聚类分析可将基质划分为3大类,其中P1、MM2和P3为一
大类。经济指标分析显示,基质 MM2(菇渣和木屑)复合基质价格最低。
关键词:北美红花槭;双容器栽培;基质;主成分分析
中图分类号:S723.1+33      文献标识码:A
  北美红花槭(A.rubrumL.)具有较高的观赏
价值,国外对其容器栽培基质类型进行了较多研
究,多是根据当地资源自配基质。1989年,Martin
等研究了在大容器中基质对容器内北美红花槭生
长量的影响,研究认为需要选择适宜基质类型用于
北美红花槭容器苗木栽培[1]。1998年,Fain等在3
种不同基质对双容器栽培系统中‘弗兰克红’北美
红花槭影响的研究中表明,‘弗兰克红’北美红花槭
的生长受使用基质影响[2]。这3种基质分别是纯松
树皮,松树皮:泥炭=4:1(体积比,下同),松树皮:
椰壳纤维=4:1[2]。其中松树皮:泥炭=4:1内枝干
重最重,与纯松树皮内苗木相比,松树皮:泥炭=4:
1内苗木高增加12%,松树皮:椰壳纤维=4:1内苗
木高增加17%[2]。2005年,Zhu,H.等在双容器系
统研究中,苗木为‘弗兰克红’北美红花槭,栽培基
质由55%的成年松树皮、3%的纯石英砂、5%的膨
胀陶粒页岩土调节剂、20%由苗圃清理物和陶制杂
质等腐熟堆制肥料、12%富纤维轻质泥炭、5%城市
污水泥按体积比组成[3]。该混配基质抑制腐霉菌和
疫霉菌造成的根腐病[4]。国内未见北美红花槭双容
器栽培系统相关研究。本文以北美红花槭优株无
性系为试验材料、利用引进的双容器栽培系统和技
术开展大规格北美红花槭双容器培育基质配方筛
选,以期解决北美红花槭国产化容器栽培基质配方
问题。
1 材料与方法
1.1 试验地点
试验地点设在枣园基地,相关情况参见相关文
献5。
1.2 材料
2007年春,以观赏效果好、价位高、生长健壮、
地径约2~2.5cm的北美红花槭优株为栽培材料。
以从美国引进的25加仑(上内口径58cm,深43cm;
体积约94.64L)内、外容器(NS-10000GL)和阻根
布为双容器栽培容器体系,容器内壁喷有Cu(OH)2
阻根剂,每两容器间均嵌入适当面积的阻根布,以
阻止根系从底部孔内逃逸(阻根物质为Cu(OH)2)。
购进50cm×40cm无纺布袋,用于对照;水泥柱桩、
钢丝等用于固定容器内苗木。栽培基质原料腐熟
后按照适当配比,并进行理化性质调节(另文发
表),配出的10种基质配方分别为:树皮过100目筛
(P1),树皮过100目筛、树皮过50目筛1:1混合
(P2),树皮过50目筛、菇渣3:1混合(P3),纯棉杆
(MO),棉杆、菇渣 1:1 混合(MM1),加硫棉杆
(MS),棉杆、玉米秸1:1混合(MY),棉杆、小麦秸
1:1混合(MX),纯木屑(CM)和木屑、菇渣1:1混合
(MM2)。
1.3 方法
借鉴美国双容器系统生产栽培试验经验基径
·46·
山东林业科技  2016年第5期  总226期  SHANDONG FORESTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY   2016.No.5
平均为1.4cm的‘弗兰克红’北美红花槭采用15加
仑(直径为43.2cm)双容器栽培,每5株为1个处
理,株行距为1.5m×1m,栽后其一个生长季节后基
径平均为2.5cm[6]),结合本试验栽培材料大小和容
器规格,在试验中,株行距按照1.3×1.3m定植,成
活率为100%,整体生长良好。栽植过程中正常进
行水肥及田间管理。
栽植后调查1次,作为基础数据。2009年春,
对北美红花槭年均高生长量、年均胸径生长量、年
地径生长量、侧根平均数、侧根平均长度、侧根总重
量、当年生枝条平均数量、当年生枝条平均长度、当
年生枝条总重量等9个指标进行统计分析。数据通
过excel、DPS2.0分析。
2 结果与分析
2.1 主成分分析
北美红花槭相关调查数据见表1。
表1 北美红花槭9指标数据
基质
年均高生
长量/cm
年均胸径
生长量/cm
年均地径
生长量/cm
侧根平均
数/条
侧根平
均长/cm
侧根平
均重/g
当年生枝
平均数/条
当年生枝
平均长/cm
当年生枝
平均重/g
P1  30.90  1.75  1.9  124.00  36.50  34.90  17.00  19.20  7.80
MM2  36.26  1.31  1.85  32.00  30.20  9.30  24.00  17.67  6.57
P2  18.65  1.31  1.3  69.00  40.10  28.57  15.00  29.47  14.30
P3  34.60  1.43  1.7  47.00  35.60  15.33  22.00  16.33  8.13
MO  20.30  1.31  1.54  35.00  28.00  15.24  14.00  22.52  7.38
MM1  20.15  1.05  1.42  16.00  17.50  5.03  13.00  14.56  4.06
MY  9.61  0.68  1.44  59.00  47.50  38.42  29.00  17.80  5.50
MS  22.45  1.27  1.62  85.00  47.00  33.34  28.00  42.87  13.26
CM  15.50  1.23  1.68  62.00  51.10  42.22  25.00  20.83  11.80
MX  16.00  0.72  1.58  55.00  58.00  25.90  27.00  28.05  22.18
CKP1  21.53  1.24  1.1  31.00  24.70  13.65  20.00  20.20  9.69
CK土 8.32  0.53  0.93  28.00  36.80  6.55  14.00  12.45  4.56
  方差分析显示,除侧根总重量不显著外,年均
地径生长量和当年生枝条总重量显著,其余6个因
子在各基质间差异性极显著。说明在不同基质中
生长的北美红花槭生长量和生物量存在显著差异,
说明基质配方对北美红花槭的生物量和生长量存
在非常大的影响,从而说明通过从北美红花槭生长
量和生物量上可以判断基质配方的优劣,进而依据
生长量和生物量指标可以初步筛选基质配方。侧
根总重量不显著,可能是因为根系部分均为毛细
根,生物量相对较小,致使其重量在基质间差异不
大。方差分析结果见表2。
表2 基质间方差分析
因子 F  F-crit 显著性
年均高生长量 6.804025  2.327038 **
年均胸径生长量 2.683031  2.326332 **
年均地径生长量 4.059219  2.124029 *
侧根平均数 3.36795  2.582201 **
侧根平均长度 30.55838  2.264688 **
侧根总重量 1.36113  1.982054 ☆
当年生枝条数 3.446295  2.602326 **
当年生枝条平均长度 4.135561  2.382474 **
当年生枝条总重量 2.406644  2.226253 *
注:显著(α=0.05)用*表示;极显著(α=0.01)用**
表示;不显著(α=0.05)用☆表示
·56·
山东林业科技 穆艳娟等:利用主成分分析法筛选北美红花槭双容器栽培基质配方 2016年第5期
表3 相关系数矩阵
关系数 X(1) X(2) X(3) X(4) X(5) X(6) X(7) X(8) X(9)
X(1) 1
X(2) 0.84286  1
X(3) 0.66568  0.69219  1
X(4) 0.19714  0.4881  0.50105  1
X(5) -0.35544 -0.27695  0.20177  0.48783  1
X(6) -0.20323  0.16164  0.3771  0.77152  0.74524  1
X(7) -0.02175 -0.07392  0.38138  0.25334  0.69575  0.56216  1
X(8) 0.00465  0.10808  0.17359  0.45596  0.47042  0.46972  0.39803  1
X(9) -0.0777 -0.10397  0.13899  0.31297  0.68515  0.41906  0.41807  0.67564  1
  表3显示,影响北美红花槭生长量和生物量大
小的9个重要因子具有相关性。对上述9个因子进
行主成分分析,见下表4。提取(特征值大于1)累计
贡献率达到85%以上的主成分[7-9]。
表4 相关系数矩阵的特征值、贡献率及累计贡献率
No 特征值 百分率% 累计百分率%
1  3.85076  42.7862  42.7862
2  2.65091  29.45452  72.24072
3  0.9044  10.04893  82.28965
4  0.82833  9.20371  91.49336
5  0.37764  4.19601  95.68937
6  0.17666  1.96289  97.65226
7  0.14766  1.64072  99.29298
8  0.04954  0.55047  99.84345
9  0.01409  0.15655  100
由特征值和累计贡献率(表5)可知,前4个主
成分因子累计贡献率已经达到91.49336%,几乎反
映了全部数据信息,因此可以只提取4个主成分因
子。用这4个互不相关的主成分代替7个原始
变量。
表5 特征向量
因子1 因子2 因子3 因子4
年均高生长量 0.03298 0.56562  0.2889  0.2009
年均胸径生长量 0.12056 0.57422 0.00543 -0.16791
年地径生长量 0.28077 0.42538 -0.09647 0.34264
侧根平均数 0.39117 0.18082 -0.29909-0.46756
侧根平均长度 0.41822-0.28519-0.12364 0.1518
侧根总重量 0.4392 -0.0649-0.42953-0.1859
当年生枝条平均数量 0.35987-0.11248-0.05982 0.66861
当年生枝条平均长度 0.35993-0.06828 0.54101 -0.29844
当年生枝条总重量 0.3545 -0.18396 0.56717 -0.04152
  由表5可知,第1主成分与侧根总重量和侧根
平均长度有较大的负荷系数,正值,说明侧根总重
量和侧根平均长度是衡量基质配方优劣的重要因
子,且侧根总重量越重和侧根平均长度越长,其所
生长的基质配方可能越好,其中侧根生物量是根系
反应基质情况的主要因子。第2主成分与年均胸径
生长量和年均高生长量负荷系数均较大,正值,说
明高和胸径年均生长量越大,其所生长的基质配方
可能越好,其中年均胸径生长量是生长量中反应基
质情况的主要因子。第3主成分与当年生枝总重量
和当年生枝平均长负荷系数较大,正值,说明当年
生枝越重、当年生枝平均长度越长,其所生长的基
质配方可能越好,其中枝条生物量是枝条反应基质
情况的主要因子。第4主成分与当年生枝平均数量
负荷系数较大,正值,说明当年生枝越多,地上部分
生物量越大,其所生长的基质配方可能越好。
由以上可以综合判断,4个主成分均从正面反
映基质配方的情况,地上和地下部分生物量是衡量
基质配方优劣的重要方面,其次为年均胸径、高生
长量,其中胸径和高生长量是最简便、明显的外部
可测指标,也是苗圃培育中需求的最重要的指标。
地径年均生长量在判断基质配方上,也起到相对重
要的作用。
表6 主成分分析因子得分
No  Y(i,1) Y(i,2) Y(i,3) Y(i,4)
P1  1.55229  2.95505 -1.28977 -1.26822
MM2 -0.75099  2.01775  0.43905  1.66517
P2  0.61259 -0.65746  0.71236 -1.59844
P3 -0.31744  1.91491  0.18378  0.96339
MO -1.32947  0.65403  0.37627 -0.56192
MM1 -3.23054  0.37291  0.1596 -0.03743
·66·
山东林业科技 2016年第5期
续表6
No  Y(i,1) Y(i,2) Y(i,3) Y(i,4)
MY  0.79338 -1.87984 -1.95839  0.79076
MS  3.0085 -0.07365  0.98336 -0.39555
CM  1.88194 -0.50957 -1.02577  0.32192
MX  2.39017 -2.1159  1.2431  0.78814
CKP1 -1.60079 -0.22579  0.74887 -0.21343
CK土 -3.00964 -2.45243 -0.57246 -0.45439
按照第2主成分(年均胸径生长量和年均高生
长量)得分值,对北美红花槭栽培进行排序,基质从
优到劣的顺序为P1>MM2>P3>MO>MM1>
MS>CKP1>CM>P2>MY>MX>CK土。
根据主成分得分值,代替原来的变量,进行聚
类分析,利用系统聚类法,欧氏距离,离方差平方和
法聚类,得到聚类图如下(图1)。
图1 基质聚类图
从聚类图(图1)上看出,经过聚类之后,大体上
可将试验基质配方分为3个类,第1类包括基质
P1、MM2和P3,第2类包括基质 MO、ckP1、MM1
和ck土,第3类包括P2、MS、MX、MY和CM。
2.2 基质开发成本分析
在实际应用中,基质原料及相应腐熟原料价格见
表7。由表7不同基质原料及腐熟后价格表对比可
知,基质原料腐熟后以玉米秸杆最低,其次为菇渣,再
次为木屑、树皮和棉杆。虽然小麦秸原料较便宜,但
是其腐熟后原料体积大幅萎缩,因此其价格大幅上
升。根据这些原料价格,可以推算出任何配比的每方
复合基质价格,进而可知每容器内基质单价。
根据对理化性质稳定性较好的基质P1、基质
MS和基质 MM2的对比来看,其每1m3成本价分别
为121元、179元和91.5元(1:1配制),以菇渣和木
屑复合基质价格最低,并且低于其它常用轻基质,
如泥炭(180元/m3)、蛭石(130/m3)和珍珠岩(120
元/m3)等的价格,基质 MM2具有较好的经济
性状。
表7 双容器育苗基质成本核算明细表
Tab4-56alist of cost of substrate in pot-in-pot
基质 树皮 棉杆 小麦秸 玉米秸 木屑 菇渣
腐熟后价格
/元·m-3
121  179  530  28.3  110  73
3 结论
利用引进的25加仑双容器栽培系统和10种配
方基质培育大规格北美红花槭苗木,对9指标进行
主成分分析,4个主成分因子累计贡献率已经达到
91.49336%,几乎反映了全部数据信息,因此可以
只提取4个主成分因子。4个主成分均从正面反映
基质配方的情况,地上和地下部分生物量是衡量基
质配方优劣的重要方面,其次为年均胸径、高生长
量,其中胸径和高生长量是最简便、明显的外部可
测指标,也是苗圃培育中需求的最重要的指标。地
径年均生长量在判断基质配方上,也起到相对重要
的作用。按照第2主成分(年均胸径生长量和年均
高生长量)得分值,对北美红花槭栽培进行排序,基
质从优到劣的顺序为P1>MM2>P3>MO>MM1
>MS>CKP1>CM>P2>MY>MX>CK土。聚
类分析可将基质划分为3大类,第1类包括基质
P1、MM2和P3,第2类包括基质 MO、ckP1、MM1
和ck土,第3类包括P2、MS、MX、MY和CM。基
质 MM2(菇渣和木屑)复合基质价格最低。
参考文献:
[1]Martin,C.A.,H.G.Ponder and C.H.Giliam.Effects
of irrigation rate and media on growth of Acer rubrumL.in
large containers[J].J.Environ.Hort.1989,7:38-40.
[2]Fain,Glenn B.,K.M.Tilt,Charles H.Giliam,Harry
G.Ponder,and Jeff L.Sibley.Effects of cyclic micro-
irrigation and substrate in pot in pot production[J].J.
Environ.Hort.1998,16(4):215-218.
[3]Heping Zhu,Charles.R.Krause,Randal H.Zondag.
Monitoring Water Use,Nutrient Management,Drainage
and Leachate in Pot-in- Pot Nursery Container
Production [J].Proceedings of the 9th International
Congress on Mechanization and Energy in Agriculture &
27th International Conference of CIGR Section IV:The
Efficient Use of Electricity and Renewable Energy
Sources in Agriculture,Sep.27029,2005.jzmir-
TURKEY:264-269. (转第43页)
·76·
山东林业科技 穆艳娟等:利用主成分分析法筛选北美红花槭双容器栽培基质配方 2016年第5期
  根据试验情况及近年来商品时令花卉的流行
趋势,以及济南市的实际情况,总结归纳出适合本
地使用的若干商品时令花卉品种的品系、来源等
(见表4)。
表4 适合济南市生产者采用的时令花卉常见品系及来源
品种 可选择品系 来源
一串红(五一节用) 矮生一串红(红孩儿)、皇冠、红霞、展望等 北京园科所自产、赤峰胜捷园艺公司、各公司经销的泛美种子
万寿菊
“五一”用 丽金、银卡、金秀娃 台湾农友公司、赤峰胜捷园艺公司、北京园科所自产种子
“十一”用 万夏、银卡、探戈 台湾农友公司、赤峰胜捷公司、捷怡公司等
小丽花 费加罗 各公司经销泛美种子
彩叶草 奇才 各公司经销泛美种子
百日草 梦境 捷怡、农友或赤峰均可
矮牵牛 梦幻 捷怡公司经销泛美种子
四季海棠 天使、超级奥林匹亚、舞会等 各公司经销的进口种子,可选择包衣种子
丽格海棠 神奇魅力 进口种子,可选择包衣种子或优质种苗或插条
新几内亚凤仙 佳薇、探戈等 各公司经销进口种子
非洲凤仙 旋转木马、小精灵系列等 各公司经销的泛美种子
美女樱 水晶(石英)、浪漫 虹越公司经销进口种子
金鱼草 花雨、自由 捷怡公司
羽衣甘蓝 名古屋、大阪、东京 大连世纪种苗公司、上海交大等
三色堇 宾哥、雪波 捷怡公司的泛美种子、台湾农友
  一串红红孩儿、皇冠、红霞、展望四个品系适宜
采用北京园科所自产种子、赤峰胜捷园艺公司和各
公司经销的泛美种子。万寿菊丽金、银卡、金秀娃、
万夏、探戈五个品系适宜采用台湾农友公司、赤峰
胜捷园艺公司和北京园科所自产种子。小丽花费
加罗、彩叶草奇才、新几内亚凤仙佳薇和探戈、非洲
凤仙旋转木马和小精灵四种花卉六个品系适宜各
公司经销的泛美种子。百日草梦境品系适宜采用
捷怡、农友或赤峰种子。矮牵牛梦幻品系适宜捷怡
公司经销的泛美种子。四季海棠天使、超级奥林匹
亚、舞会三个品势适宜选择各公司经销的包衣进口
种子。丽格海棠神奇魅力品系适宜选用进口种子,
可以选择包衣种子或优质种苗或插条。美女樱水
晶和浪漫品系适宜选择虹越公司经销的进口种子。
金鱼草花雨和自由两个品系适宜选择捷怡公司种
子。羽衣甘蓝名古屋、大阪、东京三个品系适宜选
择大连世纪种苗公司和上海交大生产的种子。三
色宾哥和雪波两个品系适宜选择捷怡公司的泛美
种子和台湾农友公司的种子
櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍

(接第67页)
[4]Irmak,S.,D.Z.Haman,A.Irmak,J.W.Jones,K.L.
Campbel,and T.H.Yeager.New irrigation-plant
production system for water conservation in ornamental
nurseries:quantification and evaluation of irrigation,
runoff, plant biomass, and irrigation efficiencies.
Applied Engineering in Agriculture.2003,19(6):651
-665.
[5]刘启虎,鲁仪增,李文清,等.假植对北美鹅掌楸生长量的
影响分析研究[J].山东林业科技,2009,182(3):56-
57,129.
[6]Zhu,H.,C.R.Krause,et al.Reding and N.R.Fausey.A
new system to monitor water and nutrient use efficiency
in pot-in-pot nursery production systems[J].Journal
of Environmental Horticulture.2005,23(1):47~53.
[7]李燕凌,李仲强,李大志.主成分分析在园艺植物研究中
的应用[J].湖南农业科学,2002:(3):3-8.
[8]苏勇,刘强,彭黎明等.主成分分析和聚类分析在配方模块中
的应用[J].烟草科技/烟草工艺,2005,215(6):3-5.
[9]郭宝林,杨俊霞.主成分分析法在仁用杏品种主要经济
性状选种上的应用研究[J].林业科学,2000,36(6):53
-56.
·34·
山东林业科技 徐姝静:济南市时令花卉品系的筛选试验 2016年第5期