全 文 :第 3 6卷第 1期 江 苏 林 业 科 技 Vol.3 6No.1
2 0 0 9年 2 月 JournalofJiangsuForestryScience&Technology Feb.2 0 0 9
文章编号:1001-7380(2009)01-0001-04
榉树苗木质量分级研究*
窦全琴 1 ,仲 磊 2 ,张 敏 1 ,黄利斌1 ,郁世军3
(1.江苏省林业科学研究院 ,江苏 南京 211153;2.江苏省林木种苗管理站 ,江苏 南京 210036;
3.江苏茅山风景区园林实业有限公司 ,江苏 句容 212400)
摘要:在南京 、镇江 、常州和无锡等江苏榉树主要分布地 , 选取榉树 1年生播种苗苗圃 12个 ,对 1 080株榉树苗木的
地径和苗高调查 , 进行了小样方随机抽样;通过对 70株苗木的地径 、苗高 、主根长 、侧根数以及全株干重进行相关
分析后 , 确定地径和苗高作为苗木分级的质量指标 , 分别用标准差法和聚类分析法对榉树苗木质量的分级标准进
行了探讨比较。结合苗木生产实际 ,得出 1年生榉树播种苗的 3级分级标准是Ⅰ级苗:地径≥1.0 cm, 苗高≥110.0
cm;Ⅱ级苗:1.0 cm>地径≥0.60 cm, 110.0cm>苗高≥85.0cm;Ⅲ级苗:地径 <0.60cm,苗高 <85.0 cm。
关键词:榉树;苗木分级;标准差;聚类
中图分类号:S792.11 文献标识码:A
StudyontheclassificationofseedlingqualityofZelkovaschneideriana
DOUQuan-qin1 , ZHONGLei2 , ZHANGMin1 , HUANGLi-bin1 , YUShi-jun3
(1.JiangsuAcademyofForestry, Nanjing211153, China;2.JiangsuForestSeedandSeedlingManagementStation,
Nanjing210036, China;3.JiangsuMaoshanScenicSpotLandscapeEngineeringCoLtd, JiangsuJurong212400, China)
Abstract:Throughsubquadratrandomsampling, theheightandgrounddiameterof1 yearoldZelkovaschneiderianaseed-
ling(1080individuals)wereinvestigatedin12 nurseriesdistributedinNanjing, Zhenjiang, ChangzhouandWuxi.Thecor-
relationanalysiswasusedamonggrounddiameter, seedlingheight, mainrootlength, lateralrootnumberanddryweightof
plantwith70 samples.Wetookgrounddiameterandseedlingheightasthequalityguidelineofseedlinggrading.ThenZelk-
ovaschneiderianaSeedlingGradingwascomparedthroughthemethodsofstandarddifferenceandclusteringAnalysis.Based
onproductivepractice, weconcludedthethreegradingstandardsof1 yearoldZelkovaschneiderianaseedlingi.e.thebest
grade(grounddiameter≥1.0 cm, seedlingheight≥110.0 cm), thesecondarygrade(1.0 cm>grounddiameter≥0.60
cm, 110.0 cm>seedlingheight≥85.0 cm), thethirdgrade(grounddiameter<0.60 cm, seedlingheight<85.0 cm).
Keywords:Zelkovaschneideriana;SeedlingGrading;Standarddeviation;Clustering
榉树(Zelkovaschneideriana)为榆科(Ulmacea)
榉属(ZelkovaSpach)的落叶乔木 。我国是榉属分布
的中心区 ,自然分布有大叶榉(Z.schneideriana)、光
叶榉(Z.serrata,又称日本榉)和大果榉(Z.sinica,又
称小叶榉)3种 ,江苏自然分布 2种榉树 ,即大叶榉
和光叶榉 ,其中大叶榉的分布范围较广 [ 1 -2] 。榉树
是本省重要的乡土树种 ,也是传统的珍贵硬阔用材
树种。榉树的适应性很强 ,在酸性 、中性 、石灰质土
及轻度盐碱土地均能生长 ,病虫害少 ,寿命长 ,抗污
染[ 2] 。榉木心材呈浅红色 ,俗称 “红榉”、“血榉”,木
材坚硬 ,花纹美丽 ,用途广泛 ,是制作高档家具 、室内
装饰等的珍贵用材。榉树秋叶色彩艳丽 ,也是优良
的城市绿化景观树种。大叶榉因其特殊的生态经济
价值 ,已被列为我国重要造林树种和国家二级重点
保护的珍稀树种[ 1] 。随着生态工程建设的实施 ,榉
树在城市园林绿化 、新农村绿化以及丘陵 、平原地区
生态经济林培育中的需求量不断增加。但是 ,目前
江苏省榉树苗木质量分级工作尚属空白;若不加强
* 收稿日期:2008-12-20
基金项目:国家 “十一五 ”科技支撑项目子专题 “耐盐榉树无性系选育 ” (2006BAD0904-01-04)研究内容之一;国家林业科技推广项目
“长江流域低山丘陵区优良植物材料推广 ” [ (2006)长江-3号 ]研究内容之一
作者简介:窦全琴(1965-),女 ,河南沈丘人 ,高级工程师 ,大学本科毕业 ,从事林木栽培工作。
苗木质量管理 ,大量使用品质低劣的种苗造林 ,将严
重影响榉树造林的生产力和种苗业的发展 。因此有
必要结合生产实际制定榉树苗木质量地方标准 ,以
适应壮苗培育的需要 ,实现林木优质丰产 。
1 调查区自然概况
调查区位于南京 、镇江 、无锡 、常州等低山丘陵
地区 ,地处北纬 30°40′~ 32°36′,东经 116°22′~ 119
°14′。气候属中 、北亚热带季风气候类型 ,年均温 15
~ 16℃,年平均降水量1 150 mm。土壤类型一是宜
溧低山丘陵地区的黄红壤 ,处于中亚热带的北缘 ,属
常绿阔叶林下形成和发育的典型土壤;二是南京 、镇
江一带的黄棕壤 ,是在北亚热带落叶阔叶与常绿阔
叶混交林植被作用下形成的地带性土壤。土壤 pH
值一般 5.0 ~ 6.0,发育在酸性至中性岩石上的黄红
壤和黄棕壤 ,土体疏松 ,含石砾量为 20% ~ 40%;发
育在下蜀系黄土性母质或酸性红色粘土的土壤 ,土
层较厚 ,质地粘重。森林类型为落叶阔叶与常绿阔
叶混交林至常绿阔叶林[ 3] 。
2 研究方法
2.1 调查方法
按照陈晓波等对蒙古栎苗木分级标准研究中的
样方设置方法 [ 4] ,在本省榉树资源主要分布的南
京 、镇江 、常州和无锡等地 ,按代表当地不同立地条
件和育苗管理水平 ,苗木栽植密度在 2.22 ×105 ~
8.80×105株 /hm2中的要求 ,选取 12个大叶榉 1年
生播种苗苗圃地 ,每个苗圃设置 3个样方 ,样方大小
为 1 m×1 m,每个样方随机抽取 30株样本苗 ,实测
样本苗的地径(D)和苗高(H)2个形态指标 ,并在每
一样方中随机挖取苗木 2 ~ 3株测量其地径 、苗高 、
主根长 、侧根数和全株干重等作为质量分级指标提
取因子 。
2.2 统计分析方法
对调查测定 70株样本的地径 、苗高 、主根长 、侧
根数以及全株干重进行相关分析 ,确定该苗木质量
分级的指标;将所有样方的 1 080株原始数据采用
极差法标准化后 ,用分层抽样方法提取分级指标数
据 ,最后采用标准差法和逐步聚类分析方法进行苗
木等级的划分[ 5-7] 。
2.2.1 标准差法 采用以下公式计算苗高和地径
精度。
平均值: x=∑xin (1)
标准差:S= [ ∑xi-(∑xi)2 /n] /(n-1)
(2)
标准误差:Sx =Sn (3)
精度:P=1 -Sx x×100% (4)
式中 , xi为变数;n为变数的个数; x为平均数;Sx为
标准误差;S为标准差;P为精度 。
2.2.2 聚类分析法 为使不同量纲的数据能在同
一水平上进行计算比较 ,将抽样的数据用极差法即
公式(5)进行数据标准化处理后;采用欧氏距离公
式(6)、(7)进行逐步聚类 [ 7] 。
Zij= xij-xi(min)xi(max)-xi(min) (5)
式中 , Z为标准化值 , i为地径或苗高 , j为所观
测的样本苗号(1 , 2 , 3, …, 88);xi(max)、xi(min)为所观
测的总体样本中的地径和苗高的最大值和最小值 。
dij= ∑nk=1 (xik-xjk)2 (6)
因仅采用地径(D)和苗高(H)2个分级指标 ,因
此 , n=2 ,从而(6)式变为:
dij= (Di- Dj)2 +(Hi- Hj)2 (7)
式中 Di、Hi为各样苗的地径和苗高的标准化
值; Dj、 Hj为各级苗的地径和苗高标准化值的平
均值 。
3 苗木分级标准的计算
3.1 苗木分级指标及数据的确定
3.1.1 苗木分级指标的确定 苗木的质量是由一
系列指标反映的。由于苗木各质量指标间相关极为
密切 ,其信息往往是重叠的 ,因此有必要分析苗木各
指标间的相关性 ,研究苗木各器官之间相对均衡的
生长关系 ,提取既能反映苗木质量 ,又易于测量的少
数指标来评价苗木质量 ,进行苗木分级[ 8] 。现将调
查 70株样本的地径 、苗高 、主根长 、侧根数以及全株
干重进行相关分析(见表 1)。
2 江 苏 林 业 科 技 第 36卷
表 1 榉树 1年生播种苗木各指标间的相关矩阵
地径 苗高 全株干重 主根长 侧根数 高径比
地径 1
苗高 0.925 3 1
全株干重 0.918 9 0.864 6 1
主根长 0.806 7 0.814 7 0.688 5 1
侧根数 0.790 3 0.773 6 0.648 9 0.740 3 1
高径比 -0.581 6 -0.361 2 -0.372 4 -0.509 4 -0.444 8 1
相关系数临界值:a=0.05时 , r=0.388 2;a=0.01时 , r=0.495 8。
从表 1的相关矩阵中可以清楚看出:地径 、苗高
与全株干重相关性极强 , 相关系数达 0.918 9,
0.864 6,大于主根长 、侧根数和高径比与全株干重
相关性 。由此可知 ,地径 、苗高是影响全苗重的主导
因子;高径比仅是一个算术商 ,与苗木个体的大小无
关 ,只能描述苗木个体的均衡度 ,因而不能用作苗木
分级的评价指标 。因此选择地径与苗高作为榉树播
种苗苗木分级的指标 ,能较好反映苗木质量信息 ,并
便于在生产实践中操作。
3.1.2 苗木分级指标的数据确定 用抽样技术中分
层抽样法 ,将调查取样的 1 080株苗木 ,分 12个特征
层 ,以 95%的可靠性 、10%的抽样误差 ,按比例分配法 ,
抽取 88株样本作为榉树苗木质量分级的数据[ 5] 。
3.2 标准差法计算苗木指标的分级
标准差法是用平均值和标准差作为评价 “标
准 ”,即对地径和苗高 2个因子 ,采用平均数 ±标准
差法进行苗木等级划分 ,各性状平均值加减一个标
准差即是 Ⅰ级苗和 Ⅱ级苗的代表值 。平均值 ±l/2
标准差即是划分 Ⅰ级与Ⅱ级苗的界线 [ 6, 9] 。抽取的
88株样苗数据 ,经公式(1)~ (4)计算 ,结果见表 2。
3.3 聚类分析法计算苗木指标的分级
聚类分析所依据的基本原则是直接比较各样本
属性反映出来的性质 ,将性质相近的属性(性状 、变
量)分在同一类 ,而将差别较大的分在不同类 ,以此
作为区分事物性质的聚类标志 [ 9] 。对于苗木分级
来说 ,即是利用质量指标来划分苗木个体的相似程
表 2 榉树苗木分级结果(标准差法) cm
调查因子 平均 Ⅰ级苗 Ⅱ级苗 标准误 精度 /%
D 0.78 ≥0.92 0.64~ 0.92 0.03 96
H 91.83 ≥103.44 80.22~ 103.44 2.47 97
D, H为实测值。
度。在统计上是以它们之间的距离来确定的 ,即距
离越小则相似程度越大 。本项研究使用欧氏距离公
式来确定不同级别苗木间的差距 。
3.3.1 调查数据标准化 将抽取的 88株样本的地
径和苗高数据经公式(5)进行标准化计算。
3.3.2 苗木初始分级 地径较粗的苗木 ,其苗高也
较高 。但由于苗期管理及栽培密度等因素的影响 ,
苗木自然生长具有分化现象 ,存在高而细 、粗而矮的
苗木 。为综合考察苗木的质量 ,需以地径和苗高标
准化值的合计值 “∑标 ”进行初始分级 ,根据各样苗
的 “∑标 ”标值 ,在一维坐标上按 “大※小 ”的顺序排
列。在小群距离较明显的地方 ,将它们分为 3级 ,完
成苗木的初始分级(见表 3)。因此 ,对苗木质量的
聚类就是对有序样本的聚类 。
表 3 苗木初始分级结果 cm
Ⅰ级苗 Ⅱ级苗 Ⅲ级苗
编号 D标 H标 编号 D标 H标 编号 D标 H标
1~ 18 0.83 0.86 19~ 63 0.46 0.53 64~ 88 0.27 0.25
D标 、H标为各级的平均值。
3.3.3 苗木的修正分级 由于初始分级是人为的 ,
为了避免苗木初始分级中主观因素的影响 ,必须利
用欧式距离数学公式(7)对其进行修正。其原理是
按照初始分级结果 ,分别计算各级地径 、苗高标准化
值的平均数 ,并以此平均数作为该级的凝聚中心 ,计
算各样苗与相邻凝聚中心的距离 d,样苗距离那个
3第 1期 窦全琴等:榉树苗木质量分级研究
凝聚中心的距离最近 ,即判为那一级(最短距离
法)。每次修改后 ,如有变化 ,需按新的分级重新计
算凝聚中心和距离 。如此反复进行 ,直到完全没有
变化 ,分级即结束 。
分级修改时 ,按表 3的原始分级 ,分别计算各级
地径 、苗高的标准化值的平均值 ,作为该级的凝集中
心 。第 1次修改时 Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ级的凝聚中心分别为
X1Ⅰ (0.83, 0.86)、 X1Ⅱ (0.46, 0.53)、 X1Ⅲ (0.27,
0.25),括号内的数据分别是该级(初始分级)的地
径 、苗高标准化的平均值 。进行第 2次修改时记为
X2Ⅰ 、X2Ⅱ 、X2Ⅲ ,余类推 。如初始分级时放在 Ⅱ级苗中
的 57号样苗 , 其地径和苗高的标准化值分别为
0.67和 0.10,经修改计算 ,其与 Ⅱ级苗的欧氏距离
d= (0.66-0.46)2 +(0.10-0.53)2 =0.47,大于
其 与 Ⅲ 级 苗 的 欧 氏 距 离 d =
(0.66-0.27)2 +(0.10-0.25)2 =0.42 ,因而将
57号苗划归为 Ⅲ级 。经计算 ,第 2次修改后所得的
凝集中心分别为 X2Ⅰ (0.83, 0.86)、 X2Ⅱ (0.43,
0.52)、X2Ⅲ (0.30, 0.17), Ⅰ 、Ⅱ级苗临界处 ,样苗没
有发生变化;Ⅱ、Ⅲ级苗临界处 ,原Ⅱ级苗中 57号样
苗划归 Ⅲ级苗 ,原 Ⅲ级苗中 64, 65等 8株苗划归为
Ⅱ级。再次计算各样苗与凝集中心的距离 d,经计
算 ,第 3次修改后 Ⅰ 、Ⅱ级苗临界处 , Ⅱ 、Ⅲ级苗临界
处 ,均没有变化。此时聚类分级结束 ,分级结果见
表 4。
3.3.4 苗木级别临界值的确定 逐步聚类分级的
结果是各级苗木的聚集落入以该级最终凝聚中心为
圆心 ,以 d为半径的圆内 。过大的苗木在 Ⅰ级苗的
上方 ,过小的苗木在 Ⅱ级苗的下方 [ 8] ,因此只要求
出 Ⅰ 、Ⅱ级苗的下限 ,即可准确地确定各级别的界
限 。其中半径的求算公式为:
d= KSD2 +SH2 (8)
式中 K=1, SD、SH分别是各级苗中地径 、苗高
标准化值的标准差。
以最终分级修改的 Ⅰ 、Ⅱ级苗的凝聚中心
(0.83, 0.86)和(0.43, 0.52),按公式 (8)计算所得
的 dⅠ =0.18 , dⅡ =0.13, Ⅰ 、Ⅱ级苗的凝聚中心绘
在坐标纸上 ,有了半径值 d,在图上即可得出 Ⅰ 、Ⅱ
级苗的下限点 。 Ⅰ 临 、 Ⅱ临的坐标分别为 Ⅰ临
(0.71, 0.78)、Ⅱ临(0.35, 0.44)。代回标准化转换
公式(5)得 Ⅰ级苗的下限 D=1.05 cm, H=115.42
cm, Ⅱ级苗的下限 D=0.62 cm, H=85.16 cm。以
此得出榉树 1年生播种苗 Ⅰ级苗的下限临界值为:
地径 1.05 cm,苗高 115.42 cm;Ⅱ级苗的下限临界
值为:地径 0.62 cm,苗高 85.16 cm;凡地径和苗高
均达到标准的 ,即为该级的合格苗 ,其中一项不达标
者 ,则降低一级 。
表 4 榉树样苗分级结果 (聚类法) cm
Ⅰ级苗 Ⅱ级苗 Ⅲ级苗
编号 D标 H标 编号 D标 H标 编号 D标 H标
1 0.92 0.99 56 0.66 0.11 81 0.25 0.03
2 0.92 0.98 58 0.65 0.13 82 0.08 0.22
3 1.00 0.87 59 0.55 0.15 83 0.25 0
4 0.92 0.93 60 0.61 0.16 84 0.25 0
5 0.92 0.93 61 0.61 0.17 85 0.25 0
6 1.00 0.83 62 0.53 0.18 86 0.17 0.09
7 1.00 0.82 63 0.52 0.19 87 0.08 0.18
8 0.83 0.99 64 0.66 0.20 88 0 0.26
9 0.92 0.85 65 0.54 0.21 57 0.67 0.10
10 0.83 0.71 68 0.42 0.25 66 0.42 0.29
11 0.92 0.61 69 0.34 0.26 67 0.42 0.29
12 0.58 1.00 70 0.67 0.27 71 0.42 0.27
13 0.67 0.90 73 0.58 0.30 72 0.33 0.24
14 0.75 0.80 74 0.50 0.31 75 0.42 0.12
15 0.67 0.85 80 0.54 0.38 76 0.33 0.21
16 0.75 0.75 77 0.25 0.30
17 0.83 0.65 78 0.33 0.20
18 0.58 0.94 79 0.42 0.17
4 结论与讨论
(1)以标准差法计算的榉树 1年生播种苗 Ⅰ级
苗的下限临界值为:地径 0.92 cm,苗高 103.44 cm;
Ⅱ级苗的下限临界值为:地径 0.64 cm,苗高 80.22
cm;以逐步聚类法计算的 Ⅰ级苗的下限临界值则
为:地径 1.05cm,苗高 115.42 cm;Ⅱ级苗的下限临
界值为:地径 0.62cm,苗高 85.16cm。上述 2种分
析方法中 ,采用标准差法计算的 Ⅰ级苗的临界值偏
低 ,相比而言 ,聚类分析法较标准差法系统 、科学 ,结
合各地苗木生产的实际 ,最终确定榉树 1年生苗木
质量分级标准是:1年生榉树播种苗的分级标准是
Ⅰ级苗:地径≥1.0 cm,苗高 ≥110.0 cm;Ⅱ级苗:
1.0 cm>地径 ≥0.60 cm, 110.0 cm>苗高≥85.0
cm;Ⅲ级苗:地径 <0.60cm,苗高 <85.0cm。
(下转第 14页)
4 江 苏 林 业 科 技 第 36卷
休眠现象[ 5-6] 。新采收金莲花种子休眠很深 ,发芽
率不到 5%。牛扁在 15 ℃和 20 ℃的发芽率接近
20%, 25 ℃只有 6.7%的萌发率 ,表明较低的温度利
于牛扁种子的萌发。野罂粟发芽率都不到 30%,不
同温度间相差不大。草本威灵仙 25 ℃发芽率显著
高于 15 ℃和 25 ℃,但也仅为 36.0%。
3 结论与讨论
(1)大花剪秋萝和狭苞橐吾较易萌发 ,发芽历
程短。种子播种前不需要特殊处理 ,直接播种即在
短时间内达到较高发芽率 、发芽整齐的要求 ,易于获
得大量实生苗 ,直接为园林应用提供植物种苗 。
(2)棉团铁线莲 、芹叶铁线莲和短尾铁线莲萌
发需要较长时间 ,开始发芽晚 ,发芽缓慢。 3种铁线
莲适宜的发芽温度都为 20 ℃, 25 ℃条件下芹叶铁
线莲 、短尾铁线莲发芽率都明显降低。对于缩短发
芽历程 ,加快发芽速度的方法还需进一步研究 。
(3)金莲花 、牛扁 、野罂粟和草本威灵仙的种子
采收后直接播种发芽率太低 ,在实际生产中 ,这 4种
野生花卉都不能直接播种 ,需要采取适合的方法进
行处理 ,或是打破休眠或是探索更适宜的发芽条件 ,
提高发芽率。
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(上接第 4页)
(2)虽然地径 、苗高是反映苗木质量的最直观
指标 ,但在进行苗木分级时还应考虑苗木无病虫害 、
生长健壮 、木质化程度高等其他综合指标 。
(3)苗木的产量和质量与苗木栽培密度关系密
切 ,梁及芝等对枫香树苗期密度试验研究结果表明 ,
不同密度对苗木间的地径生长和侧根数有显著差
异 [ 10] 。因此 ,不同播种密度对榉树 1年生苗木质量
和分级的影响以及选择榉树苗期最佳群体结构密
度 ,实现苗木优质丰产等 [ 11] ,尚需进一步研究。
(4)本文仅对江苏榉树资源主要分布及种苗产
区 1年生榉树播种苗进行分级研究 ,对于其他地区 ,
可参考本文以及相关文献所提供的方法制定适合当
地的分级标准。
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14 江 苏 林 业 科 技 第 36卷