全 文 ：收稿日期:2011 － 10 － 25
基金项目:甘肃省科技重大专项计划:甘肃省林木良种科技工程关键技
术研究(1102 NKDE 028)。
作者简介:郭小龙(1977 －) ，男，甘肃天水人;工程师，主要从事森林经
营与森林培育研究。
通讯作者:王军辉(1972 －) ，男，研究员，主要从事云杉和楸树的遗传育
种研究。
欧洲云杉强化育苗容器苗分级研究
郭小龙1，2， 张宋智1， 马建伟1， 蒋 明1， 赵文英1， 王军辉2
(1．甘肃小陇山林业科学研究所， 甘肃 天水 741022;
2．中国林业科学院林研所， 北京 100091)
Study on Classification of Seedling Growed in Container of Picea abies
GUO Xiao-long1，2，ZHANG Song-zhi1，MA Jian-wei1，JIANG Ming1，ZHAO Wen-ying1，WANG Jun-hui2
摘要:采用逐步聚类分析方法对欧洲云杉容器苗苗木分级标准
进行了初步探讨，提出了以苗高和地径作为分级的质量指标。
欧洲云杉容器苗可分为 3 级。Ⅰ级苗:苗高(H)≥39 cm、地径
(D)≥0． 6 cm，Ⅱ级苗:39 cm ＞ H≥23 cm、0． 6 cm ＞ D≥0． 45
cm，Ⅲ级苗:H ＜23 cm、D ＜0． 45 cm。
关键词: 欧洲云杉;容器苗;苗木分级;逐步聚类分析
中图分类号: S 791． 18 文献标志码: A
文章编号: 1001 － 4705(2012)02-0081-05
欧洲云杉(Picea abies(L．)karst)是甘肃小陇山
林科所从 1983 年起，经 20 年引种试验，在同期引种国
外 50 多个树种中遴选出来的生长速度快、材质优良和
抗逆性强的针叶用材树种之一。试验结果表明，在甘
肃小陇山林区生长速度明显快于同属青海云杉等乡土
树种，具有显著的增产增益潜力。它的引种成功为小
陇山林区及周边适生区增添了又一个优良造林树种。
苗木的性质表现出各种不同的性状，这些性状构成了
苗木的质量标志。壮苗一般是指:在一般造林技术条
件下，造林成活率高，幼树初期生长快的苗。从苗木形
态上表现为苗木通直、地径粗、根系发达、高度适宜、无
病虫害和机械损伤，树苗应有饱满健壮的顶芽，苗木重
量大、色泽正常、木质化程度高;从苗木生理与生活力
方面表现为苗木经起苗、贮藏和运输后，失水少、无损
伤、根系生长潜力旺盛、苗木抗逆性强等［1，2］。评定苗
木质量时，利用的指标越多，所收集到的信息越完整。
但是由于各质量指标之间一般相关密切，利用多个指
标时，其信息往往是重叠的，使用信息重叠的质量指标
不但会产生统计上的错误，而且不直观;有的指标测量
时比较困难，在生产上也难以应用。国内对许多造林
树种进行了苗木分级研究［3 ～ 15］，但对欧洲云杉容器苗
的分级研究尚未报道。结合甘肃小陇山林区欧洲云杉
育苗造林技术示范项目，探讨欧洲云杉强化苗的苗木
质量等级，提出欧洲云杉容器苗的苗木分级标准，期望
为欧洲云杉人工林营造提供辨别合格苗木的技术标准。
1 材料与方法
1． 1 育苗地概况
小陇山林区地处亚热带向暖温带过渡地带，气候
温和湿润，大多数地域属于暖温湿润、中湿、半湿的大
陆性季风气候类型。西秦岭林区位于陇南境内的礼县
洮坪林场、定西地区漳县境内的黑虎林场和天水市武
山县范围内的滩歌林场。平均气温 1． 1 ～ 8． 0 ℃，最高
气温 34． 8 ℃，最低气温 － 26． 6 ℃，降水量在 500 mm
左右，相对温度 70%。关山林区，属六盘山南端的黄
土覆盖地带，小陇山林业局辖属的山门林场位于清水县
境内，海拔一般在 1 550 ～ 2 000 m 之间，最高 2 160 m。
平均气温 5． 6 ～12 ℃，降水量 668 mm，相对湿度 68%。
项目育苗技术示范(试验)区(点)共布设 8 个林
场(单位)。其中小陇山林区 3 处，分别为东部的龙门
林场、南部的麻沿林场、中部的林科所沙坝林木良种基
地中心苗圃;西秦岭林区 3 处，分别为礼县的洮坪林
场、漳县的黑虎林场、武山县的滩歌林场;关山林区 1
处，为清水县的山门林场;并在位于渭河谷地的林科所
所部苗圃设置试验点 1 处。
1． 2 苗木抽样与测定
随机抽取 114 株苗为样本，测定各样苗株高和地
径。
1． 3 数据处理
应用 SPSS统计软件对所调查观测数据进行分析。
2 结果与分析
2． 1 分级指标的确定
苗木全株鲜重(W)一般为相关中心，最能体现苗
木质量。苗木质量越大，积累的干物质越多，其质量就
·18·
问题探讨 郭小龙 等:欧洲云杉强化育苗容器苗分级研究
DOI:10.16590/j.cnki.1001-4705.2012.02.074
表 1 欧洲云杉容器苗各指标间的相关矩阵
W Wh Wl D H H/D
W 1
Wh 0． 982 715 8 1
Wl 0． 961 953 3 0． 894 749 2 1
D 0． 688 554 7 0． 686 891 2 0． 647 248 2 1
H 0． 736 004 4 0． 702 220 2 0． 739 088 0． 518 309 4 1
H /D 0． 269 262 2 0． 237 096 2 0． 299 621 8 － 0． 284 568 0． 638 458 8 1
越好，因而用全株鲜重来评价苗
木的质量是最好的指标。地下部
分鲜重(WI)、地上部分鲜重
(Wh)、苗高(H)、地径(D)与全
株鲜种(W)的相关性较强，苗木
各指标间的相关性，一方面反映
了苗木相对均衡的生长作用，即
整体性;另一方面又表明可选用
较少 的 指 标 评 价 苗 木 的 质
量［1 ～ 5］。
虽然全株鲜重(W)、地下部分鲜重(WI)、地上部
分鲜重(Wh)都是比较可靠的指标，但在确定苗木质量
时，即要考虑到有足够多的信息量，也要考虑到在生产
实践中的可操作性，因此选择与苗木全株鲜重(W)相
关程度较高的苗高(H)与地径(D)作为欧洲云杉容器
苗苗木分级指标。且这两个指标在生产实践中较易测
量。由于根系在保证苗木成活及生长方面的重要作
用，在分级过程中要体现出根系的重要性，因地下部分
鲜重(WI)在生产中很难测量，可采用目测辨别苗木根
系发达程度。根系达不到一定的要求时降级处理［1］。
针对欧洲云杉容器苗分级标准研究的目的，在所
有育苗地各随机抽取 5%的 2 年生欧洲云杉容器苗，
测定其苗高和地径。采用聚类分析方法进行欧洲云杉
容器苗分级。
2． 2 苗木分级标准的计算
聚类分析所依据的基本原则是直接比较属性中各
样本反映出来的性质，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，确定区
分事物性质的聚类标志。对于苗木分级来说，则是利
用质量指标来划分苗木个体的相似程度。确定苗木个
体间的相似程度，在统计学上是以在坐标系中苗木个
体间的距离来确定的，即距离越小则其相似程度越大。
本研究使用的是欧氏距离公式即:
dij = ∑
n
k = 1
(Xik － Xjk)槡
2 ………………………①
因本研究仅采用苗高 (H)与地径(D)两个分级
指标，因此 n = 2，从而①式变为:
dij = (Hi － Hj)+(Di － Dj槡 )…………………②
2． 3 数据标准化
为了使观测数据值能够消除量纲的不同，便于进
行比较和计算分析，先对所有观测的数据进行标准化。
公式如下:
Zij =
Hij － Hi(min)
Hi(max)－ Hi(min)
……………………………③
式中:Zij为标准化值;i 为苗高或地径;j 为观测的
样苗号(1，2，3，……，2957) ;Xi(max)、Xi(min)为观测的总
体样本中的苗高或地径的最大值、最小值。利用③式
计算求得苗高及地径的标准化值(表 2)。
2． 4 苗木的初始分级
以苗高、地径值分级，苗木大体按“高大—矮小”
的顺序。一般较高大的苗木，地径较粗，由于苗木的分
化现象，高而细、粗而矮的苗木也是存在的，但仅为少
量，因此对苗木质量的聚类就是对有序样本的聚类。
经过简单的计算，样苗可按“∑标”大到小排序
(∑标 = H标 + D标，即∑标为苗高和地径标准化值的
和)。
图 1 为欧洲云杉样本的坐标排序图，图中横坐标
表示“∑标”，纵坐标表示对应“∑标”的苗木数量。
结合图 1 与表 2 可以看出:第 400 号苗最大，其
∑标 = 2． 00，而第 1978 号与第 1982 号苗最小，其
∑标 = 0． 05。从图中也可看到由于样苗质量不同而形
成若干个小群体，从左到右∑标从 0． 05 ～ 0． 28 为一
群，从 0． 28 ～ 0． 45 为一群，从 0． 45 ～ 2． 00 为一群。根
据坐标系中排序的结果，按照各大群体的距离基本相
等及正态分布规律，参照各级中苗木数量多少进行初
级划分。在小群距离较明显、数量上有较大变动的地
方，将它们分成三群，即三级(表 2 中细实线所划分
处) ，完成苗木的初始分级。
2． 5 苗木的修改分级
由于初始分级是人为的，因此必须利用数学公式
进行修改。其原理是按照初始分级结果，分别计算各
级苗高、地径标准化值的平均数，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，样
苗距离哪个凝聚中心的距离最近，即判为那一级(最
短距离法)。
开始分级修改时，按照图 1 的原始分级，将样苗的
标准化值列入表 2 进行修改，并分别计算各级苗高、地
径标准化值的平均值，以作为该级的凝聚中心。
·28·
第 31 卷 第 2 期 2012 年 2 月 种 子 (Seed) Vol． 31 No． 2 Feb． 2012
表 2 欧式距离修改
样苗号 地径(cm) 地径标准化值 苗高(cm) 苗高标准化值 A B C D E F 数量
400 1． 25 1 101． 3 1
420 1． 22 0． 97 74． 6 0． 67
┊ ┊ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 545
1005 0． 57 0． 29 46． 8 0． 32
2885 0． 46 0． 29 31． 1 0． 32
2440 0． 5 0． 22 55． 6 0． 43
280 0． 57 0． 29 46． 3 0． 32
┊ ┊ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ 15
409 0． 61 0． 33 40． 8 0． 25
2090 0． 62 0． 34 39． 6 0． 23
2778 0． 50 0． 22 54． 8 0． 42
586 0． 69 0． 42 29． 3 0． 1
┊ ┊ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ 55
269 0． 61 0． 33 38． 8 0． 22
1802 0． 61 0． 33 38． 8 0． 22
2276 0． 70 0． 43 26． 5 0． 07
358 0． 51 0． 23 50． 8 0． 37
┊ ┊ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 78
673 0． 58 0． 3 40． 3 0． 24
2857 0． 60 0． 32 37． 8 0． 21
2323 0． 46 0． 18 50． 5 0． 37
1692 0． 68 0． 41 26． 5 0． 07
┊ ┊ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 139
323 0． 57 0． 29 37． 6 0． 21
2796 0． 56 0． 28 38． 5 0． 22
1536 0． 40 0． 11 50． 4 0． 37
1468 0． 43 0． 15 47． 5 0． 33
┊ ┊ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 261
486 0． 54 0． 26 36． 3 0． 19
1983 0． 54 0． 26 36． 3 0． 19
2 0． 47 0． 19 35． 4 0． 18
5 0． 50 0． 22 28． 5 0． 09
┆ ┆ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 938
2927 0． 48 0． 2 36． 9 0． 2
2949 0． 45 0． 17 34． 8 0． 17
109 0． 47 0． 19 28． 4 0． 09
1841 0． 47 0． 19 28． 4 0． 09
┆ ┆ Ⅲ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 17
1987 0． 53 0． 25 23． 3 0． 03
1712 0． 52 0． 24 23． 0 0． 02
2627 0． 45 0． 17 30． 1 0． 11
1961 0． 46 0． 18 29． 1 0． 1
┆ ┆ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ 909
1978 0． 29 0 25． 4 0． 05
1982 0． 32 0． 03 22． 3 0． 02
备注:A、初始分级，B、第 1 次修改后变动的结果，C、…F、第 5 次修改后变动的结果…;虚线为初始分级，实线为最终分级。
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问题探讨 郭小龙 等:欧洲云杉强化育苗容器苗分级研究
图 1 2957 株欧洲云杉的“∑标”排序
2． 6 临界值的确定
第 1 次修改时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的凝聚中心分别记为
XⅠ
1(0． 26 0． 37)XⅡ
1(0． 14 0． 22)XⅢ
1(0． 07 0． 13) ，
括号内的数据分别是该级(初始分级)的苗高、地径标
准化的平均值;进行第 1次修改时记为 XⅠ
2(0． 28 0． 40)
XⅡ
2(0． 16 0． 23)XⅢ
2(0． 07 0． 13) ，余类推。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。
由于苗木质量是一个有序的样本，从图 1 中可知:
标准化值高的样苗不可能与标准化值低的样苗为一
群，反之亦然;因而只可能是相邻两级间的样苗相互变
动，所以修改时是从初始分级的临界线开始，逐株计算
样苗与相邻两级凝聚中心的距离，此过程至各级间样
苗没有变动时为止。第 1 次修改分级后，重新计算各
级样苗的凝聚中心，其为 XⅠ
2(0． 28 0． 40)XⅡ
2(0． 16
0． 23)XⅢ
2(0． 07 0． 13)。经过 2 次修改分级后Ⅱ、Ⅲ
级间无变动，Ⅰ、Ⅱ级间有变动。划归后，重新计算各
级样苗的凝聚中心，XⅠ
3(0． 29 0． 43)XⅡ
3(0． 16
0． 23)XⅢ
3(0． 07 0． 13) ;XⅠ
4(0． 30 0． 44)XⅡ
4(0． 17
0． 24)XⅢ
4(0． 07 0． 13) ;XⅠ
5(0． 30 0． 45)XⅡ
5(0． 17
0． 24)XⅢ
5(0． 07 0． 13) ;XⅠ
6(0． 30 0． 45)XⅡ
6(0． 17
0． 24)XⅢ
6(0． 07 0． 13)直到第 4 次修改后Ⅰ、Ⅱ级间
再无变动，聚类分级即结束。最终分级结果见表 2。
逐步聚类分级的结果是各级苗木在以该级最终凝
聚中心为圆心，以 d 为半径的圆内聚集。过大的苗木
在Ⅰ级苗的上方，过小的苗木在Ⅱ级苗的下方，因此只要
求出Ⅰ、Ⅱ级苗的下限，就可准确地确定各级别的界限。
Ⅰ0． 17、Ⅱ0． 12分别为欲求的Ⅰ、Ⅱ级苗的临界点。
其中半径 d = KS2H + S
2槡 D，式中 K = 1，S2H、S2D 分别是苗
高和地径的标准化值的方差。其Ⅰ、Ⅱ级苗的最终凝
聚中心 XⅠ
5(0． 30 0． 45)XⅡ
5(0． 17 0． 24)经计算
dⅠ = 0． 15、dⅡ = 0． 09。 利 用 距 离 公 式
d = (Y1 － Y2)
2 +(X1 － X2)槡 2、dⅠ = 0． 15、dⅡ = 0． 09
以及 XⅠ
6(0． 30 0． 45)XⅡ
6(0． 17 0． 24)计算出Ⅰ、Ⅱ
级苗的分级界限分别为Ⅰ1(0． 22 0． 33)Ⅱ2(0． 12
0． 17)此即两级间的临界处相应的苗高、地径标准化
值，把Ⅰ1、Ⅱ2 代回公式③中得出各级苗下限值为:
Ⅰ级苗:树高≥38． 7 cm，地径≥0． 61 cm;Ⅱ级苗:38． 7
cm ＞树高≥23． 1 cm，0． 61 cm ＞地径≥0． 45 cm。凡苗高
和地径均达到以上标准的，即为合格苗，其中一项不达
标者，降一级。经以上分析，苗木最终分级结果见表 2。
3 结论与讨论
苗高和地径是反映苗木质量的最直观的指标。利
用苗高和地径对欧洲云杉容器苗苗木进行逐步聚类分
级，其最终分级标准为Ⅰ级苗:树高≥38． 7 cm、地径≥
0． 61 cm;Ⅱ级苗:38． 7 cm ＞树高≥23． 1 cm、0． 61 cm ＞
地径≥0． 0． 45 cm;Ⅲ级苗:树高 ＜ 23． 1 cm、地径 ＜
0． 45 cm。在生产实际操作中，为了操作方便和提高造
林效率，最后确定苗木分级为:Ⅰ级苗:树高≥39 cm、
地径≥0． 6 cm;Ⅱ级苗:39 cm ＞树高≥23 cm、0． 6 cm ＞地
径≥0． 45 cm;Ⅲ级苗:树高 ＜23 cm、地径 ＜0． 45 cm。
此外，壮苗还应具备苗木通直，地径粗，根系发达，
高度适宜，无病虫害和机械损伤，树苗应有饱满健壮的
顶芽，苗木重量大，色泽正常，木质化程度高等。苗木
分级的造林效果试验表明，1 年生时 I、Ⅱ级苗的保存
率均超过 90%，Ⅰ级苗的苗高、地径生长量显著高于
Ⅱ级苗;Ⅲ级苗的保存率在 60 以下，其苗高、地径生长
量极显著低于Ⅰ、Ⅱ级苗［16］。因各立地条件的不同，
造成苗木质量的参差不齐，各地可根据具体情况进行
分析研究，以上分级标准仅供各地在进行欧洲云杉造
林时作为参照。
(下转第 87 页)
·48·
第 31 卷 第 2 期 2012 年 2 月 种 子 (Seed) Vol． 31 No． 2 Feb． 2012
果可看出，水稻种子的萌发主要受到盐浓度的影响。
表 4 各胁变指标与盐度和 pH值的双因素方差分析
指标 盐浓度 盐组合(pH)
发芽率(%) 33． 13＊＊ 2． 46
发芽势(%) 62． 46＊＊ 2． 40*
发芽指数 77． 66＊＊ 2． 91
活力指数 65． 98＊＊ 2． 80*
注:上表数字代表 F值，＊＊表示 0． 01 水平差异显著。
3 结 论
在混合盐碱胁迫下，水稻种子的发芽受到明显的
抑制，发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等指标均
呈下降趋势，并随盐碱度递增下降趋势增大。殷秀
杰［8］等认为，低浓度混合盐碱对种子萌发具有促进作
用不同，本试验得出低浓度混合盐碱溶液下，水稻种子
萌发也受到一定程度的抑制，但影响较小，与杨春
武［9］等的研究结果一致。可能与所用材料不同有关，
不同植物种类对盐碱胁迫的适应能力差异较大，水稻
对盐胁迫较敏感。
由分析可知，水稻种子各发芽指标均随盐浓度和
pH值的升高呈下降趋势。盐浓度为 50 mmol /L 时各
发芽指标较 ck降低，但发芽率基本维持在 50%以上，
当盐浓度达 100 mmol /L时，仅碱度较低的 A 2、B 2 两
处理发芽率在 50%以上;但当盐浓度达 200 mmol /L
时，各盐组合种子均不萌发。说明水稻种子对高浓度
盐胁迫敏感，在轻度盐碱胁迫的条件下，水稻种子还是
可以萌发的，这为盐碱地区栽培水稻提供了依据。
统计分析结果表明，盐浓度的 F 值远大于盐组合
(pH值) ，表明盐浓度是决定水稻种子萌发的主导因
素，而反映碱胁迫强度的因素 pH 值对水稻种子萌发
影响较小。盐胁迫是通过离子毒害及渗透胁迫来影响
植物［10，11］，而 pH值胁迫能够造成种子周围矿质营养
状况的严重破坏，直接影响矿质元素的吸收。但是在
种子萌动阶段以吸水为主，极少从环境摄取矿质元素，
所以 pH值对种子萌发的影响较小。因此在混合盐碱
胁迫下，水稻种子萌动阶段以渗透胁迫为主。
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