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濒危物种崖柏容器苗和裸根苗苗木分级研究



全 文 :·种子检验·
收稿日期:2015-05-13
基金项目:国家林业局濒危野生植物救护专项(编号:2130211-13;
2130211-14)。
作者简介:简尊吉(1991—),男,贵州正安人;硕士研究生,研究方向:森
林生态;E-mail:jianzunji2014@163.com。
通讯作者:郭泉水(1954—),男,研究员,研究方向:野生植物保护和利
用;E-mail:guoqs@caf.ac.cn。
濒危物种崖柏容器苗和裸根苗苗木分级研究
简尊吉1, 秦爱丽1, 郭泉水1, 裴顺祥2
(1.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,国家林业局森林生态环境重点实验室, 北京100091;
2.中国林业科学研究院华北林业实验中心, 北京102300)
Study on the Grading of Container Seedling and Bare-rooted Seedling of
Endangered Species(Thuja sutchuenensis)
JIAN Zunji 1,QIN Aili 1,GUO Quanshui 1,PEI Shunxiang2
摘 要:通过对重庆市雪宝山国家级自然保护区崖柏繁育基地
2年生崖柏容器苗和裸根苗苗木质量的调查,建立苗木质量指
标相关矩阵并进行指标间相关分析,提出以苗高和地径作为崖
柏苗木分级质量指标;采用逐步聚类分析方法,对苗木分级标
准进行探讨;以欧氏距离对初始分级结果进行修改,经临界值
确定,得出崖柏容器苗和裸根苗苗木分级标准。崖柏容器苗I
级苗:苗高≥21.1cm,地径≥0.29cm;Ⅱ级苗:21.1cm>苗高
≥15.9cm,0.29cm>地径≥0.22cm;Ⅲ级苗:苗高<15.9cm,
地径<0.22cm;崖柏裸根苗Ⅰ级苗:苗高≥20.6cm,地径≥0.
31cm;Ⅱ级苗:20.6cm>苗高≥15.4cm,0.31cm>地径≥0.
21cm;Ⅲ级苗:苗高<15.4cm,地径<0.21cm。
关键词: 崖柏;容器苗;裸根苗;苗木分级;逐步聚类分析
DOI编码: 10.16590/j.cnki.1001-4705.2015.10.114
中图分类号: 723.1+1   文献标志码: A
文章编号: 1001-4705(2015)10-0114-06
苗木分级(grading)是造林前评价苗木质量和性
能而采取的一项技术措施[1],也是林业标准化工作之
一。由于造林前的苗木质量可显著影响造林后的苗木
成活率及生物量[2-8]、林木分化[1,5,9-13]、抗环境胁迫能
力[5,9]和生长潜力[14],因此,世界各国都非常重视造林
前苗木质量的检测工作。1979年国际林业研究组织
联盟在新西兰曾专门组织召开了苗木质量评价技术专
题会议[13],以推动世界各国造林前苗木分级的研究和
应用。我国曾在1985年研制并颁发了中国主要造林
树种苗木质量国家标准(GB 6000—1985)[15],1999年
颁布了修订的国家标准(GB 6000—1999)[16],这些“标
准”的制定,对于推动我国苗木分级步入规范化轨道以
及苗木分级的深入研究起到了重要作用。
苗木分级的关键是确定苗木质量评价指标。由于
可用于苗木质量评价的指标很多,如何从众多反映苗
木质量的指标中提取既能反映苗木质量,又便于生产
上实际应用的少数共性指标[17-19],是苗木分级研究的
重要研究内容之一。另外,由于不同树种的生物学和
生态学特性以及育苗圃地的立地条件等存在差异,制
定苗木的分级标准时也须区别对待。综合分析影响苗
木质量各种因素,制定相应的苗木分级标准,是当前苗
木分级研究的热点[20-26]。
崖柏(Thuja sutchuenensis Franch.)是柏科崖柏
属(ThujaL.)常绿乔木。1892年法国传教士 R.P.
Farges在我国重庆城口县首次发现并采获标本,但此
后“绝迹”了100多年,直到1999年才重新被发现[27]。
因崖柏野生成年植株较少,且种群处于衰退状态,2003
年被世界自然保护联盟(IUCN)评定为极危物种
(CR)[28]。近十几年来,广大科研人员围绕崖柏的生
物学特征[29-32]、生态学特征[33-45]以及扦插、组培培
养[46-47]等开展了广泛研究,但未研制崖柏苗木分级标
准,其原因在于近十几年来结实的崖柏植株很少,种子
缺乏限制了崖柏种子育苗的开展。2012年偶见崖柏
大量结实,至此,崖柏种子育苗工作才相继展开。目
前,在崖柏原产地已培育出了2年生以上即将出圃回
归的崖柏容器苗和裸根苗近70万株。为确保回归崖
柏苗木质量,及时制定崖柏苗木分级标准已显得非常
迫切。
基于对重庆雪宝山国家级自然保护区崖柏繁育苗
圃2年生崖柏容器苗和裸根苗苗木质量的调查,通过
建立崖柏苗木质量指标间的相关矩阵和相关性分析,
提取反映崖柏苗木质量的共性指标,并采用逐步聚类
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第34卷 第10期 2015年10月          种 子 (Seed)          Vol.34 No.10 Oct. 2015
分析方法进行崖柏苗木质量进行分级,制定崖柏容器
苗和裸根苗的分级标准。以期为提高回归造林的崖柏
苗木成活率和林木生长量,规范崖柏苗木生产提供
参考。
1 材料与方法
1.1 崖柏育苗圃地自然概况
崖柏种子育苗圃地设在重庆雪宝山国家级自然保
护区境内(31°35′39.6″N,108°50′11.5″E,海拔1 171
m)。该苗圃始建于2013年早春,由农用梯田改造而
成。总面积0.87hm2。气候类型为北亚热带湿润季
风气候区。年平均气温13.10℃,最热月(7月)平均
气温23.12℃,最冷月(1月)平均气温1.70℃,极端
最低气温-6.07℃,极端最高温度37.60℃,≥0℃的
年积温5 207.74℃,≥10.0℃的年积温4 721.34℃,
年均降水量1 500mm以上。为崖柏适宜分布区。
1.2 崖柏苗木培育
采用容器苗和裸根苗2种培育方式。不同培育方
式的育苗基质、种子处理和苗木管理方法相同。
1.2.1 育苗基质和种子处理
以森林腐殖土、耕作土、草炭土、珍珠岩、蛭石为育
苗基质材料,按体积比配制成森林腐殖土∶耕作土
(1∶1),草炭土,草炭土∶珍珠岩∶蛭石(1∶1∶1)等3种育
苗基质。崖柏种子采自重庆雪宝山国家级自然保护
区。采种时间为2012年10月25日。对该批种子的
质量检测结果表明,其千粒质量为1.496 2g,生活力
为29.25%,发芽率为24%,发芽指数为2.19。播种时
间为2013年5月上旬。播种前对种子进行净种、消毒
和催芽处理。
1.2.2 苗床制作、播种及苗木管理
裸根苗苗床为高床。床面在地面之上,步道在地
面之下,床面比地面高20cm。床面宽100cm,长度依
地形而定。床间步道宽30cm。播种方式为条播,条
宽约3cm,条间距10cm左右,开沟深度1cm。将经
过催芽的种子,均匀播入沟内,并用木质刮板刮平基质
表面,轻轻镇压喷水后用松针覆盖,待大多数种子的子
叶出土后,清除基质表面的松针,并在苗床上用遮阴网
建遮阴棚,当芽苗木质化后拆除遮阴棚。当幼苗木质化
后拆除。培育容器苗容器为底部有渗水孔的黑色塑料
杯,其口径为8cm,高为10cm。每杯播种经过催芽的种
子3~5粒。
种子发芽结束后,对条播苗床和容器中生长过密
的芽苗进行移植,苗床上保留500株/m2;每个容器中
保留1株。此后,采用常规苗木管理办法进行浇水、锄
草及日常管理。
1.3 供试小区设计
在崖柏种子育苗圃地内设置供试小区,总面积约
20m2。供试小区使用的育苗基质与整个圃地崖柏种
子育苗使用的育苗基质相同,且种子来源、播前处理、
苗木培育等与整个圃地育苗完全一致。在供试小区
内,采用单因素随机区组设计进行试验小区布设。各
培育方式均设置3次重复。裸根苗每重复小区面积为
8.7m2,容器苗每重复小区为216杯。
1.4 苗木调查
苗木调查时间为2014年12月。调查样株抽取遵
循随机取样原则。容器苗和裸根苗的抽样方式和测量
方法相同。每种基质处理抽取45株,分别从3次重复
小区中抽取。每种培育方式有3种基质处理,共抽取
135株。样株确定后,对苗木高度、地径、一级侧枝数、
一级最长侧枝长进行测量,而后将苗木连根挖出,测量
苗木的主根长、≥1cm一级侧根数后,沿根茎处剪断,
并测量地上部分和地下部分鲜质量。此后,将地上部
分和地下部分分别装入牛皮纸信封,置于鼓风干燥箱
中进行烘干处理。
苗高、一级侧枝长和主根长用钢卷尺或直尺测量,
精度为0.1cm;地径用数显游标卡尺测量,精度为0.
01mm;苗木烘干温度条件为65~70℃,烘干时间为
48h。苗木鲜、干质量,用百分之一电子天平称量,精
度为0.01g。
1.5 数据处理和分析
1.5.1 聚类分析
采用逐步聚类法[17-18,48-51]对苗木进行分级。苗木
个体间的相似程度由欧氏距离公式计算结果确定。欧
式距离计算公式为:
dij= ∑

i=1
(xik-xjk)槡 2
式中:dij是个体指标之间的距离,xik是个体i指标的
第k个变量值,xjk是个体j指标的第k个变量值。
1.5.2 数据标准化
为了使观测数据值能够在同一水平上进行比较和
计算分析,对苗木观测数据按以下公式进行标准化换
算,计算公式为:
Zik=
xik-xi(min)
xi(max)-xi(min)
式中:Zik为i指标的第k个标准化值,xik是个体i指标
的第k个变量值,xi(min)为个体i指标的最小值,xi(max)
为个体i指标的最大值。
1.5.3 临界值确定
聚类分级的结果是各级苗木的聚集落人以该级最
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种子检验  简尊吉 等:濒危物种崖柏容器苗和裸根苗苗木分级研究
表1 崖柏苗木指标间的相关矩阵
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12



X1 1
X2 0.779* 1
X3 0.696* 0.714* 1
X4 0.766* 0.843* 0.582* 1
X5 0.288* 0.143  0.139  0.173** 1
X6 0.302* 0.265* 0.243* 0.222* 0.440* 1
X7 0.801* 0.934* 0.679* 0.829* 0.142  0.236* 1
X8 0.799* 0.928* 0.685* 0.826* 0.129  0.224* 0.993* 1
X9 0.781* 0.920* 0.637* 0.831* 0.178** 0.259* 0.970* 0.949* 1
X10 0.801* 0.928* 0.660* 0.825* 0.142  0.232* 0.995* 0.992* 0.963* 1
X11 0.799* 0.920* 0.667* 0.815* 0.126  0.221** 0.992* 0.994* 0.947* 0.998* 1
X12 0.784* 0.927* 0.617* 0.834* 0.189* 0.260* 0.975* 0.957* 0.988* 0.978* 0.963* 1



X1 1
X2 0.691* 1
X3 0.586* 0.474* 1
X4 0.581* 0.827* 0.303* 1
X5 0.071  0.201** 0.075  0.239* 1
X6 0.217** 0.240* 0.294* 0.272* 0.165  1
X7 0.620* 0.919* 0.462* 0.762* 0.226* 0.217** 1
X8 0.631* 0.916* 0.473* 0.765* 0.216** 0.211** 0.993* 1
X9 0.573* 0.894* 0.419* 0.737* 0.266* 0.242* 0.948* 0.931* 1
X10 0.649* 0.925* 0.469* 0.774* 0.237* 0.197** 0.989* 0.991* 0.949* 1
X11 0.658* 0.918* 0.477* 0.769* 0.221* 0.192** 0.986* 0.993* 0.927* 0.997* 1
X12 0.586* 0.906* 0.414* 0.756* 0.283* 0.207* 0.952* 0.936* 0.989* 0.963* 0.941* 1
  注:①X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12分别代表苗高、地径、一级侧枝数、一级最长侧枝长、主根长、≥1cm一级侧根数、全株鲜重、地上鲜
重、地下鲜重、全株干重、地上干重、地下干重。②数值右上角“*”、“**”分别代表在p<0.01和p<0.05水平上显著相关(双侧检验)。
终凝聚中心为圆心,以d为半径的圆内[17-18,48-51]。其
半径求算公式为:
d= KS2i标+S2j槡 标
式中:d为圆半径,Si标、Sj标 分别为各级i指标和j指
标标准化值的标准差,K=1。
2 结果与分析
2.1 分级指标的确定
对崖柏容器苗和裸根苗两种培育方式下苗木质量
指标间的相关系数进行计算,结果见表1。
从表1可以看出,除了容器苗的地径和裸根苗的
苗高与主根长不存在显著相关外,地径和苗高与其他
苗木质量指标的相关性均达到了显著(p<0.05)和极
显著(p<0.01)水平,特别是这2个指标与反映苗木物
质积累的苗木鲜质量和干质量的大多数指标间的相关
性更为紧密。鉴于指标间的相关程度以及这两个指标
易于测量,便于在生产上应用等特性,将苗高和地径确
定为崖柏苗木分级的主要指标。
2.2 初始分级
由于仅用苗高(H)和地径(D)2个苗木分级指标,
因此,欧式距离公式则变换为:
dij= (H′-Hk)2+(D′-Dk)槡 2
式中:dij为苗高与地径间的距离,H′为各级苗高标准
化值的平均值,Hk 为k=0,1,2,…,135的苗高标准化
值;D′为各级地径标准化值的平均值,Dk 为k=0,1,
2,…,135的地径标准化值。
以苗高、地径值分级,苗木大体上可按“高大~矮
小”的顺序排列,较高大的苗木,应有较粗的地径。但
由于苗木存在分化现象,少量高而细、矮而粗的苗木是
存在的,因此对苗木质量的聚类就是对有序样本的聚
类[17-18]。经过简单计算,崖柏样株可按苗高和地径标
准化值之和由大到小排序(∑标=ZH标+ZD标)。
根据各样株的∑标 值在同一维坐标上散点图
(图1),在小群距离较明显的地方,可将其分为三群
(即3级),崖柏容器苗和裸根苗第Ⅰ级与第Ⅱ级、第Ⅱ
级与第Ⅲ级均分别以∑标=1.20和∑标=0.40为界
限,完成崖柏苗木的初始分级。
2.3 修正分级
修正分级即按照初始分级结果,分别计算各级苗
高和地径的标准化值平均值,以其为凝聚中心,计算各
级苗木苗高和地径标准化值与凝聚中心的距离d,判
断距离大小,与哪一级凝聚中心的距离小,即判为哪一
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第34卷 第10期 2015年10月          种 子 (Seed)          Vol.34 No.10 Oct. 2015
图2 2种育苗方式崖柏苗木临界值确定
图1 2种育苗方式崖柏苗木∑标排列
级(最短距离法)[17-18,48-51]。每次修正时如存在变化,
需按新的分级重新计算凝聚中心和距离,如此反复进
行,如果在距离中存在2个距离相等时,则保留在原级
中,在下一次修正分级中重新判断并划归等级,直到所
有数据没有变化为止。
开始分级修改时,按原始分级结果计算出崖柏各
级苗木苗高和地径的标准化值平均值,容器苗分别为
X1Ⅰ(0.70,0.68)、X 1Ⅱ (0.40,0.38)、X 1Ⅲ (0.12,
0.13);裸根苗分别为X 1Ⅰ(0.69,0.70)、X 1Ⅱ(0.44,
0.38)、X 1Ⅲ(0.18,0.11),将它们作为第1次修改分
级的凝聚中心。进行第2次修改时记为X 2Ⅰ、X 2Ⅱ、
X2Ⅲ,依此类推,直到第Ⅰ级和第Ⅱ级交界处、第Ⅱ级
和第Ⅲ级交界处距离没有发生变化为止。容器苗经过
6次迭代计算,得出最终凝聚中心分别为X6Ⅰ(0.62,
0.56)、X 6Ⅱ(0.38,0.38)、X 6Ⅲ(0.19,0.19);裸根苗
经过4次迭代计算,得出最终凝聚中心分别为X 4Ⅰ
(0.64,0.62)、X4Ⅱ(0.44,0.37)、X4Ⅲ(0.23,0.17)。
2.4 临界值确定
通常把苗木分为三级,可以将第Ⅰ级和第Ⅱ级苗
木聚类圆的下限边际作为临界点,反算出苗高和地径,
作为分级的下限值,因为这属于极坐标转换问题,计算
量大,所以可以用图解法解决,即在方格网上绘坐标
图,从而在图上读出下限临界值[17]。
根据最终分级结果,计算崖柏苗木第Ⅰ、Ⅱ级半
径,容器苗分别为dⅠ=0.18、dⅡ=0.12;裸根苗分别
为dⅠ=0.18、dⅡ=0.13。2种育苗方式分别以最终凝
聚中心为圆心,以d为半径画圆(图2),可以从图中读
出临界值:容器苗第Ⅰ、Ⅱ级苗高和地径标准化值下限
临界值分别为X′Ⅰ(0.49,0.44)和X′Ⅱ(0.29,0.29);
裸根苗第Ⅰ、Ⅱ级苗高和地径标准化值下限临界值分
别为X′Ⅰ(0.51,0.50)和X′Ⅱ(0.34,0.29),分别代入
标准化公式计算出各级苗木的下限值,结果为:
崖柏容器苗:第Ⅰ级 H≥21.1cm,D≥0.29cm;
      第Ⅱ级 H≥15.9cm,D≥0.22cm。
崖柏裸根苗:第Ⅰ级 H≥20.6cm,D≥0.31cm;
      第Ⅱ级 H≥15.4cm,D≥0.21cm。
凡苗高和地径均达到以上分级标准为合格,其中
一项不达标者则降一级,以此类推,最终分类结果如
表2。
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种子检验  简尊吉 等:濒危物种崖柏容器苗和裸根苗苗木分级研究
表2 崖柏苗木最终分级结果
Ⅰ级样苗苗号 Ⅱ级样苗苗号 Ⅲ级样苗苗号
容器苗
7,12,14,27,28,32,50,57,58,60,62,
66,68,72,77,81,83,84,86,90,102,
103,106,113,117,121,127,128,129,
133,135
2,4,6,9,13,15,19,20,24,29,30,34,
36,38,47,48,49,52,53,56,59,61,63,
64,65,67,69,71,73,74,78,79,80,82,
88,91,92,97,100,104,107,109,110,
112,114,115,116,118,119,125,126
1,3,5,8,10,11,16,17,18,21,22,23,
25,26,31,33,35,37,39,40,41,42,
43,44,45,46,51,54,70,75,76,85,
87,89,93,94,95,96,98,99,101,105,
108,111,120,122,123,124,130,131,
132,134
裸根苗
1,3,23,38,44,46,47,51,52,56,59,
62,66,69,76,82,83,87,89,90,93,
94,97,103,107,122,129,130,132,
133,134,135
2,4,6,7,8,15,18,20,22,27,30,31,32,
34,39,40,41,43,45,48,53,54,57,58,
61,65,67,68,70,72,75,77,78,80,81,
86,88,91,92,95,96,101,104,106,109,
110,112,113,116,117,119,121,124,
125,126,127,128,131
5,9,10,11,12,13,14,16,17,19,21,
24,25,26,28,29,33,35,36,37,42,
49,50,55,60,63,64,71,73,74,79,
84,85,98,99,100,102,105,108,111,
114,115,118,120,123
3 结 论
1)地径和苗高与其他苗木质量指标的相关性紧
密,与反映苗木物质积累的鲜质量和干质量的大多数
指标间的相关性更为紧密,用这2个指标反映崖柏苗
木质量的科学依据充分,且具有易于测量,便于在生产
上应用等特征。
2)利用苗高和地径,对2年生崖柏容器苗和裸根
苗的分级结果为:崖柏容器苗Ⅰ级苗:苗高≥21.1cm,
地径≥0.29cm;Ⅱ级苗:21.1cm>苗高≥15.9cm,
0.29cm>地径≥0.22cm;Ⅲ级苗:苗高<15.9cm,地
径<0.22cm;崖柏裸根苗Ⅰ级苗:苗高≥20.6cm,地
径≥0.31cm;Ⅱ级苗:20.6cm>苗高≥15.4cm,0.31
cm>地径≥0.21cm;Ⅲ级苗:苗高<15.4cm,地径<
0.21cm。Ⅰ、Ⅱ级苗木可以出圃造林。由于获取崖柏
种子不易,且何时再进入种子丰年难以预测,为了确保
该批崖柏苗木回归其原生地造林的成活率和保存率,
确保苗木健康生长,建议将未达到Ⅱ级苗标准的苗木,
留在苗圃继续培育,待达到Ⅰ、Ⅱ级苗木分级标准后,
再用于崖柏回归造林。
3)在崖柏苗木分级实际操作过程中,对于苗高和
地径达到Ⅰ、Ⅱ级的苗木,还需增添苗木质量的综合控
制条件。即:无检疫对象病虫害,苗干通直,顶芽饱满,
木质化充分,无机械损伤常等。如果综合控制条件达
不到要求的,即使苗高和地径均达到标准,仍将其视为
不合格苗;当地径和苗高不属于同一等级时,以地径所
属级别为准。另外,根系残缺的也应做降级处理。
参考文献:
[1]Gazal R M,Blanche C A,Carandang W M.Root growth po-
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