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摘要：对贵州省罗甸县培育的一年生大果木姜子播种苗进行随机抽样调查，采用主成分、“x±s”和逐步聚类分析法对其质量评价和苗木分级标准进行研究。结果表明：评定大果木姜子苗木质量应以地径（D）、苗高（H）、侧枝数、叶片数为主要指标，主根长、侧根数为重要指标，并辅以高径比作为辅助参考指标。提出了以苗高和地径作为该树种苗木分级的质量指标，并得出大果木姜子苗木的3级分级标准，即Ⅰ级苗，H>93.3 cm，D>0.809 cm；Ⅱ级苗，73.3 cm≤H≤93.3 cm，0.604 cm≤D≤0.809 cm；Ⅲ级苗，H<73.3 cm，D<0.604 cm。
关键词：大果木姜子；主成分分析；聚类分析；苗木分级；苗木质量；评价指标
中图分类号： S567.1+90.4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）09-0223-03
收稿日期：2014-04-05
基金项目：贵州省林业厅重大项目（编号：黔林科合[2010]重大04号）。
作者简介：李鹏（1987—），男，安徽宿州人，硕士研究生，从事野生植物资源保护与利用研究。E-mail：[email protected]。
通信作者：刘济明，博士，教授，主要从事植物生态学研究。E-mail：[email protected]。大果木姜子（Cinnamomum migao H. W. Li.）别称米槁，是樟科樟属植物，树高可达25 m，主干发达，侧枝较细弱，树冠近球形，树皮粗糙茶褐色，具纵向裂纹，内层及断面棕红色，主要分布于云南、贵州和广西等省（区）[1]，垂直分布范围为海拔300～1 000 m[2]。大果木姜子干燥的种子可用于提取芳香油（工业上的重要原料）和作为中草药，以其为君药已经开发出一系列如米稿心乐滴丸、米稿精油滴丸等国家二、三类新药[3]。大果木姜子是贵州近年来重点发展的民族特色药材，以贵州省罗甸县为主要原料基地的产业化布局已初步形成。目前，国内外对大果木姜子的基础研究还很缺乏，主要集中在化学成分分离与鉴定[4-5]、化学成分的生物活性与药理特性[6-7]、栽培技术[8-9]与种质资源调查[1，10]等方面，虽然取得了一些成绩，但产业化发展的科技基础依然薄弱，其中苗木综合评价及标准方面尚未见报道。苗木质量的优劣不仅影响造林的成活率、初期生长速度，还严重影响造林的生产力和种苗业的发展[11-12]。因此，笔者通过对贵州省罗甸县大果木姜子繁育基地进行实地调查，对大果木姜子的苗木质量评定、等级进行研究，为贵州中药材产业发展及喀斯特区生态恢复提供一些理论依据。
1材料与方法
1.1试验地概况
试验地位于贵州省罗甸县逢亭镇逢亭村大果木姜子育苗基地。该基地地势平缓，平均海拔435 m，基地气候属典型的亚热带季风性湿润气候，四季分明，冬暖夏凉，全年日照时数约1 518 h，年均气温19 ℃，无霜期300～340 d，年降水量 1 150～1 300 mm，水热资源丰富。
1.2调查研究方法
1.2.1调查方法采用北京林业大学孙时轩教授提出的数理统计随机抽样法，先选比较密的2个标准样地进行比较，调查实际株数，求出极差，一般极差是标准差的5倍，据此计算标准差和变异系数。选择3个样地，按1 ∶100的比例设置样方，样方面积1 m2（1 m×1 m），然后将这些样地均匀地分布在调查地上（一般样地比估计样地多10%），统计每一样地的株数，分别调查苗高（H）、地径（D）、侧枝数、主根长、侧根数（大于5 cm的Ⅰ级侧根数）和叶片数等形态学指标。
1.2.2统计分析方法
1.2.2.1苗木产量和质量的精度计算平均值 x=∑xin；标准差s=[∑x2i-（∑xi/n）]/（n-1）；标准误sx=s/n；精度P=1-sx/x×100%。
式中：xi为变数；n为变数的个数；x为平均数。
1.2.2.2苗木分级在确定苗木等级时，由于各质量指标间密切相关，多个指标的信息往往是重叠的，因此有必要通过相关性与主成分分析提取既能反映苗木质量又易于测量和应用的、少数较直观的指标，以用于苗木质量评估。采用“x±s”进行苗木分级，各样方调查数据的平均标准差、各性状平均值是Ⅱ级苗代表值，平均值减去1个标准差即是Ⅲ级苗代表值，平均值加1个标准差即是Ⅰ级苗分界值[13-14]。同时，采用聚类分析法进行分级，最终选择较合适的方法确定苗木分级标准。
1.3数据分析
由Excel 2003进行实测数据的初步整理，利用SPSS 18.0软件进行相关性分析、主成分分析和聚类分析，建立大果木姜子评价体系及苗木分级标准。
2结果与分析
2.1大果木姜子生长指标的相关分析
苗木质量评定时，不同生长指标之间往往具有重叠性而且相互交织[15]，因此有必要对苗木质量指标的共性进行研究，提取既能反映苗木质量又易于测量的指标。本研究采用皮尔逊相关系数法对大果木姜子的相关指标进行分析，并在0.05的置信水平下进行Two-tailed检验，得出相关系数矩阵（表1）。结果表明，地径、苗高与侧枝数、主根长、侧根数、叶片数呈极显著的正相关关系；高径比与地径、侧枝数呈极显著的负相关关系，与主根长、侧根数相关性较小。苗木各指标间都存在着或多或少的相关性，并非相互独立，它们不仅反映苗木各器官之间相对均衡的生长作用，也说明评价苗木质量时可选较少的指标[16]；但每个指标所反映的苗木情况不尽相同，直接利用这些指标对大果木姜子苗木质量进行评价都是片面的，因此有必要采用主成分分析对其进行综合评价。
2.2大果木姜子生长指标的主成分分析
由于多变量之间都存在着相关性，为了使复杂的问题更加清晰，运用主成分分析[17-18]将7个评价指标归纳为7个变量进行评价。采用SPSS 18.0统计分析软件对数据进行处理，KMO值为0.677，在0.5～1.0之间，经Bartlett检验得出相伴概率为0.000<0.05，因此拒绝Bartlett检验的0假设，证明适合进行主成分分析。按累积贡献率>80%选取3个主分量，其累积贡献率为83%（表2），仅损失17%的信息，可以较好地反映大果木姜子苗木质量状况，所以可根据贡献率得到各综合指标的相对重要值。由表2可见，第一主成分对地径、苗高、侧枝数、叶片数具有较高的载荷量，主要反映了苗木地上部分的生长状况，作为苗木质量水平的度量，能够反映苗木地上部分的综合指标；第二主成分对主根长、侧根数具有较高的载荷量，反映了地下部分的生长状况，能够反映苗木地下部分综合指标；第三主成分对高径比具有较高的载荷量，高径比能描述苗木个体的均衡度，具有辅助参考意义。
2.3苗木等级划分结果
2.3.1调查与统计结果从大果木姜子苗木调查及统计结果（表3、表4）可以看出，苗木的平均高、平均地径精度均达到95%以上，符合苗木产量、质量调查的精度要求。划分苗木等级选择指标时，既要考虑到有足够多的信息量，又要考虑在生产实践中的可操作性，因此本研究选择苗高与地径作为大果木姜子苗木分级的重要指标[19-20]。
2.3.2以“x±s”划分苗木等级按照生产实际需求，将苗木一般分为3个等级，其中Ⅰ、Ⅱ级苗为合格苗，可出圃上山造林，Ⅲ级苗由于苗高或地径达不到标准为不合格苗，应留圃继续培养。划分苗木标准时，优质的苗木应位于Ⅰ级苗的上方，劣质的苗木则在Ⅱ级苗的下方，因此只要求Ⅰ、Ⅱ级苗的下限，就可准确确定各级别的界限。样地调查所得数据分析结果表明，大果木姜子苗高、地径基本服从偏正态分布，适合采用“x±s”划分苗木等级，即“x±s/2”是划分Ⅱ级苗与Ⅰ、Ⅲ级苗的界线，确定苗木标准，最终大果木姜子苗木等级划分结果为：Ⅰ级苗，H>93.3 cm，D>0.809 cm；Ⅱ级苗，73.3 cm≤H≤93.3 cm，0.604 cm≤D≤0.809 cm；Ⅲ级苗，H<73.3 cm，D<0.604 cm。由此可知，所调查的苗木中Ⅰ级、Ⅱ级苗占70%。
关键词：大果木姜子；主成分分析；聚类分析；苗木分级；苗木质量；评价指标
中图分类号： S567.1+90.4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）09-0223-03
收稿日期：2014-04-05
基金项目：贵州省林业厅重大项目（编号：黔林科合[2010]重大04号）。
作者简介：李鹏（1987—），男，安徽宿州人，硕士研究生，从事野生植物资源保护与利用研究。E-mail：[email protected]。
通信作者：刘济明，博士，教授，主要从事植物生态学研究。E-mail：[email protected]。大果木姜子（Cinnamomum migao H. W. Li.）别称米槁，是樟科樟属植物，树高可达25 m，主干发达，侧枝较细弱，树冠近球形，树皮粗糙茶褐色，具纵向裂纹，内层及断面棕红色，主要分布于云南、贵州和广西等省（区）[1]，垂直分布范围为海拔300～1 000 m[2]。大果木姜子干燥的种子可用于提取芳香油（工业上的重要原料）和作为中草药，以其为君药已经开发出一系列如米稿心乐滴丸、米稿精油滴丸等国家二、三类新药[3]。大果木姜子是贵州近年来重点发展的民族特色药材，以贵州省罗甸县为主要原料基地的产业化布局已初步形成。目前，国内外对大果木姜子的基础研究还很缺乏，主要集中在化学成分分离与鉴定[4-5]、化学成分的生物活性与药理特性[6-7]、栽培技术[8-9]与种质资源调查[1，10]等方面，虽然取得了一些成绩，但产业化发展的科技基础依然薄弱，其中苗木综合评价及标准方面尚未见报道。苗木质量的优劣不仅影响造林的成活率、初期生长速度，还严重影响造林的生产力和种苗业的发展[11-12]。因此，笔者通过对贵州省罗甸县大果木姜子繁育基地进行实地调查，对大果木姜子的苗木质量评定、等级进行研究，为贵州中药材产业发展及喀斯特区生态恢复提供一些理论依据。
1材料与方法
1.1试验地概况
试验地位于贵州省罗甸县逢亭镇逢亭村大果木姜子育苗基地。该基地地势平缓，平均海拔435 m，基地气候属典型的亚热带季风性湿润气候，四季分明，冬暖夏凉，全年日照时数约1 518 h，年均气温19 ℃，无霜期300～340 d，年降水量 1 150～1 300 mm，水热资源丰富。
1.2调查研究方法
1.2.1调查方法采用北京林业大学孙时轩教授提出的数理统计随机抽样法，先选比较密的2个标准样地进行比较，调查实际株数，求出极差，一般极差是标准差的5倍，据此计算标准差和变异系数。选择3个样地，按1 ∶100的比例设置样方，样方面积1 m2（1 m×1 m），然后将这些样地均匀地分布在调查地上（一般样地比估计样地多10%），统计每一样地的株数，分别调查苗高（H）、地径（D）、侧枝数、主根长、侧根数（大于5 cm的Ⅰ级侧根数）和叶片数等形态学指标。
1.2.2统计分析方法
1.2.2.1苗木产量和质量的精度计算平均值 x=∑xin；标准差s=[∑x2i-（∑xi/n）]/（n-1）；标准误sx=s/n；精度P=1-sx/x×100%。
式中：xi为变数；n为变数的个数；x为平均数。
1.2.2.2苗木分级在确定苗木等级时，由于各质量指标间密切相关，多个指标的信息往往是重叠的，因此有必要通过相关性与主成分分析提取既能反映苗木质量又易于测量和应用的、少数较直观的指标，以用于苗木质量评估。采用“x±s”进行苗木分级，各样方调查数据的平均标准差、各性状平均值是Ⅱ级苗代表值，平均值减去1个标准差即是Ⅲ级苗代表值，平均值加1个标准差即是Ⅰ级苗分界值[13-14]。同时，采用聚类分析法进行分级，最终选择较合适的方法确定苗木分级标准。
1.3数据分析
由Excel 2003进行实测数据的初步整理，利用SPSS 18.0软件进行相关性分析、主成分分析和聚类分析，建立大果木姜子评价体系及苗木分级标准。
2结果与分析
2.1大果木姜子生长指标的相关分析
苗木质量评定时，不同生长指标之间往往具有重叠性而且相互交织[15]，因此有必要对苗木质量指标的共性进行研究，提取既能反映苗木质量又易于测量的指标。本研究采用皮尔逊相关系数法对大果木姜子的相关指标进行分析，并在0.05的置信水平下进行Two-tailed检验，得出相关系数矩阵（表1）。结果表明，地径、苗高与侧枝数、主根长、侧根数、叶片数呈极显著的正相关关系；高径比与地径、侧枝数呈极显著的负相关关系，与主根长、侧根数相关性较小。苗木各指标间都存在着或多或少的相关性，并非相互独立，它们不仅反映苗木各器官之间相对均衡的生长作用，也说明评价苗木质量时可选较少的指标[16]；但每个指标所反映的苗木情况不尽相同，直接利用这些指标对大果木姜子苗木质量进行评价都是片面的，因此有必要采用主成分分析对其进行综合评价。
2.2大果木姜子生长指标的主成分分析
由于多变量之间都存在着相关性，为了使复杂的问题更加清晰，运用主成分分析[17-18]将7个评价指标归纳为7个变量进行评价。采用SPSS 18.0统计分析软件对数据进行处理，KMO值为0.677，在0.5～1.0之间，经Bartlett检验得出相伴概率为0.000<0.05，因此拒绝Bartlett检验的0假设，证明适合进行主成分分析。按累积贡献率>80%选取3个主分量，其累积贡献率为83%（表2），仅损失17%的信息，可以较好地反映大果木姜子苗木质量状况，所以可根据贡献率得到各综合指标的相对重要值。由表2可见，第一主成分对地径、苗高、侧枝数、叶片数具有较高的载荷量，主要反映了苗木地上部分的生长状况，作为苗木质量水平的度量，能够反映苗木地上部分的综合指标；第二主成分对主根长、侧根数具有较高的载荷量，反映了地下部分的生长状况，能够反映苗木地下部分综合指标；第三主成分对高径比具有较高的载荷量，高径比能描述苗木个体的均衡度，具有辅助参考意义。
2.3苗木等级划分结果
2.3.1调查与统计结果从大果木姜子苗木调查及统计结果（表3、表4）可以看出，苗木的平均高、平均地径精度均达到95%以上，符合苗木产量、质量调查的精度要求。划分苗木等级选择指标时，既要考虑到有足够多的信息量，又要考虑在生产实践中的可操作性，因此本研究选择苗高与地径作为大果木姜子苗木分级的重要指标[19-20]。
2.3.2以“x±s”划分苗木等级按照生产实际需求，将苗木一般分为3个等级，其中Ⅰ、Ⅱ级苗为合格苗，可出圃上山造林，Ⅲ级苗由于苗高或地径达不到标准为不合格苗，应留圃继续培养。划分苗木标准时，优质的苗木应位于Ⅰ级苗的上方，劣质的苗木则在Ⅱ级苗的下方，因此只要求Ⅰ、Ⅱ级苗的下限，就可准确确定各级别的界限。样地调查所得数据分析结果表明，大果木姜子苗高、地径基本服从偏正态分布，适合采用“x±s”划分苗木等级，即“x±s/2”是划分Ⅱ级苗与Ⅰ、Ⅲ级苗的界线，确定苗木标准，最终大果木姜子苗木等级划分结果为：Ⅰ级苗，H>93.3 cm，D>0.809 cm；Ⅱ级苗，73.3 cm≤H≤93.3 cm，0.604 cm≤D≤0.809 cm；Ⅲ级苗，H<73.3 cm，D<0.604 cm。由此可知，所调查的苗木中Ⅰ级、Ⅱ级苗占70%。