利用主成分分析法篩選北美紅花槭雙容器栽培基質配方

穆艷娟,李文清,魯儀增

(山東省林木種質資源中心,山東 濟南250014)

利用主成分分析法篩選北美紅花槭雙容器栽培基質配方

穆艷娟,李文清,魯儀增?

(山東省林木種質資源中心,山東 濟南250014)

利用引進的25加侖雙容器栽培系統和10種配方基質培育大規格北美紅花槭苗木,對9指標進行主成分分析,側根總重量和側根平均長度是衡量基質配方優劣的主要指標,其次為年均胸徑生長量和年均高生長量,其中年均胸徑生長量和年均高生長量是苗木培育中最重要的需求指標。根據年均胸徑生長量和年均高生長量指標,基質從優到劣排序為:P1＞MM2＞P3＞MO＞MM1＞MS＞CKP1＞CM＞P2＞MY＞MX＞CK土。聚類分析可將基質劃分為3大類,其中P1、MM2和P3為一大類。經濟指標分析顯示,基質MM2(菇渣和木屑)復合基質價格最低。

北美紅花槭;雙容器栽培;基質;主成分分析

北美紅花槭(A.rubrumL.)具有較高的觀賞價值,國外對其容器栽培基質類型進行了較多研究,多是根據當地資源自配基質。1989年,Martin等研究了在大容器中基質對容器內北美紅花槭生長量的影響,研究認為需要選擇適宜基質類型用于北美紅花槭容器苗木栽培[1]。1998年,Fain等在3種不同基質對雙容器栽培系統中‘弗蘭克紅’北美紅花槭影響的研究中表明,‘弗蘭克紅’北美紅花槭的生長受使用基質影響[2]。這3種基質分別是純松樹皮,松樹皮:泥炭＝4:1(體積比,下同),松樹皮:椰殼纖維＝4:1[2]。其中松樹皮:泥炭＝4:1內枝干重最重,與純松樹皮內苗木相比,松樹皮:泥炭＝4:1內苗木高增加12%,松樹皮:椰殼纖維＝4:1內苗木高增加17%[2]。2005年,Zhu,H.等在雙容器系統研究中,苗木為‘弗蘭克紅’北美紅花槭,栽培基質由55%的成年松樹皮、3%的純石英砂、5%的膨脹陶粒頁巖土調節劑、20%由苗圃清理物和陶制雜質等腐熟堆制肥料、12%富纖維輕質泥炭、5%城市污水泥按體積比組成[3]。該混配基質抑制腐霉菌和疫霉菌造成的根腐病[4]。國內未見北美紅花槭雙容器栽培系統相關研究。本文以北美紅花槭優株無性系為試驗材料、利用引進的雙容器栽培系統和技術開展大規格北美紅花槭雙容器培育基質配方篩選,以期解決北美紅花槭國產化容器栽培基質配方問題。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點設在棗園基地,相關情況參見相關文獻5。

1.2 材料

2007年春,以觀賞效果好、價位高、生長健壯、地徑約2～2.5cm的北美紅花槭優株為栽培材料。以從美國引進的25加侖(上內口徑58cm,深43cm;體積約94.64L)內、外容器(NS－10000 GL)和阻根布為雙容器栽培容器體系,容器內壁噴有Cu(OH)2阻根劑,每兩容器間均嵌入適當面積的阻根布,以阻止根系從底部孔內逃逸(阻根物質為Cu(OH)2)。購進50cm×40cm無紡布袋,用于對照;水泥柱樁、鋼絲等用于固定容器內苗木。栽培基質原料腐熟后按照適當配比,并進行理化性質調節(另文發表),配出的10種基質配方分別為:樹皮過100目篩(P1),樹皮過100目篩、樹皮過50目篩1:1混合(P2),樹皮過50目篩、菇渣3:1混合(P3),純棉桿(MO),棉桿、菇渣1:1混合(MM1),加硫棉桿(MS),棉桿、玉米秸1:1混合(MY),棉桿、小麥秸1:1混合(MX),純木屑(CM)和木屑、菇渣1:1混合(MM2)。

1.3 方法

借鑒美國雙容器系統生產栽培試驗經驗基徑平均為1.4cm的‘弗蘭克紅’北美紅花槭采用15加侖(直徑為43.2cm)雙容器栽培,每5株為1個處理,株行距為1.5m×1m,栽后其一個生長季節后基徑平均為2.5cm[6]),結合本試驗栽培材料大小和容器規格,在試驗中,株行距按照1.3×1.3m定植,成活率為100%,整體生長良好。栽植過程中正常進行水肥及田間管理。

栽植后調查1次,作為基礎數據。2009年春,對北美紅花槭年均高生長量、年均胸徑生長量、年地徑生長量、側根平均數、側根平均長度、側根總重量、當年生枝條平均數量、當年生枝條平均長度、當年生枝條總重量等9個指標進行統計分析。數據通過excel、DPS2.0分析。

2 結果與分析

2.1 主成分分析

北美紅花槭相關調查數據見表1。

表1 北美紅花槭9指標數據

方差分析顯示,除側根總重量不顯著外,年均地徑生長量和當年生枝條總重量顯著,其余6個因子在各基質間差異性極顯著。說明在不同基質中生長的北美紅花槭生長量和生物量存在顯著差異,說明基質配方對北美紅花槭的生物量和生長量存在非常大的影響,從而說明通過從北美紅花槭生長量和生物量上可以判斷基質配方的優劣,進而依據生長量和生物量指標可以初步篩選基質配方。側根總重量不顯著,可能是因為根系部分均為毛細根,生物量相對較小,致使其重量在基質間差異不大。方差分析結果見表2。

表2 基質間方差分析

表3 相關系數矩陣

表3顯示,影響北美紅花槭生長量和生物量大小的9個重要因子具有相關性。對上述9個因子進行主成分分析,見下表4。提取(特征值大于1)累計貢獻率達到85%以上的主成分[7－9]。

表4 相關系數矩陣的特征值、貢獻率及累計貢獻率

由特征值和累計貢獻率(表5)可知,前4個主成分因子累計貢獻率已經達到91.49336%,幾乎反映了全部數據信息,因此可以只提取4個主成分因子。用這4個互不相關的主成分代替7個原始變量。

表5 特征向量

由表5可知,第1主成分與側根總重量和側根平均長度有較大的負荷系數,正值,說明側根總重量和側根平均長度是衡量基質配方優劣的重要因子,且側根總重量越重和側根平均長度越長,其所生長的基質配方可能越好,其中側根生物量是根系反應基質情況的主要因子。第2主成分與年均胸徑生長量和年均高生長量負荷系數均較大,正值,說明高和胸徑年均生長量越大,其所生長的基質配方可能越好,其中年均胸徑生長量是生長量中反應基質情況的主要因子。第3主成分與當年生枝總重量和當年生枝平均長負荷系數較大,正值,說明當年生枝越重、當年生枝平均長度越長,其所生長的基質配方可能越好,其中枝條生物量是枝條反應基質情況的主要因子。第4主成分與當年生枝平均數量負荷系數較大,正值,說明當年生枝越多,地上部分生物量越大,其所生長的基質配方可能越好。

由以上可以綜合判斷,4個主成分均從正面反映基質配方的情況,地上和地下部分生物量是衡量基質配方優劣的重要方面,其次為年均胸徑、高生長量,其中胸徑和高生長量是最簡便、明顯的外部可測指標,也是苗圃培育中需求的最重要的指標。地徑年均生長量在判斷基質配方上,也起到相對重要的作用。

表6 主成分分析因子得分

續表6

按照第2主成分(年均胸徑生長量和年均高生長量)得分值,對北美紅花槭栽培進行排序,基質從優到劣的順序為P1＞MM2＞P3＞MO＞MM1＞MS＞CKP1＞CM＞P2＞MY＞MX＞CK土。

根據主成分得分值,代替原來的變量,進行聚類分析,利用系統聚類法,歐氏距離,離方差平方和法聚類,得到聚類圖如下(圖1)。

圖1 基質聚類圖

從聚類圖(圖1)上看出,經過聚類之后,大體上可將試驗基質配方分為3個類,第1類包括基質P1、MM2和P3,第2類包括基質 MO、ck P1、MM1和ck土,第3類包括P2、MS、MX、MY和CM。

2.2 基質開發成本分析

在實際應用中,基質原料及相應腐熟原料價格見表7。由表7不同基質原料及腐熟后價格表對比可知,基質原料腐熟后以玉米秸桿最低,其次為菇渣,再次為木屑、樹皮和棉桿。雖然小麥秸原料較便宜,但是其腐熟后原料體積大幅萎縮,因此其價格大幅上升。根據這些原料價格,可以推算出任何配比的每方復合基質價格,進而可知每容器內基質單價。

根據對理化性質穩定性較好的基質P1、基質MS和基質MM2的對比來看,其每1m3成本價分別為121元、179元和91.5元(1:1配制),以菇渣和木屑復合基質價格最低,并且低于其它常用輕基質,如泥炭(180元/m3)、蛭石(130/m3)和珍珠巖(120元/m3)等的價格,基質 MM2具有較好的經濟性狀。

表7 雙容器育苗基質成本核算明細表Tab4－56 a list of cost of substrate in pot－in－pot

3 結論

利用引進的25加侖雙容器栽培系統和10種配方基質培育大規格北美紅花槭苗木,對9指標進行主成分分析,4個主成分因子累計貢獻率已經達到91.49336%,幾乎反映了全部數據信息,因此可以只提取4個主成分因子。4個主成分均從正面反映基質配方的情況,地上和地下部分生物量是衡量基質配方優劣的重要方面,其次為年均胸徑、高生長量,其中胸徑和高生長量是最簡便、明顯的外部可測指標,也是苗圃培育中需求的最重要的指標。地徑年均生長量在判斷基質配方上,也起到相對重要的作用。按照第2主成分(年均胸徑生長量和年均高生長量)得分值,對北美紅花槭栽培進行排序,基質從優到劣的順序為P1＞MM2＞P3＞MO＞MM1＞MS＞CKP1＞CM＞P2＞MY＞MX＞CK土。聚類分析可將基質劃分為3大類,第1類包括基質P1、MM2和P3,第2類包括基質 MO、ck P1、MM1和ck土,第3類包括P2、MS、MX、MY和CM。基質MM2(菇渣和木屑)復合基質價格最低。

[1]Martin,C.A.,H.G.Ponder and C.H.Gilliam.Effects of irrigation rate and media on growth ofAcer rubrumL.in large containers[J].J.Environ.Hort.1989,7:38－40.

[2]Fain,Glenn B.,K.M.Tilt,Charles H.Gilliam,Harry G.Ponder,and Jeff L.Sibley.Effects of cyclic microirrigation and substrate in pot in pot production[J].J.Environ.Hort.1998,16(4):215－218.

[3]Heping Zhu,Charles.R.Krause,Randall H.Zondag.Monitoring Water Use,Nutrient Management,Drainage and Leachate in Pot－in－Pot Nursery Container Production[J].Proceedings of the 9thInternational Congress on Mechanization and Energy in Agriculture&27thInternational Conference of CIGR Section IV:The Efficient Use of Electricity and Renewable Energy Sources in Agriculture,Sep.27029,2005.jzmir－TURKEY:264－269. [4]Irmak,S.,D.Z.Haman,A.Irmak,J.W.Jones,K.L.Campbell,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]劉啟虎,魯儀增,李文清,等.假植對北美鵝掌楸生長量的影響分析研究[J].山東林業科技,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,李仲強,李大志.主成分分析在園藝植物研究中的應用[J].湖南農業科學,2002:(3):3－8.

[8]蘇勇,劉強,彭黎明等.主成分分析和聚類分析在配方模塊中的應用[J].煙草科技/煙草工藝,2005,215(6):3－5.

[9]郭寶林,楊俊霞.主成分分析法在仁用杏品種主要經濟性狀選種上的應用研究[J].林業科學,2000,36(6):53－56.

S723.1＋33

A

1002－2724(2016)05－0064－05

2016－08－09

引進國際先進農業科學技術項目“城市綠化樹種雙容器培育技術引進”資助。

?通訊作者:魯儀增:E－mail luyizeng＠126.com。