龍腦樟天然冰片含量預(yù)測模型初探*

卓培杰

（廈門市翔安區(qū)農(nóng)林水利局，福建廈門361101）

龍腦樟（Cinnamomumcamphora）是樟樹的一個化學(xué)利用類型，因其枝葉富含天然冰片（D-龍腦）而得名[1]。天然冰片具有開竅醒腦、消腫祛痛、去翳明目的功效，香氣飄逸、清涼而微帶藥香，是珍貴的傳統(tǒng)中藥材和高級香料，也是日用化工和食品工業(yè)中的高檔添加劑，天然冰片國內(nèi)年需求量約500 t以上[2-7]。我國自然分布的龍腦樟資源十分稀少，天然冰片主要依靠從東南亞的印度尼西亞等國進(jìn)口，進(jìn)口量少且價格十分昂貴[5]。為提高天然冰片的自給率，選擇龍腦含量高的優(yōu)良龍腦樟無性系營造龍腦樟工業(yè)原料林基地，實現(xiàn)天然冰片的工業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)而滿足市場和消費者的需求。國內(nèi)學(xué)者對龍腦樟進(jìn)行了較為深入的研究，并在龍腦樟的扦插育苗、光合特性、生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用、肥料的施用以及經(jīng)營效益分析等方面取得了一些成果[8-12]。然而，我國龍腦樟種苗市場魚龍混雜，不同種源、不同無性系的的龍腦樟樹種品質(zhì)以及天然冰片含量均存在很大的差異。為此，本研究選擇目前市場上推廣種植面積較大的龍腦樟無性系LN1（來源于江西吉安），持續(xù)測定該無性系新梢的生長情況及鮮葉內(nèi)葉綠素指標(biāo)、天然冰片含量，并對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和建模分析，以期探尋出天然冰片含量的快速檢測模型，為篩選高天然冰片含量的龍腦樟品系，有效利用龍腦樟資源提供理論依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在廈門市翔安區(qū)內(nèi)厝鎮(zhèn)后垵村，位于北緯24°25′～24°54′，東經(jīng)117°53′～118°25′，試驗地所屬區(qū)域受南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候影響，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，溫潤而多雨。年平均氣溫為20.5°C，極端最低溫度2°C左右，極端最高溫度38°C左右，無霜期達(dá)360d以上；年平均降水量在1411mm左右，其中5—8月份雨量最多；由于太平洋溫差氣流的關(guān)系，每年平均受4～5次臺風(fēng)的影響，且多集中在7—9月份。土壤為花崗巖發(fā)育的山地紅壤，土層平均厚度在60cm以上。2016年春，營造龍腦樟優(yōu)良無性系試驗林。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

龍腦樟優(yōu)良無性系LN1輕基質(zhì)營養(yǎng)袋苗；鋼卷尺；MASTER PROOF IP67游標(biāo)卡尺；龍腦樟水蒸氣整流裝置；TYS-A葉綠素測定儀。

2.2 試驗方法

在龍腦樟試驗林內(nèi)，選擇長勢均衡、能代表平均生長水平的3株龍腦樟作為標(biāo)準(zhǔn)木。在每株標(biāo)準(zhǔn)木上分上中下、東南西北選取12個長勢中等的枝條作為標(biāo)準(zhǔn)枝。于2017年3月起，每月中下旬調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)枝上當(dāng)年生（1a生）新枝的枝長、枝徑。同時分上中下、東南西北的從同無性系中除標(biāo)準(zhǔn)株以外的樹上采樣進(jìn)行天然冰片的提取以及葉綠素含量測定。

2.3 試驗數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)均錄入Excel中進(jìn)行初步處理，并采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 龍腦樟生長、生理指標(biāo)的月變化規(guī)律

通過對龍腦樟新梢長、新梢基徑、新梢一級枝數(shù)、鮮葉葉綠素、鮮葉含水率、天然冰片含量等生長、生理性指標(biāo)進(jìn)行逐月測定，測定結(jié)果如表1所示。由表1可看出，龍腦樟新梢長、新梢基徑均在2017年3月—10月表現(xiàn)為持續(xù)性生長，2017年11月至2018年2月生長停滯。新梢一級枝數(shù)在3—7月不斷增加，7—9月停滯變化，9—10月繼續(xù)增加，11月至翌年2月停滯變化。葉綠素和天然冰片含量的月變化規(guī)律也較為同步，二者的指標(biāo)參數(shù)在3—7月持續(xù)增長，8月份統(tǒng)一出現(xiàn)回調(diào)，9月份再度回升，10月至翌年2月開始逐漸下降，其中葉綠素參數(shù)和天然冰片含量在一年中的峰值出現(xiàn)在9月，分別為44.40 SPAD和1.8941%。

表1 龍腦樟生長、生理指標(biāo)月變化情況

3.2 龍腦樟天然冰片含量與其它生長、生理指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性分析

為進(jìn)一步探索龍腦樟天然冰片含量與新梢長、新梢基徑、新梢一級枝數(shù)、鮮葉葉綠素、鮮葉含水率等指標(biāo)的內(nèi)在關(guān)系，將各指標(biāo)的測定數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，取△min=0，ρ=0.1，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，龍腦樟天然冰片含量（Y1）與新梢長（X1）、新梢基徑（X2）、新梢一級枝數(shù)（X3）、鮮葉葉綠素（X4）、鮮葉含水率（X5）的關(guān)聯(lián)度分別為 0.4519、0.4238、0.4342、0.6914、0.2721，說明龍腦樟天然冰片含量（Y1）與其它生長、生理指標(biāo)的關(guān)系密切程度為：鮮葉葉綠素（X4）＞新梢長（X1）＞新梢一級枝數(shù)（X3）＞新梢基徑（X2）＞鮮葉含水率（X5）。

表2 關(guān)聯(lián)矩陣

3.3 龍腦樟天然冰片含量預(yù)測模型的建立與檢驗

鑒于龍腦樟天然冰片含量與鮮葉葉綠素參數(shù)關(guān)系最為密切，對這兩項數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析，發(fā)現(xiàn)二者之間關(guān)系符合一元線性回歸模型（圖1），回歸方程為y=0.0875x－1.8294，決定系數(shù)R2為0.9499。為驗證龍腦含量－葉綠素指標(biāo)一元線性方程是否適合預(yù)測龍腦樟鮮葉中的天然冰片含量，將實際中測得的葉綠素參數(shù)數(shù)據(jù)帶入方程，計算得葉片龍腦含量的理論值，再將理論值與實測值進(jìn)行比較，檢驗結(jié)果見表3。從表3可以看出，當(dāng)葉綠素指標(biāo)測定數(shù)據(jù)低于30SPAD時，龍腦含量的預(yù)測精度較差，當(dāng)葉綠素測定數(shù)據(jù)高于30SPAD時，理論值與實測值的偏離度均在15%以內(nèi)，符合率均超過了85%，具有較高的預(yù)測精度。當(dāng)葉綠素測定數(shù)據(jù)介于35.86～40.18之間時，符合率超過93.11%，預(yù)測精度更高。

圖1 龍腦樟鮮葉天然冰片含量與葉綠素關(guān)系

表3 龍腦含量-葉綠素指標(biāo)一元線性方程的擬合性檢驗結(jié)果

4 結(jié)論與討論

龍腦樟原料林主要以采收當(dāng)年生新梢上的枝葉作為生產(chǎn)天然冰片的原料，梢長、基徑、一級枝數(shù)等生長指標(biāo)是評判新梢生長最為直觀簡單的指標(biāo)；葉綠素含量的多少是生物對光能的吸收和轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素之一，在光合作用過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用；葉肉細(xì)胞擴(kuò)張和葉片生長對水分條件十分敏感；天然冰片含量的多寡直接關(guān)系到龍腦樟原料林的經(jīng)濟(jì)效益。龍腦樟新梢長、新梢基徑、新梢一級枝數(shù)、鮮葉葉綠素、鮮葉含水率、天然冰片含量等生長、生理性指標(biāo)月變化規(guī)律中，新梢長與新梢基徑的月變化規(guī)律相似，葉綠素與天然冰片含量月變化規(guī)律相似，新梢一級枝數(shù)在7—9月有一個很明顯的停滯期、鮮葉含水率則全年表現(xiàn)為下降趨勢。龍腦樟新梢長、新梢基徑、新梢一級枝數(shù)在11月份達(dá)到最大值并停滯生長，葉綠素參數(shù)和天然冰片含量在一年中的最大值出現(xiàn)在9月。而11月份的龍腦樟新梢長、新梢基徑、新梢一級枝數(shù)較9月份分別增長了37.36%、37.96%和63.94%，天然冰片含量降低了17.42%；11月份的龍腦樟新梢長、新梢基徑、新梢一級枝數(shù)較10月份增長了18.47%、19.07%和39.69%，天然冰片含量降低了5.06%。因此，在11月采收龍腦樟枝葉綜合收益最高。

龍腦樟天然冰片含量（Y1）與其它生長、生理指標(biāo)的關(guān)聯(lián)序為：鮮葉葉綠素（X4）＞新梢長（X1）＞新梢一級枝數(shù)（X3）＞新梢基徑（X2）＞鮮葉含水率（X5）。說明龍腦樟天然冰片產(chǎn)量與鮮葉葉綠素參數(shù)關(guān)系最為密切，且二者之間關(guān)系符合一元線性回歸模型y=0.0875x-1.8294（R2=0.9499）。尤其是當(dāng)葉綠素測定數(shù)據(jù)介于35.86～40.18之間時，符合率超過93.11%，預(yù)測精度高。TYS-A葉綠素測定儀輕便易攜帶，測定時不損傷樹葉、樹體，一元線性回歸模型簡單易計算，極具可操作性，但采用該方法進(jìn)行預(yù)測也存在一定的局限性，葉綠素含量過高或過低，會在一定程度上影響預(yù)測的精度。