基于正交試驗設計的綠竹容器苗影響因素研究

杜 瀾 謝錦忠 張 瑋 賴秋香 陳 亮 夏 捷 陳 勝

(1 中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所 浙江 富陽 311400；2 福建永安林業(集團)股份有限公司 福建 永安 366000)

竹類植物是熱帶和亞熱帶森林植被的重要組成部分，集生態、社會和經濟效益于一身，在生態環境保護和協調區域經濟發展中發揮著不可替代的作用[1]。近年來，全國許多地方都開展了竹子引種栽培工作，甜竹、大頭典竹、吊絲單竹、越香竹、撐綠竹等竹種的抗寒、抗旱馴化研究都已取得顯著效果[2－3]。對大多數常規育種方法如埋鞭、枝條扦插、移竹等來說，育種部位成活后，采用育苗容器培養和移栽具有運輸成本低、不受季節限制、移栽后無緩苗期、成活率高等優點，起到了育苗優化的作用[4]。

綠竹(Dendrocalamopsisoldhami)屬禾本科(Gramineae)、竹 亞 科(Bambusoideae)、綠 竹 屬(Dendrocalamopsis)，別名甜竹、吊絲竹，是綠竹屬中品質最好、栽培最廣的竹種，亦是亞熱帶地區優良速生的叢生竹種之一。綠竹在我國主要分布于浙江、福建、臺灣、廣西等省份，江西、重慶、四川近年來也有引種栽培，總面積達2 萬～3 萬hm2[5]。綠竹具有易栽培、周期短、筍期長等優勢，其發筍時間為其他竹種產筍的淡季，因而市場行情較好[6]；綠竹材可做建筑用材和竹編工藝，亦可為造紙原料，竹葉可入藥，提取的竹葉黃酮具有保護心腦血管的功效[7]。長期以來，研究者對綠竹進行了大量的研究，涉及光合[8－9]、保護酶活性[10]、基因克隆[11]、筍營養成分[12]和組織培養[13]等方面，但對生產栽培方面的研究較少。王月英[14]、鄭蓉[15]對綠竹不同地理種源選育及埋稈、埋節、扦插等高效栽培技術進行過探究；董建文等[16]對山地及河灘不同地類及不同地力分級間綠竹產筍量作了比較；洪偉等[17]通過山地綠竹施肥為山地綠竹造林提供了理論參考。在綠竹栽培相關研究中，開展了施肥種類、施肥時間、施肥量的研究，如高培軍[18]通過正交試驗分析了影響綠竹筍用林出筍質量的因素，發現施肥因素影響大小為：施肥總量＞氮磷鉀比例＞施肥方法。目前，尚未見有綜合考慮綠竹育苗容器、育苗基質、施肥種類對綠竹苗培育影響的研究報道。因此，本研究采用正交試驗設計，從析因設計的水平組合中，選擇一部分具有代表性的水平組合進行試驗，探討在試驗設計范圍內較為理想的綠竹容器苗育苗方法，從而為綠竹種苗培育及種質資源的保存提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在永安林業股份有限公司的育苗大棚內，該公司位于福建省三明永安市境內(地理位置117°22′—117°23′E，25°57′—25°58′N)，氣候四季分明，冬春季降雨較少，屬典型亞熱帶季風山地氣候。海拔約201 m，年平均降水量為 1 600 mm，年均氣溫約為19.3 ℃，土壤類型以紅壤類為主。

1.2 供試材料

試驗材料為在無菌環境下培養獲得的同一批生長一致的綠竹組培苗，苗高 65 ～80 cm，地徑 5 ～7 mm。

1.3 試驗設計與處理

于3月1日將組培獲得的綠竹幼苗以每盆1 株移苗至育苗容器中，并標記處理號，采用完全隨機處理均勻擺放，試驗棚內地面鋪設雙層塑料布，以防止根系下扎造成移苗困難。采用上方噴灌澆水，1日2 次，每次30 min，保證水分充足。

試驗采用4 因素、3 水平正交設計，各因素分別為：容器類型(A)，水平 1、2、3 分別對應無紡布容器、塑料袋、控根容器；容器規格(B)，水平1、2、3 分別對應(上口直徑×下口直徑×盆高)12 cm × 15 cm × 17 cm、20 cm × 17 cm × 20 cm、25 cm× 23 cm × 23 cm)；基質種類(C)，水平 1、2、3分別對應泥炭∶珍珠巖=7∶3、泥炭∶谷殼=7∶3、黃心土∶谷殼=5∶5；肥料類型(D)，水平 1、2、3 分別對應緩釋肥、有機肥、不施肥，其中試驗用緩釋肥由河南省心連心化肥有限公司生產，其N、P2O5、K2O 含量分別為 30%、5%、5%，施用量 20 g/盆，試驗用有機肥由河南省心連心化肥有限公司生產，其 N＋P2O5＋K2O≥5%、有機質≥45%，施用量200 g/盆。以L9(34)正交表安排試驗(表1)，每處理80 株。

表1 L9(34)正交表試驗安排

1.4 測定項目與方法

1)單叢綠竹生物量測定。于11月30日生長期基本結束之后，隨機選取每處理各3 盆綠竹，采用游標卡尺測量竹苗基徑，并記錄出筍量，隨后將盆內帶有根團土的綠竹整叢取出放入帶冰塊的采樣箱保鮮帶回試驗室，將根部放入水池中浸泡至土壤松散，洗凈根系并擦干水分，獲得完整植株。將根、冠從莖基部分開，摘下葉片，分別測定根、莖、葉各部分鮮質量。用根系圖像分析系統分析根總表面積和根系總體積等根系參數，隨后置于烘箱105 ℃下殺青20 min，并于70 ℃下烘干至質量恒定，測定干質量。

2)基質土物理性質的測定。測定指標包括土壤容重、孔隙度和含水量。

3)土壤化學性質的測定。測定指標包括土壤pH 值、有機質、全氮、有效 P、速效 K 含量，其中有機質含量采用重鉻酸鉀外熱源法測定，全氮、有效P、速效K 含量分別采用半微量開氏法、BrayⅠ浸提法、酸溶－火焰分光光度計測定。

1.5 數據處理

試驗數據用Excel 2010 進行統計和制作圖表，用SPSS 19.0 軟件進行主成分分析和相關性分析[19]。試驗中所有數據均采用均值±標準差來表示。

2 結果與分析

2.1 不同基質的土壤理化性質

栽培基質的理化性質是影響植物生長的關鍵因素。對不同基質配比的土壤理化性質測定結果顯示(表2)，泥炭與珍珠巖(7∶3)搭配，基質具有較合理的最大持水量、自然持水量及土壤孔隙度；而黃心土與谷殼(5∶5)搭配，土壤持水過多，總孔隙度較小，不利于根系生長。土壤全氮、有效磷、速效鉀含量都表現為與基質中的泥炭、有機肥的比例呈正相關關系。

表2 不同基質的土壤理化性質

2.2 試驗處理對綠竹苗生長的影響

對各試驗處理的綠竹基本生物量測定結果見表3 和表4。可以發現，不同處理的綠竹生長均表現良好。在單叢干生物量方面，6 號處理生長最佳，平均單叢干生物量為45.46 g，與其他各處理間呈顯著差異(P＜0.05)。各處理在根系干質量與根系體積方面，2 號、6 號處理表現較好，均與其他處理間呈顯著差異(P＜0.05)；5 號處理根系干質量最低，僅為8.33 g，與其他處理間呈顯著差異(P＜0.05)。計算可得各處理的綠竹含水率：枝條含水率為47%～60%，葉片含水率為 52%～70%，根系含水率為68%～77%；由此可知，綠竹地下部分含水率大于地上部分，同時生物量與含水量呈正相關關系，與鄭維鵬[20]的研究結果基本相符。此外，綠竹的根冠比為21%～38%，地下與地上生物量呈正相關，表現為根冠具有同一性。

表3 不同處理的綠竹鮮生物量

表4 不同處理的綠竹干生物量

2.3 綠竹主要生長指標的主成分分析

對不同處理的綠竹幼苗單叢干質量(a)、發筍個數(b)、根干重(c)、葉干重(d)、枝干重(e)、根表面積(f)和根體積(g)7 個指標進行因子主成分分析，根據累計貢獻率≥90%的原則取主成分，選取了3 個主成分(表5)。其中，第一主成分的特征值為4.863，貢獻率為69.475%；第二主成分的特征值為0.954，貢獻率為13.627%；第三主成分的特征值為0.667，貢獻率為9.528%。提取的3個主成分累計貢獻率達到92.630%，基本包含了所測指標的全部信息，可以用3 個新的變量來替代原來的7 個變量。

表5 主成分提取分析

設第一、第二、第三主成分分別為Y1、Y2、Y3，則由各因子載荷數據除以主成分相對應的特征值開平方根得到3 個主成分中每個指標所對應的系數[21]，得到3 個主成分的表達式為：

由各主成分方程可知，第一主成分對除發筍個數外的各指標都具有大的載荷，并且與單叢干質量X1有較大的相關性；第二主成分中發筍個數X2占有最大載荷，與其他變量對比鮮明；第三主成分中由根系特征占主要載荷(根干質量X3、根表面積X6、根體積X7)。以每個主成分所對應的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權重計算出主成分的綜合模型為：

各指標所占權重值的大小反映了各指標的重要性。可以看出，反映綠竹苗質量的重要指標從高到低的順序依次為：葉干質量、根體積、根表面積、根干質量、枝干質量、單叢干質量、發筍個數。

2.4 綠竹生長指標的相關性分析

為進一步篩選主要指標，對影響綠竹生長的7 個指標進行相關性分析，結果表明(表6)，單叢干質量與除發筍個數外所有指標均呈極顯著相關關系，相關系數較高的為枝干質量與葉干質量，說明植物地上部分營養結構越好，植株生長越好。單叢生物量、葉干質量和枝干質量均與根部特征呈顯著正相關，表明叢生竹的根系在植株生物量積累及生理生長中呈現為明顯的整體協調性。發筍量作為叢生竹育苗的重要指標，往往決定了育苗的成敗，在本次相關性分析中，發筍個數只與根系指標顯著相關，而與其他指標并無明顯關聯，說明在綠竹容器苗質量評價中不能單獨以生物量為指標來衡量。

表6 綠竹性狀、產量和品質的相關性分析

2.5 綠竹容器苗質量影響因素的綜合評價

綜合考慮主成分分析和各指標的相關性分析結果，在第一主成分下選擇單叢干質量來代表生物量特征，第二主成分選擇發筍個數、第三主成分選擇根干質量，共3 個主要指標，采用模糊數學隸屬函數法進行無量綱化處理并分析。結果顯示，在4 個因素中對綠竹容器苗質量的影響大小依次為肥料類型(D)＞基質種類(C)＞容器規格(B)＞容器種類(A)，其中最優方案為D2C1B3A1，該方案在試驗中并沒有出現。因此，選取較接近最佳試驗方案、在試驗設計范圍內容器育苗的最佳方案為D2C1B3A2，即肥料類型為有機肥、基質種類為泥∶珍=7∶3、容器規格為 25 cm(上口徑)、容器種類為塑料袋容器。

分析還顯示，在4 個因素中，肥料類型對竹苗質量的影響達到極顯著水平(P＜0.01)，基質種類的影響達顯著水平(P＜0.05)。不同處理間單因素對綠竹生物量影響表現為：無紡布＞控根容器＞塑料帶容器、容器規格為Φ25 cm＞Φ20 cm＞Φ15 cm、基質種類為泥∶珍=7∶3＞泥∶谷殼=7∶3＞土∶谷殼=5∶5、施肥種類為有機肥＞不施肥＞緩釋肥。隨著容器尺寸增長，綠竹生物量逐漸增大，表明綠竹容器苗的實際容器規格仍需增加，以滿足根系自然生長所需，在生產應用中可根據育苗需求進行容器規格選擇。

3 討論

關于容器育苗質量的評價，國內外學者已從苗木的形態指標逐漸深入到生理指標及兩者間相互作用的層面[22－24]。利用主成分分析和隸屬函數法對玉米(Zea maysLinn.)品種綜合評價的研究較多[25－27]，但對竹類質量評價的研究未見報道。劉現剛等[28]研究認為，可作為評價容器苗質量的指標包括苗高、地徑、高徑比、根莖比、根鮮質量、凈光合速率、水分利用效率，基本涵蓋了養分積累能力、苗木健壯度及抗性3 個重要方面。也有研究者將根系數量[29]、苗高及地徑[30]等作為主要質量指標對容器苗進行分級，能夠較為直觀地反映苗木質量。本研究發現，結合主成分分析與隸屬函數法對綠竹容器苗進行綜合評價，其結果與試驗表現相吻合，能夠較全面地反映綠竹容器苗的綜合生產性能，表明結合生物產量與必要品質特征能夠較全面地對容器育苗質量作出評價。

較高的生物量積累是評價綠竹生長質量的必備條件，能夠在最大程度上滿足用材需求，但作為筍用竹種，竹筍的產量和品質同樣重要[31]。研究顯示[32]，施肥可明顯提高綠竹筍的出筍數以及筍的蛋白質、氮、磷、鉀和氨基酸含量，有效提高筍體品質，改善竹筍脆嫩度。本研究發現，施肥水平對綠竹生物量的影響為有機肥＞不施肥＞緩釋肥，其中，緩釋肥處理下苗木質量低于不施肥，但未達到顯著差異(P＞0.05)，這可能是由于緩釋肥肥效釋放較慢所致，當年對綠竹生長的影響不明顯所造成的。綠竹單叢干質量與所測根部特征值均達到極顯著正相關(P＜0.01)，具有較好的同一性。營養器官含水率分布表現為地下部分＞地上部分，這與鄭維鵬[20]等對綠竹水分分布研究結果一致。長期生產實踐證明，部分可降解育苗容器可與苗木一起栽植入土[33]，如中國土質營養缽、日本紙質營養杯、美國秸土營養杯、加拿大彈性塑料營養杯、北歐泥炭容器等。在本試驗的3 種容器類型中，最適宜容器為聚丙烯無紡布容器，第 2年即可降解，對 1 ～2年生幼苗繁育極為合適，能夠作為綠竹幼苗培育的容器。

4 結論

本研究表明，影響綠竹生長和發筍量的各因素主次順序為：肥料類型＞基質類型＞容器規格＞容器類型，各因素的最優水平組合為D2C1B3A1，即施用有機肥、采用泥炭與珍珠巖(7∶3)為基質、容器規格為 25 cm × 23 cm × 23 cm(上口直徑×下口直徑×盆高)、容器采用無紡布容器。在4 個因素中，容器規格對根系質量、根表面積、根體積影響顯著，且呈正相關趨勢，從總體上來看，施肥類型、容器規格和基質種類占主導因子，容器類型影響相對較小。