南方红豆杉盆栽轻型基质配方优化1)

欧建德 吴志庄

(明溪县林业局，明溪，365200) (国家林业局竹子研究开发中心)

南方红豆杉盆栽轻型基质配方优化1)

欧建德 吴志庄

(明溪县林业局，明溪，365200) (国家林业局竹子研究开发中心)

为筛选南方红豆杉盆栽轻型基质配方。以轻型基质泥炭土、珍珠岩、锯末、谷壳等农林废弃物为基本材料，采用单形重心混料设计在福建明溪进行试验。通过观察在相同试验条件下各基质配比的盆栽生长与观赏美感反应，建立了数学模型，并与实际试验结果进行了比较分析, 数学模型拟合效果理想。利用主成分分析对指标体系筛选并建立综合得分数学模型，利用综合得分数学模型进行配方寻优，最后利用聚类分析法将基质类型划分为4类。 筛选出3个优良促生型基质配方，且以体积V(泥炭土)∶V(谷壳)∶V(锯末)= 0.591 5∶0.323 8∶0.084 7轻型基质配方更值得推广。

南方红豆杉；混料设计；配方优化;盆栽;轻型基质配方；主成分分析；聚类分析

南方红豆杉(Taxuschinensisvar.mairei)盆栽以其枝叶茂密、树姿优美、四季常青，且耐阴的生物学特性与能够改善空气质量成为我国盆栽的新宠[1-2]；具有培育周期短、价值高、极具市场前景等特点，成为观赏利用开发的重点。当前，南方红豆杉观赏盆栽轻型基质大多以不可再生的泥炭和珍珠岩作为材料，存在着成本高且盲目配比等不足。选用价兼、易得的锯末、谷壳等农林废弃物，进行配方优化显得十分重要。南方红豆杉容器苗基质和生长影响方面有过研究[3-6]，但在观赏盆栽及美感方面的研究尚属空白。混料试验设计因其可以尽可能少的试验次数解决多因素试验问题而被广泛应用于基质配方优化[7-12]。为此，在福建明溪以当前基质配方为对照，采用单形重心混料设计,分析基质配方对盆栽性状影响，利用主成分分析对指标体系筛选并建立综合得分数学模型，进行促进型基质配方寻优；利用聚类分析法将基质类型分类，为盆栽栽培提供科技支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

基质材料：泥炭土经晒干、粉碎、过筛，纤维长约为5 mm；珍珠岩过筛；锯末采用当地木材加工厂的锯屑，经腐熟处理；谷壳系当地农业废弃物，经炭化处理。盆栽容器的种类和规格为试验采用黑塑料容器，规格14 cm(直径)×18 cm(高)。

供试苗木：2年生南方红豆杉苗。苗高约45 cm,地径约0.6 cm，生长良好且较一致。

1.2 基质配方与试验设计

试验于2013年1-8月份在福建省明溪县上坊村连幢塑料温室大棚内进行，大棚顶部覆盖透光度约40%的黑色塑料遮阴网，并进行日常管理。基质配方采用{4，3}单形重心混料试验设计[13](表1,表2)，以泥炭土(Z1)、谷壳(Z2)、锯末(Z3)、珍珠岩(Z4)等4种基质成分进行配比，共设计了15种基质配方(含对照)，具体成分值见表2。表1中编码值与实际成分值按Z1=0.8x1+0.2、Z2=0.8x2、Z3=0.8x3、Z4=0.8x4公式进行转换，Zi为实际成分值，xi为编码值(下同)。试验按完全随机区组设计，15个处理，3次重复，30盆·小区-1。

表1 编码值与实际成分值转换

1.3 性状测定

于定植后逐株调查盆栽地径，记为期初地径，于8月份进行当年抽梢长度和盆栽地径复查，记为期末地径，地径生长量=期末地径-期初地径；于8月份选择6株·小区-1进行新枝叶鲜生物量测定；叶片色泽美感测量(评价)从2月份开始，每月评价1次，共测定6次。计算其平均值为小区代表值，统计其小区平均值作为配方试验的反应值。当年枝叶鲜生物量为当年新萌发的枝叶的鲜质量。叶片色泽美感评价分5级，浓绿(5分)，较浓绿(4分)，淡绿(3分)，黄绿(2分)，枯黄(1分)，得分越高，叶片色泽观赏美感越优[14]。

表2 各试验基质配方的体积配比

1.4 促进型基质配方优化

指标体系建立：利用主成分分析法对P1～P15参试的15个基质配方的4个性状指标进行主成分分析；并在主成分累计方差贡献率达85%条件下，选取相应主成分构建性状指标体系，并建立主成分得分值评价数学模型。

综合得分模型建立与寻优：根据综合得分为各个主成分得分值的累计原理，建立综合得分数学模型；基于综合得分(yi)最大值的目标，在0≤xi≤1，∑xi=1的约束条件下，采用EXCEL2003规划求解方法[13]，优化基质配方并定义，求算相应的性状表现值(理论值)。

1.5 盆栽基质配方分类

对16个基质配方(其中P16为规划寻优的优化配方)的综合得分值进行聚类分析，划分类型并定义。

1.6 统计分析

采用Excel 2003软件进行数据处理、方差分析与规划求解，在方差分析显著的前提下进行LSR法多重比较；利用SPSS21进行主成分与聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同基质配方的南方红豆杉观赏性状比较

南方红豆杉盆栽以其枝叶茂密、叶片繁多且色泽浓绿而极具观赏美感。当年抽梢、地径生长量、叶片数量与色泽美感影响着盆栽的观赏价值。当年新萌发的枝条与叶子数量的多少，直接影响盆栽的总体小枝与叶片数量。鉴于叶片数量繁多、计数困难，本研究以当年枝叶鲜生物量指标代替，作为评价叶片数量的指标。

结果(表3)显示，基质配方对南方红豆杉观赏盆栽的当年抽梢、地径生长量、当年枝叶鲜生物量以及叶片色泽美感均有着极显著性影响，表明了不同基质配方盆栽的观赏价值存在着极显著性差异。

2.2 观赏盆栽基质编码值回归方程拟合与因子主效应分析

由于性状回归方程均采用无量纲编码代换，进行因子主效应分析可直接比较各偏回归系数绝对值的大小。当年抽梢回归模型的一次项可以看出，泥炭土、谷壳、锯末、珍珠岩系数分别为25.3、19.0、12.8和17.8，表明在促进当年高生长方面由优到劣排序为泥炭土、谷壳、珍珠岩、锯末；同理可知在促进当年地径生长方面由优到劣排序为泥炭土、谷壳、珍珠岩、锯末；在促进当年枝叶鲜生物量方面由优到劣排序为谷壳、珍珠岩、泥炭土、锯末；在促进叶片色泽美感方面由优到劣排序为谷壳、珍珠岩、泥炭土、锯末。以上结果进一步表明，盆栽的性状表现是基质类型与比例共同作用的结果，不同基质类型在盆栽的性状表现中的作用大小存在差异，科学合理基质配方十分必要。

表3 不同基质配方对盆栽性状反应值与结果

表4 基质编码值回归方程

2.3 促进型基质配方寻优

尽管单形重心设计可以尽可能少的试验次数解决多因素试验问题，但是，在这些试验点外，是否存在更佳的配方组合，应对回归模型的进一步分析予以得出。本研究基于促进型基质配方优化的目标，加上以上结果表明基质配方的性状的不一致性的原因，进行综合评价得分寻优显得十分必要。

评价指标体系与主成分得分值评价数学模型的建立：经主成分分析可知，第一主成分的特征值为3.763，贡献率达94.087%，代表了南方红豆杉性状94.087%的综合信息。第一主成分表达式为y=0.258×当年抽梢+0.258×当年地径生长量+0.256×当年枝叶鲜生物量+0.259×叶片色泽美感。将数学模型1～4(表4)分别代入第一主成分表达式，得到第一主成分得分值数学模型为

y=0.258×(25.3x1+19.0x2+12.8x3+17.8x4+25.8x1x2+

5.8x1x3+39.4x1x4+15.2x2x3-25.6x2x4-1.6x3x4+61.2x1x2x3+35.1x1x2x4-172.2x1x3x4+194.4x2x3x4)+0.258×(76.0x1+57.0x2+38.4x3+53.4x4+77.2x1x2+16.8x1x3+118.0x1x4+46.0x2x3-76.8x2x4-5.2x3x4+181.2x1x2x3+105.6x1x2x4-

511.2x1x3x4+583.2x2x3x4)+0.256×(13.17x1+16.38x2+6.58x3+

15.0x4+49.98x1x2+6.78x1x3+40.86x1x4+6.76x2x3-39.08x2x4-14.04x3x4+269.97x1x2x3-53.31x1x2x4-260.01x1x3x4+183.45x2x3x4)+0.259×(3.87x1+4.07x2+3.40x3+4.00x4+

2.80x1x2+0.54x1x3+2.26x1x4+0.54x2x3-2.54x2x4-1.08x3x4+

10.50x1x2x3-1.62x1x2x4-14.79x1x3x4+12.12x2x3x4)

综合得分模型建立与促进型基质配方寻优：因本研究第一主成分的方差贡献率达到94.087%，为简化计算，在本研究中可以用第一主成分值数学模型代替综合得分值模型进行基质配方的规划寻优。

经EXCEL2003规划求解，寻优结果为x1=0.489 4、x2=0.404 7、x3=0.105 9,并重新定义为P16(促进型优化基质配方)，代入系列回归方程(模型1～4)，求算出系列性状的理论值(表3)，当年抽梢、地径生长量、当年枝叶鲜生物量和叶片色泽美感理论值分别为28.77 cm、86.26 mm，29.97 g·株-1，4.73分,其综合得分值为38.58。经换算，P16(促进型优化基质配方)为V(泥炭土)∶V(谷壳)∶V(锯末)=0.591 5∶0.323 8∶0.084 7。

2.4 对南方红豆杉性状指标聚类分析

聚类结果显示，16个基质配方可分成4类。鉴于盆栽培育目标的差异，第1类定义促进型，聚类中心值为38.25，有P5、P7、P11、P15、P16。该类基质可促进南方红豆杉盆栽的生长且具高观赏美感，适用于速成型盆栽培育；第2类定义为良好型，聚类中心值为31.81，有P1、P12，该类基质在促进盆栽生长与观赏美感仅次于促进型；第3类定义为中等型，聚类中心值为25.14，有P2、P4、P6、P8、P14，该类基质在促进盆栽生长与观赏美感表现一般；第4类定义为缓生型，聚类中心值为17.17，有P3、P9、P10、P13，该类基质的盆栽生长较缓慢，适用于微型盆栽培育，但其枝叶茂密程度与叶片色泽美感表现较差，应结合叶面肥、光环境等技术进行提升。

表5 基质配方聚类分组结果

按照速生、高观赏美感的培育方向，基质配方排名第一的为P7，其综合得分值为39.79，基质配方为V(泥炭土)∶V(珍珠岩)=0.6∶0.4；排名第二的为P15(CK)，其综合得分值为39.22，基质配方为V(泥炭土)∶V(珍珠岩)=0.9∶0.1；排名第三的为P16，其综合得分值为38.58，基质配方为V(泥炭土)∶V(谷壳)∶V(锯末)=0.591 5∶0.323 8∶0.084 7。排名前二的基质配方原料均为泥炭土、珍珠岩，成本较高；鉴于泥炭土、珍珠岩的不可再生与高昴的价格，P16可以大量利用农林废弃物(谷壳、锯末)，约占40%，成本较低，经济实惠，更值得推广。

3 结论与讨论

本研究率先提出一种全新的基质配方精确优化的方法——混料试验主成分分析法，其可为同类研究提供借鉴。混料试验主成分分析法是在单形重心混料试验基础上，进行相关性状的回归方程拟合，然后再采用主成分分析方法，并根据主成分表达式，结合相应的性状回归方程，得出基质配方的综合得分值数学模型，最后在约束条件下，通过规划求解寻优，实现基质配方的精确化优化的全新方法。研究采用主成分聚类分析法，通过对综合得分值的聚类分析，将基质配方划分为促进型、良好型、中等型与缓生型等4种类型，并给出相应的适用范畴与建议，对科学盆栽培育具有指导意义。筛选出3个优良促生型基质配方，且以P16的基质配方(V(泥炭土)∶V(谷壳)∶V(锯末)=0.591 5∶0.323 8∶0.084 7)能够大量使用谷壳、锯末等农林废弃物(占总体积的40%以上)，具成本较低、经济实惠的特点，更值得推广。

本研究利用主成分聚类分析法，首先将南方红豆杉性状指标转化为较少的几个主成分，既涵盖了综合表现，又简化选择，然后再系统聚类，其研究结果与结论较常规的人为打分评价，更具科学性与客观性。研究结果表明，采用单形重心混料试验设计拟合数学模型，误差很小，拟合效果良好，这与前人的研究结论一致[7-12]；基质配方对盆栽植株的生长有着显著性影响，验证了前人的研究结果[3-5，15-16]；对观赏美感表现有着显著性影响，这与前人的研究结论一致[17]，说明科学基质配方是高观赏美感盆栽培育的关键。南方红豆杉观赏盆栽按照用途大致可分为常规(速生类型)与微型(矮化类型)等两大类型，本研究仅就常规(速生类型)盆栽进行基质配方精确优化，存在着一定的局限。有关微型(矮化类型)的基质配方精确优化尚待深入研究。

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Optimized Medium Ingredient with A Light Medium forTaxuschinensisvar.maireiPotted Plants//

Ou Jiande

(Mingxi Forestry Bureau, Mingxi 365200, P. R. China); Wu Zhizhuang(China National Research Center of Bamboo)//Journal of Northeast Forestry University，2015,43(9)：52-55，89.

The experiment was conducted to select the best potted plants light matrix formulation ofTaxuschinensisvar.mairei, with light matrix peat soil, pearlite, wood chips, and rice husks, such as agriculture and forestry waste as basic material in Mingxi County of Fujian, by simplex core experimental design. Under the same experimental condition, various growing and ornamental beauty reaction in mixture mediums was observed and the mathematical models were set up. The theoretical and practical results were compared with each other, and the mathematical model fitting effect was ideal. The system of indexes were selected by principal component analysis, and then the comprehensive score mathematical model were set up. The optimal formulation were chosen by the comprehensive score mathematical model. The formulation of the media were divided into four types by cluster analysis method, and three excellent growth promoting type matrix formulations were selected, with the most promoting values formulation of 59.15% of peat soil, 32.38% of rice husk, and 8.47% of wood chip in volume ratio.

Taxuschinensisvar.mairei； Design of mixture medium； Formulation optimization; Potted plants； Light matrix formulation； Principal component analysis； Cluster analysis

欧建德,男,1970年1月生，明溪县林业局,教授级高级工程师。E-mail：smmxojd@163.com。

2015年5月6日。

S723.1 S791.49 S688.1

1)三明市林业重大科研项目(2010-99)。

责任编辑：任 俐。