石山木莲实生苗形态特征与生物量研究*

袁丛军，陈景艳，李鹤，邓伦秀，杨成华

(贵州省林业科学研究院，贵州　贵阳530005)



石山木莲实生苗形态特征与生物量研究*

袁丛军，陈景艳，李鹤，邓伦秀，杨成华

(贵州省林业科学研究院，贵州贵阳530005)

以1年生石山木莲实生容器苗为实验材料，研究5种高度级下苗木形态特征与生物量分配关系。结果表明，(1)幼苗根重比、根冠比随苗木高度增加逐渐减小，地径、高/径比、地上鲜质量和干质量、单株干质量、地上和地下含水率、整株含水率、主根径和根长、根幅面积及苗木质量指数随苗木高度增加整体上呈递增趋势，一级侧根数变化不明显；(2)建立DH&SBI地上、&SBI地下和&SBI的最优预估三次方程，依次为SBI地上(R2=0.680)>SBI地下(R2=0.674)>SBI(R2=0.546)；(3)石山木莲苗木质量指数除与苗高外的各项指标均达到极显著水平(P<0.01)，单株生物量除根冠比外，其余各项指标均呈显著或极显著水平(P<0.01)；(4)苗高和地径可作为生产实践中石山木莲苗木质量快速评价和分级的最优指标。

石山木莲；形态特征；根冠比；苗木质量指数；生物量

林木种苗是造林的物质基础，其质量好坏直接影响造林质量[1～2]，形态特征与生物量是评价苗木质量好坏的重要指标。地径和植株高等形态特征直接反映了苗木生长状况，亦是苗木测定最常用的生长指标[3]；幼苗生物量表征着苗木对其生长生物环境与非生物环境适应能力。因此，不同高度级分化苗木的形态特征与生物量关系的研究对指导苗圃苗木生产、评价管理水平和苗木质量分级具有重要意义，尤其研究珍稀濒危植物种质资源，开展种苗扩繁与培育对生物多样性保护极其重要。

木莲属(Manglietia)植物是木兰科(Magnoliaceae)的最原始类群[4]，以中国南部和西南部地区为现代分布中心[5]，该属种类多为兼具重要科学研究、生态经济和工业开发用途的多功能树种。石山木莲(Manglietiaaromaticavar.calcarea)为木莲属常绿乔木，原记载贵州分布于荔波县莫干、洞庭、水尧等地，分布区狭小，主要散生于石灰岩山地海拔600～800m的林中及林缘[6]，随后司马永康对该种分布进行修订，该种在广西环江、木论亦有分布[7]，并将其作为香木莲(Manglietiaaromatica)的变种，本课题组认为该种仍然是一个独立的种，该种树干通直、圆满，花大而美丽，是一种很好的用材树种和观赏树种。为中国西南、石灰岩山地特有珍稀濒危适生植物[7～8]，是典型的嗜钙植物，其生态环境幅度小，对钙质要求高，生活在特殊的喀斯特石灰岩生境中，是喀斯特地区特有分布种，可为喀斯特退化生态系统修复树种选择提供参考[9]。目前，自1984年该种发表以来，相关研究甚少[7～11]，且有关育苗方法及苗期生物量研究尚无报道。石山木莲轻基质育苗可克服传统苗圃地土壤育苗基质重量大、苗木运输成本高和造林效率低等问题[12]，尤其在石漠化区植被恢复造林过程中可大大节省运输成本。

为探讨轻基质苗木石山木莲苗木苗高等级与苗期生物量关系特征，本文基于4种不同轻基质配比，以石山木莲1年生5种高度等级苗木为研究对象，研究石山木莲苗高等级与苗木生物量分配特征，可为进一步石山木莲轻基质苗木质量评价和分级提供有益参考，亦对苗木荒山造林整地选择有一定的实际指导意义。

1　材料与方法

1.1试验地概况

试验地设在贵州省林业科学研究院苗圃，位于贵州市南明区近郊8km处,106°43′E，26°30′N，海拔1 100m；属中亚热带季风气候，空气湿度大，阴雨日较多，日照时数偏少；热量资源较好，年平均气温15.2℃，1月平均气温6.3℃，7月平均气温27.7℃，极端最低气温-7.3℃，极端最高气温37.5℃，年平均降雨量1 198.9mm，平均相对湿度77%，无霜期278d。属于贵州高原中部丘陵地貌，地势较平缓；土壤为三叠纪石灰岩发育的山地黄壤，厚度多在0.8m以上，板结粘重，石砾含量多，瘠薄，pH值3.25～5.8[13]。

1.2采种及育苗

采种地点位于贵州省荔波县瑶麓乡铜鼓洞(108°04′05″E，25°28′12″N，海拔640m)，种源为3株长势良好、枝繁叶茂无病虫害的大树(1、2、3号)，混采混播。母树胸径34.5～91.4cm，树高25.0～30.0m。于2011年9月1-3日进行采种。

种子经去除假种皮后混沙湿藏，并注意通风、保湿；播种前用0.5%高锰酸钾溶液浸种3-5min后捞出，冲洗干净备用。

于2012年3月25日将处理后的石山木莲种子于苗圃地进行育苗，2012年4月9日开始出苗，5月20日出苗整齐，于2012年5月下旬从苗圃地间苗到轻基质(马尾松树皮100%、树皮︰珍珠岩=9︰1、树皮︰珍珠岩=8︰2、树皮︰珍珠岩=7︰3)容器网袋继续培养，并按育苗常规进行施肥、浇水、除草、喷药、除虫等日常管理[14]。

1.3主要指标测定

2013年1月29日分别从各类轻基质中随机选取长势健壮、生长良好无病虫害的苗木，全株挖出，记录苗高、地径、叶片数、根系长度等因子，并用清水冲洗干净待植株表面水分晾干后，利用电子天平(精确度0.001g)称量鲜质量，105℃杀青后，85℃烘至恒重称量干质量[15]。

1.4数据处理

观察石山木莲在轻基质中生长较为缓慢，研究将苗木高度等级划分为5个等级，I≥14.0cm；14.0cm>II≥12.0cm；12.0cm>III≥10.0cm；10.0cm>IV≥8.0cm；V<8.0cm。基于苗木因子及生物量实测数据，分析各指标间相关性，选择合适苗木因子建立苗木生物量预估方程[15]；苗木质量指数(QI)采用QI=W总/(H/D+W地上/W地下)[16]；根冠比=根干质量/地上部分干质量，根重比=根干质量/植株总干质量，高径比=苗高/地径[17～18]；含水率=(鲜质量-干质量)/鲜质量×100%、植株生物量=地上部分干质量+地下部分干质量、茎叶质量比=地上部分干质量/植株生物量、根幅面积=π×[(根幅长+根幅宽)/2]2。

采用SPSS 21.0软件进行数据分析和Excel 2013 制表，数据采用平均值±标准误。

2　结果与分析

2.1地径、高径比

地径和高径比随不同苗木高度等级变化如表1。地径、高径比均随苗木高度增加呈现递增趋势；I、II、III级苗地径、高径比都高于总体平均值，所占比例54.2%。不同苗高等级间高径比均呈极显著差异(P<0.01)。地径差异显著表明，I级苗与II、III级苗差异显著(P<0.05)，而与IV、V级苗呈极显著差异(P<0.01)；II级苗与III级苗差异不显著(P>0.05)，与III、IV级苗差异显著(P<0.05)，而与V级苗差异极显著(P<0.01)；III级苗与IV级苗差异不显著(P>0.05)，与V级苗差异显著(P<0.05)；IV级与V级苗差异极显著(P<0.01)。

表1　地径、高径比随不同苗木高度等级变化特征

注:同列中不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)；不同小写字母表示差异显著(P<0.05)；取样植株共计240株，后期数据处理过程中剔除两株异常值，因此共计有238株。

2.2生物量特征及预估方程拟合

单株苗木生物量随着苗木高度等级从Ⅰ～Ⅴ级呈现递减，I、II、III级苗均大于平均值(见图1)。由图1可知，地上鲜质量与干质量均随着苗高增加呈递增趋势，地下鲜质量与干质量呈先增加后降低再增加趋势；除II、III级苗高等级的地下鲜质量(或干质量)、地上鲜质量(或干质量)差异不显著外，其余各级苗木高度等级间均呈显著性差异(P<0.05)。不同苗高等级的含水率均呈现地下部分>整株>地上部分(见图2)，由图2可知，地上含水率除II与III、IV、V，IV与V外，各苗高等级间均呈显著性差异(P<0.05)；地下含水率除I与II、II与III外，其余各苗高等级间亦均呈显著性差异(P<0.05)。

图1　鲜质量与干质量苗木高度等级变化特征

图2　不同苗木部分含水率随苗高等级变化特征

分别采用单变量(H、D)和组合变量(DH)因子对苗木地上生物量、地下生物量、单株生物量回归分析(表2)。由表2可知，以自变量DH对地上部分生物量、对地下生物量和单株生物量的三次方程拟合效果最优，各部位拟合最优方程依次为地上部位生物量(R2=0.680)>单株生物量(R2=0.674)>地下部分生物量(R2=0.546)。以单变量H和多变量DH对地上生物量拟合效果较好(R2=0.522和R2=0.680)，地下生物量则以多变量DH和D2H因子拟合较好(R2=0.482和R2=0.546)，采用以多变量D2H因子对单株生物量拟合效果最优(R2=0.674)。

表2　1年生幼苗植株鲜质量及生物量最优预估方程(N=238)

2.3根系特征及苗木质量指数变化

各根系特征指标与苗木质量指数在不同苗木高度等级间差异不同(表3)。主根径随着苗木高度增加逐渐增加，而主根长及苗木质量指数随着苗木高度增加依次为I级>III级>II级>IV级>V级；随着苗木高度增加根重比和根冠比则逐渐递减、根幅面积整体上呈现递增(III级> I级>II级>IV级>V级)、一级侧根数(侧根长>5.0cm)变化规律不明显。差异显著性分析表明，不同苗高等级间侧根长差异未达极显著水平(P>0.01)，V与I、II、III、IV差异显著(P<0.05)，根幅面积IV与V差异显著(P<0.05)，其余各等级间差异不显著；主根径除II与III、III与IV外，主根长和苗木质量指数除I与II、II与III外其余各苗高等级间均差异显著(P<0.05)；根冠比与根重比除I与IV、I与V，II与IV、II与V达显著水平(P<0.05)，根幅面积除IV与V达显著水平(P<0.05)，其余各等级间均不显著。

表3　根系特征及苗木质量指数随不同苗高等级变化

注:同行中不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)；不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.4各项形态特征指标间的相关分析

石山木莲苗木各形态特征指标相关矩阵如表4所示。由表4可知，除苗高外，其余各项指标与苗木质量指数均呈显著相关(P<0.05)。其中，高径比(HDR)、苗木含水率(MCS)极显著负相关(P<0.01)，地径(D)、根冠比(RSR)、根重比(POR)、单株生物量(SBI)、一级侧根数(NFR)、主根长(MRL)、主根粗(MRD)、根幅面积(ROA)与苗木质量指数呈极显著正相关(P<0.01)，体现苗木的质量好坏，宜作为评价苗木质量的主要参考指标。苗木单株生物量(SBI)除与根冠比(RSR)外，与其余各项指标均呈显著或极显著水平(P<0.01)；由于苗高(H)、地径(D)是苗木最容易观测的指标，也最能体现苗木质量，因而宜作为生产实践中苗木质量快速评价的最优指标[19～ 20]。

表4　石山木莲幼苗各形态特征的相关矩阵

注：**在 0.01 水平上显著相关；*在0.05水平上显著相关；除非另行注明，bootstrap结果将基于1000 bootstrap 样本。

3　结论与讨论

3.1结论

(1)石山木莲幼苗根重比、根冠比随苗木高度增加呈逐渐减小，一级侧根数变化不明显，地径、高/径比、地上鲜质量、地上干质量、单株干质量、地上含水率、地下含水率、整株含水率、主根径、主根长、根幅面积及苗木质量指数随苗木高度增加整体上呈递增趋势，主根长、根幅面积分别在III级、IV级取得最大值。

(2)研究建立DH&SBI地上、&SBI地下和&SBI的最优预估三次方程，依次为SBI地上(R2=0.680)>SBI地下(R2=0.674)>SBI(R2=0.546)。

(3)石山木莲苗木质量指数与苗高外的各项指标均呈极显著水平(P<0.01)，单株生物量除与根冠比外，与其余各项指标均呈显著或极显著水平(P<0.05)；由于苗高、地径是苗木最易测的指标，体现苗木质量好坏，宜作为生产实践中苗木质量评价和分级的最优指标。

3.2讨论

本研究表明，除苗木根重比、根冠比随苗木高度增加呈逐渐减小和一级侧根数变化不明显外，其余各项特征指标均随苗木高度增加整体上呈递增，研究结果与米老排(Mytilarialaosensis)[19]、大果木姜子(Litsealancilimba)[21]等研究结果相似。幼苗地下部分(根系)和地上部分(冠层)是苗木生长的吸收水养和合成有机物唯一途径。根、冠间存在着既互相依赖又互相竞争的功能均衡关系[22]，为了自身生长和适应多变化环境需要(如水胁迫[15,23～25]等)，往往会通过调节根-冠的生长分配策略来适应外在环境变化[26]。本研究结果显示苗木根冠比和根重比随着苗高增加呈递减，说明处于同一生境(水、养分、光等)的苗木也通过调整地下部分(根系)和地上部分(苗冠)分配来适应单株间的竞争，从而保证自身存活。高径比是衡量苗木抗性及造林成活率的重要指标[19]，研究显示苗木高径比与单株生物量(-0.490**)、质量指数(-0.638**)呈极显著负相关(P<0.01)；即苗木高径比越大，苗木生物量和质量指数越低，反之，苗木生物量和质量指数越高，结果与岷江柏(Cupressuschengiana)幼苗生长研究的一致[27]。苗木质量指数是反映苗木质量好坏的一项形态特征综合指标[16]，而苗木质量评价包括形态指标、生理指标和活力的表现指标等综合评价[28]，而形态特征是苗木遗传特性与生存环境条件共同作用的外在表现，反映苗木质量好坏，综合多形态特征指标能客观地反映苗木质量(如苗木高径比、根冠比、苗木质量指数等)[19,29]，与单一形态指标相比较，更能反映苗木的综合质量，在石山木莲苗木质量评价中也应予以考虑。研究仅针对了石山木莲1年生播种苗的形态指标，并未就生理指标变化、活力指标表现进行细致分析，今后有必要开展石山木莲苗木形态特征与质量分级造林成效相关研究，可为全面综合评价苗木质量分级提供重要依据[30]，以探讨合适的苗木质量评价指标和分级标准，从而更好地为石山木莲苗木生产与造林实践提供参考。

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Morphological Characteristics and Biomass of Manglietia aromatica var.calcarea

YUAN Cong-jun，CHEN Jing-yan，LI He，DENG Lun-xiu，YANG Cheng-hua

(Guizhou Academy of Forestry,Guiyang Guizhou 550005,P.R.China)

The relationship of 5 kinds of high-grade seedling morphology and biomass allocation ofManglietiaaromaticavar.calcareawas studied by using 1-year-old seedlings as experimental materials.The results showed that:(1) the seedling root weight and the rate between root and cap gradually reduced with increase of seedling height,while index such as ground diameter,height/diameter ratio,the ground fresh weight,the dry weight,single biomass,moisture content of the ground and underground,moisture of the whole plant,root diameter ,root length,area of root and seedling quality increased with seedling height increasing，the overall-level of lateral root number change was not obvious;(2) the optimal forecast cubic equation ofDH&SBIground,D2H&SBIundergroundand&SBIsingleindicated theSBIground(R2=0.680)>SBIunderground(R2=0.674)>SBI(R2=0.546);(3) with the exception of seeding height，the seedling quality index ofManglietiaaromaticareached extremely significant level (P<0.01),and except the ratio between root and shoot,relevant indicators of single biomass reached significant or extremely significant level (P<0.05)；(4)seedling height and ground diameter can be used as the practical and quick indicators for quality evaluation and classification ofManglietiaaromaticavar.calcareaseedling.

Manglietiaaromaticavar.calcarea;morphological characteristics;the root-shoot ratio;seedling quality index;biomass

2015-09-23

贵州省林业科学技术研究项目(黔林科合[2012]02号)，院长基金“贵州木兰科植物研究”。

袁丛军(1990-)，男，硕士研究生，研究实习员，主要从事恢复生态学、植物学分类与保护研究。

E-mail:ycongjun2012gzdx@163.com

简介：邓伦秀(1969-)，女，博士，研究员，主要从事林木种质资源研究。E-mail: dlxdeng@163．com

S 718

A

1672-8246(2016)04-0123-07

doi:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.04.021