香椿候选优树生长和基本材性表型变异分析

王 鹏

(福建省宁德市林业科研与技术推广中心，福建 宁德 352100)

香椿(ToonasinensisRoem.)为楝科香椿属落叶乔木[1]，原产于我国，树干通直，速生性强，在我国南北方多个省份均有分布和栽培，是广大农村地区房前屋后常见的庭院树种。香椿是稀有的木本蔬菜树种之一，北方地区如山东、河南一带种植香椿以食用为主，椿芽菜为当地春天特有的时令蔬菜，由于其季节性强、市场上较为稀缺且富含多种营养物质，在2019年春天每斤卖到200多元的高价。而在南方福建省宁德地区，因为香椿木材具有良好的耐水腐蚀性，当地人多用该木材来做木筏，另外，香椿木材因其材质纹路精美，心材多呈深红褐色，素有“中国桃花心木”的美誉，是家具、建筑以及木制艺术品的优良用材[2]。因此，香椿作为用途广泛且具有广阔发展前景的乡土树种，2012年被福建省列为福建省林木种苗科技攻关四期项目重点攻关树种，该项目的实施极大地促进了福建省香椿的育种研究和发展推广，项目在对福建省香椿种质资源摸底调查的基础上，初步选择了一批生长表现较好的香椿候选优树。本研究对其中部分候选优树进一步进行生长性状和材性的测定，通过两者的综合表现分析，为今后的香椿遗传育种及良种推广栽培提供可靠的材料来源和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试材料为2013—2019年在福建省香椿分布区根据五株优树法初选的香椿候选优树(共64株)，树干通直，病虫害较少，分别位于宁德市福安市、宁德市蕉城区、宁德市霞浦县、福州市连江县、福州市闽侯县等福建省香椿主要分布区(表1)。

表1 香椿候选优树分布地

1.2 试验方法

1.2.1 生长性状测定 2019年9月，分别对每个候选优树树高和胸径进行测量，立木材积采用《福建省阔叶树二元立木材积表》公式V=0.000052764291D1.8821611H1.0093166进行计算[2]，式中：D为胸径，H为树高。

1.2.2 木材基本材性测定 利用内径为0.5 cm的生长锥对每个候选优树采集木芯，并在现场对木芯全长、木芯半长、芯材全长、芯材半长4个指标进行测量，分别计算木材的芯材率和偏心率[3]：木材的芯材率=(芯材全长/木芯全长)2×100%；偏心率=|木芯半长/木芯全长-0.5︱×100%。通过最大饱和含水量法测定木材基本密度[4]：木材基本密度ρ=1/[(Gmw/Gh)-0.346]，式中：Gmw、Gh分别为木芯饱和含水率时质量、105 ℃烘干后的质量。

1.2.3 统计分析方法 采用Excel 2016对香椿候选优树各个性状的均值、标准差、变异系数[5]等指标进行统计分析，利用统计软件DPS 7.05对各个性状进行正态分布检验、系统聚类分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 候选优树生长性状和基本材性表型变异

对64株候选优树的生长性状和木材材性的整体统计分析(表2)，发现它们之间存在着较大的差异，树高、胸径、立木材积、芯材率、偏心率和木材基本密度的变异系数分别为13.95%、18.47%、37.67%、9.58%、83.10%和10.40%。生长性状中变异最大的为立木材积，材性性状中变异最大的为偏心率。这些变异的存在，为进一步对这些候选优树进行生长及材性的综合分类奠定了基础。进一步对6个指标进行正态分布检验，发现树高、胸径、立木材积和基本密度4个指标遵从正态分布(P>0.05)，而芯材率和偏心率2个指标不遵从正态分布(P<0.05)，呈偏态分布(图1～图6)。

2.2 候选优树生长性状与材性的相关性

进一步对候选优树生长性状与材性等各个指标进行相关性分析。由表3可看出，立木材积除分别与树高和胸径呈极显著的正相关外，还与芯材率呈显著正相关；而芯材率同时还与胸径呈显著正相关，与木材基本密度呈极显著正相关。由此说明，生长性状和材性性状除自身内部指标间有着较强的相关性外，两者之间也有一定的显著相关性，而不是各自独立存在的，这为今后以生长性状指标来预估木材的材性提供了理论依据。

表2 香椿候选优树生长性状和材性变异情况

图1 树高分布图2 胸径分布图3 立木材积分布图4 芯材率分布

2.3 候选优树生长性状与材性综合分析

2.3.1 生长性状、材性系统聚类分析 对候选优树生长性状和材性各个指标数据进行标准化处理，并利用离差平方和法进行系统聚类分析。结果见图7。可以将64个候选优树分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5个类别，分别对每个类别的候选优树群体生长性状和材性均值进行分析(表4)。其中，第Ⅳ类中的候选优树生长性状和材性的综合表现较优，特别是胸径、立木材积和芯材率分别达到33.8 cm、0.5771 m3和88.76%，均高于其它4个类别，此类别中的候选优树(FA2、MH1、JC2、LJ5、JC3、LJ1、FA15、FA19、MH4、FA3、FA6、JC4、MH2)为生长和材性表现较优的候选优树；第Ⅲ类中的候选优树生长性状和材性的综合表现较差，尤其是树高、胸径、立木材积和芯材率分别为11.7 m、21.2 cm、0.2010 m3和77.01%，均低于其它4个类别，此类别中的候选优树(FA7、FA11、JC11、LJ2、FA10、FA12、FA24、FA27、FA21、XP9、FA25、FA26)为生长和材性表现较差的候选优树；而第Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ类中的候选优树生长性状和材性的综合表现处于第Ⅲ和第Ⅳ类之间，且各有比较突出的性状，如第Ⅰ类中的候选优树偏心率最低，仅为2.68%，而第Ⅱ类中的候选优树木材基本密度最高，可达0.5210 g·cm-3，第Ⅴ类中的候选优树树高最高，可达15.4 m，因此，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ类中的候选优树为生长和材性表现良好的候选优树。

图5 偏心率分布图6 基本密度分布

表3 香椿候选优树的主要性状间的相关系数

*：*、**分别为在5%、1%水平上显著相关。

表4 香椿候选优树的主要性状聚类分析

*：*为最优性状。

图7 生长性状、材性系统聚类图

2.3.2 生长性状和材性主成分分析 对生长性状和材性的6个性状指标进行主成分分析，以累计贡献率高于85%为原则[6-7]，选取前4个主成分进行分析，累积贡献率达到91.82%。表5中分别列出前4个主成分的特征根、累积贡献率以及各个特征根所对应的特征向量，不同性状的特征向量值大小反映4个主成分的生物学意义。第一主成分的贡献率为37.94%，对该主成分影响较大的性状有立木材积、胸径和树高，说明该主成分主要代表生长性状；且这些性状的向量值均为正值，说明该主成分值越大，立木材积、胸径和树高值越大。第二主成分的贡献率为24.91%，对该主成分影响较大的性状有木材基本密度、芯材率和偏心率，说明该主成分主要代表木材的材性；木材基本密度和芯材率的向量值为正值，偏心率的向量值为负值，说明该主成分值越大，木材基本密度和芯材率越高，而偏心率越低，即材性越好。第三主成分的贡献率为15.81%，对该主成分影响较大的性状有偏心率、树高和芯材率；偏心率和芯材率的向量值为正值，树高的向量值为负值，说明该主成分值越大，偏心率越高，树高值越低，而芯材率却越高。第四主成分的贡献率为13.16%，对该主成分影响较大的性状有树高、偏心率和胸径；树高和偏心率的向量值为正值，胸径的向量值为负值，说明该主成分值越大，偏心率越高，胸径越小，但树高值却越高。

香椿每个候选优树的前4个主成分值见表6。经过比较分析(表7)，第一主成分值较高的候选优树有：MH1、JC2、JC3、FA2、FA3、LJ5、MH2、MH4、FA15、LJ8、LJ1、FA6、JC4、XP1和XP5，说明它们为生长性状较优的候选优树；较低的有：FA7、XP9、FA17、LJ2、FA30、JC7、FA24、JC11、FA11、FA12、FA25、FA26、FA27、FA21和FA10，说明它们为生长性状较差的候选优树；而其它候选优树的生长性状处于中等水平。第二主成分值较高的候选优树有：FA9、JC8、JC12、FA14、JC4、MH3、FA3、JC7、FA13、MH2、FA17、JC6、FA30、FA6和FA16，说明它们为材性较优的候选优树；较低的有：LJ5、FA20、LJ8、XP9、MH4、XP5、XP1、FA19、XP3、FA21、XP4和XP6，说明它们为材性较差的候选优树；而其它候选优树的材性处于中等水平。第三主成分值较高的候选优树有：XP9、FA21、FA26、FA2、FA19、FA25和MH4，说明它们虽然芯材率较高，但偏心率较高，树高值较低；较低的有：FA7、FA29、XP7、FA17、LJ7、FA5、JC6、LJ2、XP5和XP6，说明它们虽然偏心率较低，树高值较高，但芯材率较低；其它候选优树处于二者之间。第四主成分值较高的候选优树有：LJ8、FA21、LJ6、FA18和FA14，说明它们虽然树高值较高，但偏心率较高，胸径较小；较低的有：FA15、FA27、FA13、JC7、XP8、FA19、MH1和FA28，说明它们虽然偏心率较低，胸径较大，但树高值较低；其它候选优树处于二者之间。综上所述，第一主成分值和第二主成分值均高的候选优树为生长性状与材性俱佳的候选优树，分别是：FA3、MH2、FA6和JC4，这与系统聚类分析的结果是一致的(图7虚框部分)。

表5 香椿候选优树生长和材性性状的主成分分析

*：*为在该主成分中影响较大的特征向量。

表6 香椿候选优树的主成分值

表7 香椿候选优树的主成分分类表

*：▲为第一主成分与第二主成分值均较高的候选优树。

3 结论与讨论

64株候选优树的生长性状和木材材性存在着不同程度的变异，以立木材积和偏心率变异最大。其中树高、胸径、立木材积和基本密度4个指标属于正态分布，而芯材率和偏心率2个指标呈偏态分布。相关性分析表明，芯材率与胸径和立木材积分别呈显著正相关，说明生长性状和材性性状之间存在着一定的关联性，今后香椿研究实践中可以通过胸径的大小来初步预估芯材率的高低，对于香椿育种工作来讲，这对于减少野外工作量以及提高育种工作效率有着显著的实践意义。另外，芯材率与木材基本密度呈极显著正相关，说明木材芯材率高其基本密度也大，木材基本密度是研究木材材质以及各种力学强度的重要标准[8]，该指标的获得比芯材率最少晚20 d左右，而通过芯材率的大小可以对其木材基本密度进行初步的判断，同样可以显著提高工作效率。

将生长性状与材性结合在一起进行综合分析是很多用材树种常用的分析方法，主要的研究方法有聚类分析方法、主成分分析方法和多性状指数分析方法等[9]。本研究分别利用聚类分析、主成分分析的方法对候选优树进行综合分析，聚类分析最终可以将64株候选优树最终分为生长与材性综合表现优、良、差3类，其中FA2、MH1、JC2、LJ5、JC3、LJ1、FA15、FA19、MH4、FA3、FA6、JC4、MH2共13株为生长与材性综合表现较优的候选优树，它们的胸径、立木材积和芯材率均比较高，整体均值分别达33.8 cm、0.5771 m3和88.76%；而主成分分析分别从4个主成分所代表的主要性状角度对候选优树进行分析，共可细分为12个类别，其中生长性状表现较优的候选优树为MH1、JC2、JC3、FA2、FA3、LJ5、MH2、MH4、FA15、LJ8、LJ1、FA6、JC4、XP1和XP5共15株，而材性表现较优的候选优树为FA9、JC8、JC12、FA14、JC4、MH3、FA3、JC7、FA13、MH2、FA17、JC6、FA30、FA6和FA16共15株，生长性状与材性综合表现较优的为：FA3、MH2、FA6和JC4，它们的树高、胸径、立木材积、芯材率、偏心率和木材基本密度整体均值分别为15.6 m、29.7 cm、0.4988 m3、92.64%、2.98%和0.5428 g·cm-3，这4株均属于聚类分析生长和材性综合表现较优的候选优树。所以2种方法的分析结果是基本一致的，只是分析的角度不同而已。李善文等[7]在黑杨派无性系选择以及虞沐奎等[10]在火炬松种源选择中利用上述2种方法也得出了类似的结论。但比较而言，系统聚类分析的结果更加注重整体性状的表现，而主成分分析的结果更加注重具体性状的表现，因此两者要联合起来使用才能使分析结果更为科学。

本研究为今后福建省香椿的遗传育种研究和良种推广应用提供了一定的理论支撑和较优质的选择材料，但是目前的分析结果仅是依据表型性状分析得出的初步结论，这些表型性状或多或少都受到海拔、土壤、局部小气候、年龄等因素的影响，因此还需进一步根据不同环境因素结合遗传测定才能得出较为可靠的结论。

*：本研究得到国家林业局南方山地用材林培育重点实验室和福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室的资助，福建省林业科学研究院高楠、何文广和福建省清流国有林场余孟杨等同志参加了野外调查工作，特此致谢！