章理運(yùn)，邱 林，申明海，楊 博，周傳濤，張英姿，吳文竹

（1. 信陽(yáng)市林業(yè)科學(xué)研究所，河南 信陽(yáng) 464031；2. 信陽(yáng)雞公山自然保護(hù)區(qū)管理局，河南 信陽(yáng) 464133）

薄殼山核桃（Carya illinoensis）又名長(zhǎng)山核桃、美國(guó)山核桃、碧根果，為胡桃科（Juglandaceae）山核桃屬（CaryaNutt.）落葉喬木，是世界上重要的干果樹種之一，原產(chǎn)于美國(guó)和墨西哥北部［1］。其果仁色美味香，無澀味，營(yíng)養(yǎng)豐富，果仁油脂中不飽和脂肪酸的含量高達(dá) 940 g/kg，優(yōu)于茶油（910 g/kg）和山核桃油（890 g/kg）［2-3］。不飽和脂肪酸可以降低血液中膽固醇和甘油三酯的含量，能調(diào)節(jié)心臟功能、降低血液黏稠度、增強(qiáng)記憶力和思維能力，有利于人體健康，因此薄殼山核桃油脂是一種珍貴的營(yíng)養(yǎng)保健油，是理想的保健食品，極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力［4］。近年來，我國(guó)大力發(fā)展木本油料產(chǎn)業(yè)，作為油料、木材、園林綠化兼具的薄殼山核桃備受關(guān)注，浙江、江蘇、云南、安徽、江西、湖北等地出現(xiàn)種植熱潮。

薄殼山核桃在我國(guó)雖有百年的引種歷史，但到目前為止仍未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，堅(jiān)果消費(fèi)基本依賴進(jìn)口，造成這種現(xiàn)象的一個(gè)重要原因是缺乏科研和生產(chǎn)的積累［5］，多數(shù)果樹結(jié)果遲、品質(zhì)差、產(chǎn)量低而不穩(wěn)定，使得薄殼山核桃應(yīng)有的生產(chǎn)潛力沒有得到充分發(fā)揮［6］。苗木生長(zhǎng)規(guī)律是苗木遺傳特性與環(huán)境條件相適應(yīng)的反映，也是進(jìn)行生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)，根據(jù)苗木生長(zhǎng)過程中不同時(shí)期的生物學(xué)特性科學(xué)管理苗木，可以避免管理上的盲目性，降低管理成本，同時(shí)可以人為地施加“促生”和“抑生”條件，如施肥、剪枝、摘心、環(huán)剝、環(huán)割等調(diào)控措施來抑制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，促進(jìn)生殖生長(zhǎng)［7-8］，達(dá)到早產(chǎn)豐產(chǎn)的目的。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)薄殼山核桃的研究主要集中在繁殖技術(shù)、開花與授粉能力觀察［9-10］、光合作用［11-12］、果實(shí)生長(zhǎng)和品質(zhì)特征［13-14］以及人為調(diào)控對(duì)其生長(zhǎng)的影響［15-16］等方面，而在生長(zhǎng)規(guī)律方面的研究較少，也缺少生長(zhǎng)時(shí)期劃分的有關(guān)資料，不利于對(duì)該樹種的持續(xù)動(dòng)態(tài)管理。本研究以種植2年后的波尼薄殼山核桃苗木為試驗(yàn)材料，通過年生長(zhǎng)周期內(nèi)連續(xù)不間斷的監(jiān)測(cè)記錄，采用曲線模型對(duì)其年生長(zhǎng)變化情況進(jìn)行模擬分析，同時(shí)對(duì)生長(zhǎng)時(shí)期進(jìn)行劃分，以探索其生長(zhǎng)規(guī)律，旨在為薄殼山核桃在豫南地區(qū)的豐產(chǎn)栽培與科學(xué)管理等提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為波尼薄殼山核桃嫁接苗，2016年3月從浙江金華引進(jìn)700余株，苗高70～120 cm。

試驗(yàn)地設(shè)在信陽(yáng)市浉河區(qū)游河鄉(xiāng)和羅山縣周黨鎮(zhèn)，為北亞熱帶和暖溫帶的南北過渡區(qū)，屬北亞熱帶季風(fēng)類型，雨熱同季，氣候溫和，四季分明，年平均氣溫15.1～15.3℃，最冷月平均氣溫10℃，最熱月平均氣溫29.9℃，極端最高氣溫40.9℃，極端最低氣溫-20.3℃，無霜期220～230 d，年平均降水量1 100 mm左右，≥10℃的年積溫4 820～4 970℃。屬低山丘陵區(qū)，海拔100～200 m，地勢(shì)稍有起伏，土壤為黃棕壤，土層厚度一般在50 cm以上，pH值為6.5左右，呈微酸性。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2015年10月底開始整地挖穴，樹穴規(guī)格80 cm×80 cm×70 cm，造林密度設(shè)6 m×6 m、6 m×8 m、8 m×8 m 3種 規(guī) 格。2016年3月將薄殼山核桃嫁接苗按3種種植密度定植于試驗(yàn)地中，經(jīng)1年栽植緩苗后，2017年春季開始觀測(cè)。

自2017年3月15日芽萌動(dòng)至11月30日樹木開始落葉，選擇30株生長(zhǎng)發(fā)育正常的薄殼山核桃樹苗為標(biāo)準(zhǔn)株并掛牌，每隔15 d測(cè)定1次，主要測(cè)定株高、新梢長(zhǎng)、冠幅（鋼卷尺測(cè)量，精確到0.1 cm）和地徑（游標(biāo)卡尺測(cè)量，精確到 0.01 mm）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 生長(zhǎng)時(shí)期的劃分 采用有序樣本聚類法（最優(yōu)分割法）［17］，借助 DPS2000有序樣本聚類分析程序計(jì)算。

1.3.2 生長(zhǎng)過程的擬合 應(yīng)用SPSS 17軟件進(jìn)行回歸分析［18-19］，采用的數(shù)學(xué)模型包括二次曲線、等比級(jí)數(shù)曲線、S形曲線、三次方程、指數(shù)方程、冪函數(shù)曲線、Logistic方程模型。

二次曲線：Y=A+BT+CT2

等比級(jí)數(shù)曲線 ：Y=e（A+BT）

S 移曲線 ：Y=e（A+B/T）

三次方程：Y=A+BT+CT2+DT3

指數(shù)方程 ：Y=Ae（BT）

冪函數(shù)曲線：Y=ATB

Logistic 方程 ：Y=1/（1/u+ABT）

式中，Y為生長(zhǎng)量，A、B、C、D為隨機(jī)參數(shù)。分別將薄殼山核桃的苗高、地徑、分枝（新稍）生長(zhǎng)數(shù)據(jù)用上述7個(gè)模型進(jìn)行擬合，通過回歸分析，從中選擇最優(yōu)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南薄殼山核桃株高年生長(zhǎng)規(guī)律

薄殼山核桃栽植的第1年，由于起苗時(shí)根系損傷、生長(zhǎng)量較少，處于保活和樹體恢復(fù)階段，第2年開始正常生長(zhǎng)。在豫南地區(qū)，山核桃于3月15日左右開始萌動(dòng)，4月上旬開始抽稍、展葉，4月中、下旬新稍迅速伸長(zhǎng)，生長(zhǎng)較快，形成第1次生長(zhǎng)高峰期，6月下旬至7月上旬有一個(gè)減慢生長(zhǎng)階段，持續(xù)時(shí)間在15～20 d；7月中旬至8月下旬生長(zhǎng)加快，形成第2次生長(zhǎng)高峰期，9月上旬生長(zhǎng)量減慢，9月15日以后株高生長(zhǎng)基本停止，但葉片在樹上一直保持至10月底，11月上旬葉片開始變色，11月中旬逐漸脫落。全年株高凈生長(zhǎng)量為77.6 cm（平均值），呈現(xiàn)出明顯的“快-慢-快-慢”的生長(zhǎng)節(jié)律。

2.1.1 株高年生長(zhǎng)時(shí)期劃分 薄殼山核桃的苗高生長(zhǎng)隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對(duì)其生長(zhǎng)時(shí)期的劃分需按順序把樣本分割成若干段，因此本研究采用有序樣本聚類分割法（Fisher分類方法）對(duì)薄殼山核桃的生長(zhǎng)時(shí)期進(jìn)行劃分，從3月下半月開始至11月上半月止，每15 d凈生長(zhǎng)量的數(shù)據(jù)按順序連續(xù)編號(hào)為x1，x2，x3，…x16。通過計(jì)算機(jī)軟件程序可將這16個(gè)有序樣本分為4類：{ x1}，{ x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8}，{ x9，x10，x11}，{ x12，x13，x14，x15，x16}。將分類結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果相結(jié)合，可將薄殼山核桃的生長(zhǎng)時(shí)期劃分為4個(gè)時(shí)期（表1）。從表1可以看出，薄殼山核桃在豫南的年株高生長(zhǎng)時(shí)間達(dá)180 d，年株高總生長(zhǎng)量為77.6 cm，每15 d的凈生長(zhǎng)量見圖1。

圖1 河南薄殼山核桃株高凈生長(zhǎng)量變化

2.1.2 株高年生長(zhǎng)模型 由表2可知，用三次方程曲線模型擬合的決定系數(shù)（R2=0.991）最大，擬合效果最好，因此薄殼山核桃造林第2年株高的生長(zhǎng)模型為：

H=82.145＋4.923T＋0.515T2－0.032T3

經(jīng)差異顯著性檢驗(yàn)，模型的方差分析結(jié)果達(dá)到極顯著水平（F=465.876，P＜0.01，表3），表明回歸結(jié)果較可靠，推測(cè)的實(shí)際生長(zhǎng)過程具有較高的準(zhǔn)確性（圖2）。

表1 河南薄殼山核桃株高、地徑、分枝各生長(zhǎng)時(shí)期的劃分及生長(zhǎng)情況

表2 河南薄殼山核桃樹高連續(xù)生長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型擬合結(jié)果

表3 河南薄殼山核桃株高連續(xù)生長(zhǎng)回歸方差分析

圖2 河南薄殼山核桃株高連續(xù)生長(zhǎng)量及三次曲線擬合結(jié)果

2.2 河南薄殼山核桃地徑年生長(zhǎng)規(guī)律

薄殼山核桃地徑的生長(zhǎng)與株高生長(zhǎng)相關(guān)，隨著苗高的增長(zhǎng)地徑也相應(yīng)地增長(zhǎng)。地徑生長(zhǎng)進(jìn)入速生期的時(shí)間較株高生長(zhǎng)進(jìn)入高峰期的時(shí)間延后50～60 d，生長(zhǎng)期也相應(yīng)較株高生長(zhǎng)延后約45 d，說明株高生長(zhǎng)停止后地徑仍會(huì)維持較長(zhǎng)一段時(shí)間的生長(zhǎng)過程。用上述7個(gè)模型對(duì)薄殼山核桃地徑連續(xù)生長(zhǎng)量進(jìn)行模擬，結(jié)果見表4，表明薄殼山核桃地徑的連續(xù)生長(zhǎng)模型為：

D=18.416－0.957T＋0.324T2－0.013T3

地徑模型的方差分析結(jié)果見表5，從表5可以看出，回歸結(jié)果較為理想，擬合模型的方差分析結(jié)果達(dá)到極顯著水平（F=910.332，P＜0.01），模擬擬合曲線見圖3，表明地徑生長(zhǎng)與生長(zhǎng)時(shí)間存在極顯著相關(guān)關(guān)系。

表5 河南薄殼山核桃地徑連續(xù)生長(zhǎng)回歸方差分析

表4 河南薄殼山核桃地徑連續(xù)生長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型擬合結(jié)果

圖3 河南薄殼山核桃地徑連續(xù)生長(zhǎng)量及三次曲線擬合結(jié)果

利用DPS軟件對(duì)觀測(cè)的16組地徑數(shù)據(jù)進(jìn)行有序樣本的聚類分析結(jié)果，可將地徑生長(zhǎng)分為萌芽期、生長(zhǎng)初期、速生期、生長(zhǎng)后期4個(gè)階段，各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的生長(zhǎng)量以及占全年地徑的生長(zhǎng)比例見表1。地徑的生長(zhǎng)情況與株高生長(zhǎng)不同，地徑生長(zhǎng)表現(xiàn)出“慢-快-慢”的生長(zhǎng)過程，速生期集中在5月中旬至8月底，年生長(zhǎng)時(shí)間達(dá)225 d，年凈生長(zhǎng)量為14.71 mm（平均值）。由圖4可知，地徑生長(zhǎng)在開始生長(zhǎng)的4月至5月上旬生長(zhǎng)較慢，時(shí)間約45 d左右，然后進(jìn)入快速生長(zhǎng)階段，在整個(gè)快速生長(zhǎng)階段與株高生長(zhǎng)不同，生長(zhǎng)減慢階段生長(zhǎng)量降低的程度較株高生長(zhǎng)小。

圖4 河南薄殼山核桃地徑凈生長(zhǎng)量變化

表6 河南薄殼山核桃分枝連續(xù)生長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型擬合結(jié)果

2.3 河南薄殼山核桃分枝（新梢）年生長(zhǎng)規(guī)律

薄殼山核桃分枝的年生長(zhǎng)規(guī)律與株高生長(zhǎng)相似，但與年高生長(zhǎng)節(jié)律又有所不同，分枝的第1個(gè)生長(zhǎng)高峰期在5月31日前，6月上中旬生長(zhǎng)減慢，6月下旬至7月上旬生長(zhǎng)加快，7月下旬達(dá)到第2個(gè)生長(zhǎng)高峰，分枝生長(zhǎng)表現(xiàn)出“快-慢-快”的生長(zhǎng)節(jié)律。分枝的生長(zhǎng)停止時(shí)間與株高、地徑不同，較株高生長(zhǎng)停止時(shí)間提前1個(gè)月，較地徑提前2個(gè)月。用上述7個(gè)曲線模型進(jìn)行模擬，結(jié)果見表6。從表6可以看出，二次曲線、S形曲線、三次方程和冪函數(shù)曲線等4個(gè)模型均能較好地?cái)M合，為了簡(jiǎn)單方便，本研究選擇二次曲線模型為薄殼山核桃分枝的連續(xù)生長(zhǎng)模型：

Y=0.348＋8.551T－0.319T2

方差分析結(jié)果（表7）表明，擬合結(jié)果達(dá)到極顯著水平（F=1626.872，P＜0.01），分枝累積生長(zhǎng)量及二次曲線擬合結(jié)果見圖5，可見用此回歸模型描述分枝的生長(zhǎng)規(guī)律是合適的。

表7 河南薄殼山核桃分枝連續(xù)生長(zhǎng)回歸方差分析

圖5 河南薄殼山核桃分枝連續(xù)生長(zhǎng)量及二次曲線擬合結(jié)果

用有序樣本聚類分割法對(duì)薄殼山核桃的分枝生長(zhǎng)時(shí)期進(jìn)行劃分，可以將薄殼山核桃的分枝生長(zhǎng)分為4個(gè)時(shí)期：萌芽期、第1個(gè)生長(zhǎng)高峰期、第2個(gè)生長(zhǎng)高峰期、生長(zhǎng)后期。由圖6可知，分枝的生長(zhǎng)與株高生長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行，分枝的年生長(zhǎng)時(shí)間為150 d、年凈生長(zhǎng)量為45.92 cm（平均值）。生長(zhǎng)后期雖然枝條上有葉片，但較少伸長(zhǎng)，8月15日后分枝生長(zhǎng)基本停止（表1）。

圖6 河南薄殼山核桃分枝凈生長(zhǎng)量變化

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，在豫南地區(qū)，薄殼山核桃幼齡林階段，其株高、地徑的生長(zhǎng)規(guī)律遵循三次方程曲線，分枝（新梢）的生長(zhǎng)規(guī)律遵循二次曲線，利用這3個(gè)方程可以模擬株高、地徑和分枝（新梢）的生長(zhǎng)過程，擬合效果較好。與陳煒青等［20］對(duì)油橄欖（Olea europaeaL.）、張琳等［7］對(duì)銀雀樹（Tapiseia siriensisOliv.）、蔣燚等［21］對(duì)黑荊樹（Acacia mearnsii）的研究結(jié)果不同，他們用Logistic方程擬合樹高、地徑的效果較好，而本試驗(yàn)通過7個(gè)曲線模型擬合結(jié)果表明，薄殼山核桃的株高、地徑生長(zhǎng)規(guī)律更適合三次方程曲線；與周祥斌等［22］對(duì)香椿（Toona sinensis）的研究相比，株高的擬合結(jié)果不同，而地徑的擬合結(jié)果基本相同。說明薄殼山核桃的高生長(zhǎng)規(guī)律與這4個(gè)樹種的高生長(zhǎng)規(guī)律存在差異，而地徑的生長(zhǎng)規(guī)律與香椿的地徑生長(zhǎng)規(guī)律相似，原因可能是由于樹種本身生物學(xué)特性的差異引起，或者是由于樹齡、地理氣候因素引起。從分枝的擬合結(jié)果看，生長(zhǎng)規(guī)律既符合二次曲線，亦符合三次方程，而用Logistic方程擬合效果不理想，說明用Logistic方程模擬樹木生長(zhǎng)規(guī)律有局限性。隨著樹齡的增長(zhǎng)，或人為施加管理等因素的影響是否仍遵循這一規(guī)律需進(jìn)一步研究。

通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，波尼薄殼山核桃在豫南的年生長(zhǎng)時(shí)間可達(dá)220 d以上，達(dá)到薄殼山核桃生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)時(shí)間要求。其中，年株高凈生長(zhǎng)量為77.6 cm，年地徑凈生長(zhǎng)量為14. 71 mm，與呂運(yùn)舟等［23］的研究結(jié)果以及美國(guó)原產(chǎn)地生長(zhǎng)表現(xiàn)相似。用Fisher分類方法對(duì)波尼株高、地徑、分枝的生長(zhǎng)時(shí)期進(jìn)行劃分，結(jié)果表明三者的生長(zhǎng)時(shí)期均不相同，株高和分枝的生長(zhǎng)均有2個(gè)生長(zhǎng)高峰期，但時(shí)間不同；株高的第1個(gè)生長(zhǎng)高峰期從4月1日至7月15日（105 d），生長(zhǎng)量占全年的60.3%；而分枝的第1個(gè)生長(zhǎng)高峰期為4月1日至5月30日（60 d），生長(zhǎng)量占全年的57.8%，較株高提前45 d結(jié)束；株高的第2個(gè)生長(zhǎng)高峰期從7月15日至9月15日，而分枝生長(zhǎng)從6月1日至8月15日，較株高提前45 d進(jìn)入高峰期，提前30 d結(jié)束。這與熊新武等［24］的研究結(jié)果不盡相同，其中，2次生長(zhǎng)高峰相同，但株高生長(zhǎng)高峰期的時(shí)間不同，生長(zhǎng)量占比也不同；分枝高峰期的時(shí)間基本相同，生長(zhǎng)量占比不同。也與殷巧等［25］、姚小華等［26］研究的高峰期時(shí)間結(jié)果不同，原因可能是由于品種或樹齡或地理位置不同等引起，有待進(jìn)一步研究。

本研究結(jié)果表明，株高、地徑、分枝（新梢）生長(zhǎng)規(guī)律的3個(gè)曲線方程可以為薄殼山核桃在豫南地區(qū)幼齡林時(shí)期的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與科學(xué)管理提供依據(jù)，對(duì)生長(zhǎng)階段的劃分亦可為造林后實(shí)際生產(chǎn)階段的管理提供指導(dǎo)，按照不同階段的生長(zhǎng)特性采取相應(yīng)的管理措施。生長(zhǎng)高峰期對(duì)樹木的生長(zhǎng)起著關(guān)鍵作用，因此，要加強(qiáng)水、肥管理，促進(jìn)苗木的快速生長(zhǎng)及根系發(fā)達(dá)，而在生長(zhǎng)減慢期如5月下旬至6月下旬可進(jìn)行修剪、拉枝、扭傷等管理，促進(jìn)苗木提前結(jié)果。