兩面針苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的研究-逐步聚類

兩面針苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的研究逐步聚類

論文導(dǎo)讀:：運(yùn)用隨機(jī)抽樣、因子分析和逐步聚類分析等方法，對(duì)兩面針當(dāng)年生苗和一年生苗的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)查研究。結(jié)果表明，地徑(D)和苗高(H)對(duì)兩面針苗木質(zhì)量有很好的表達(dá)，可以作為苗木分級(jí)的質(zhì)量指標(biāo)。按照3個(gè)等級(jí),對(duì)兩面針當(dāng)年生苗和一年生苗提出了相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),并將分類結(jié)果與實(shí)際情況進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與苗木實(shí)際情況相符,可為生產(chǎn)提供參考。

論文關(guān)鍵詞：兩面針，苗木分級(jí)，逐步聚類

兩面針Zanthoxylumnitidum(Roxb.)DC為蕓香科花椒屬木質(zhì)藤本植物。其干燥根是我國(guó)南方地區(qū)常用中藥材,具有活血、行氣、祛風(fēng)、消腫、止痛的功效,主治跌打損傷、風(fēng)濕痹痛、胃痛、牙痛,毒蛇咬傷；外用治湯火燙傷。是外感風(fēng)痧沖劑、金雞系列、骨刺片、跌打萬(wàn)花油、兩面針中藥牙膏等藥品和日用品的重要原料。主要分布于我國(guó)廣西、廣東、云南、福建、湖南、臺(tái)灣等地,生于山野坡地灌木叢中,以廣西的資源最為豐富。近年來(lái)，由于毀林開荒活動(dòng)日益頻繁，兩面針生境受到嚴(yán)重破壞,加上過(guò)度采挖,野生藥材蘊(yùn)藏量急劇下降。為了實(shí)現(xiàn)兩面針資源的可持續(xù)利用，保障藥材供應(yīng)，發(fā)展兩面針人工種植勢(shì)在必行。優(yōu)良的苗木是兩面針獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵,是確保其大規(guī)模種植推廣的前提。為此，兩面針苗木出圃時(shí)應(yīng)具備科學(xué)的苗木質(zhì)量參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并據(jù)此進(jìn)行合理的質(zhì)量分級(jí)論文的格式。筆者根據(jù)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)兩面針苗木質(zhì)量的表現(xiàn)因子進(jìn)行研究,提出兩面針苗木分級(jí)的參考標(biāo)準(zhǔn),旨在為兩面針規(guī)范化、規(guī)?；N植奠定基礎(chǔ)。1試驗(yàn)地自然地理?xiàng)l件概況試驗(yàn)地位于廣西植物研究所實(shí)驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)。該地地處桂林市南郊逐步聚類，25°01′N，110°17′E，海拔167m。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫19.1℃，最冷月1月平均氣溫8.4℃，最熱月7月平均氣溫28.4℃，極端最高溫38℃，極端最低溫-4.2℃。年降雨量約1900mm，多集中于春夏，占全年降雨量的70%以上，年平均相對(duì)濕度78%，干濕季明顯。年日照時(shí)數(shù)約1700h。土壤為砂頁(yè)巖及第四紀(jì)紅土發(fā)育而成的酸性紅壤。土層厚度＞2m，土壤肥力特征見如下（表1）：表1試驗(yàn)地土壤肥力特征

pH有機(jī)質(zhì)全氮全磷全鉀水解氮有效磷速效鉀（%）（g/kg）（mg/kg）（%）（mg/kg）（mg/kg）（mg/kg）5.32.701.621180.00.58110.090.260.02實(shí)驗(yàn)材料與方法2.1材料：兩面針苗木來(lái)源于廣西植物研究所苗圃。自2007年～2009年每年3月播種，每批次苗木于當(dāng)年6月（當(dāng)年生苗）和次年6月（一年生苗）分兩次抽樣調(diào)查測(cè)定。2.2方法：在苗圃地按照隨機(jī)抽樣法設(shè)置樣方，每樣方面積為1m×1m(1﹕50比例)逐步聚類，實(shí)測(cè)每一個(gè)樣方內(nèi)樣本苗木的苗高(H)、地徑(D)、葉片數(shù)量（L）和主根長(zhǎng)度（R）4個(gè)數(shù)量指標(biāo),作為質(zhì)量分級(jí)指標(biāo)提取因子計(jì)算。應(yīng)用SPSS11.0軟件，通過(guò)因子分析法進(jìn)行指標(biāo)簡(jiǎn)化，確定主成分分級(jí)指標(biāo)；通過(guò)逐步聚類分析，將主成分分級(jí)指標(biāo)因子聚成3類，作為苗木的劃分等級(jí)；采用聚類分級(jí)臨界點(diǎn)法和聚類中心±標(biāo)準(zhǔn)差法，確定苗木的各分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。3結(jié)果與分析3.1苗木分級(jí)指標(biāo)的確定：從理論上講,測(cè)定的指標(biāo)越多,則所得苗木質(zhì)量的信息就越完整。但在實(shí)際生產(chǎn)中,苗木出圃時(shí)很難對(duì)每株苗木的多個(gè)指標(biāo)都進(jìn)行測(cè)定。因此，在制定苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),必須選擇既能反映苗木質(zhì)量,又容易測(cè)量的簡(jiǎn)單直觀因子,作為苗木的質(zhì)量分級(jí)指標(biāo)。生產(chǎn)中,苗高和地徑是人們習(xí)慣用來(lái)衡量苗木規(guī)格的數(shù)量指標(biāo)。為確定影響兩面針苗木質(zhì)量的主導(dǎo)因子,采用因子分析法對(duì)當(dāng)年生和一年生兩面針苗的苗高、地徑、葉片數(shù)量和主根長(zhǎng)度4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算（表2）。結(jié)果表明：當(dāng)年生和一年生兩面針苗的苗木質(zhì)量主成分指標(biāo)均為地徑和苗高，該2個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率分別達(dá)到90.564%和87.201%,可以很好地對(duì)兩面針苗木質(zhì)量進(jìn)行表達(dá)論文的格式。因此選擇地徑和苗高作為兩面針苗木分級(jí)的主要指標(biāo),這與生產(chǎn)上習(xí)慣使用因子相符。表2兩面針苗木質(zhì)量指標(biāo)的特征值與方差貢獻(xiàn)率分析結(jié)果

苗齡質(zhì)量指標(biāo)特征值顯示方差百分比（%）累計(jì)方差百分比（%）當(dāng)年生苗高3.02775.66575.665地徑0.59614.89990.564葉片數(shù)量0.2466.14796.712主根長(zhǎng)度0.1323.288100.000一年生苗高3.13778.43578.435地徑0.3518.76687.201葉片數(shù)量0.3117.77694.977主根長(zhǎng)度0.2015.023100.0003.2苗木等級(jí)的劃分：聚類分析是決定某一樣本性質(zhì)的多元統(tǒng)計(jì)分析方法,其基本指導(dǎo)思想是從一批樣本的多個(gè)觀測(cè)指標(biāo)中找出能度量樣本之間相似程度的統(tǒng)計(jì)數(shù),構(gòu)成一個(gè)相似矩陣,在此基礎(chǔ)上計(jì)算樣本之間的相似程度或距離,按其相似程度或距離的大小將樣本逐一歸類。將關(guān)系密切的歸類聚集到一個(gè)小分類單位,關(guān)系疏遠(yuǎn)的聚集到一個(gè)大的分類單位,直至把所有樣本都聚集完畢。對(duì)于兩面針的苗木分級(jí)而言,是利用其苗木的地徑和苗高2個(gè)主要質(zhì)量指標(biāo)來(lái)劃分苗木個(gè)體的相似程度。苗木個(gè)體的相似程度是以苗木個(gè)體間的距離而定,即距離越小其相似程度越大。按照生產(chǎn)實(shí)際,苗木一般分為3級(jí)。因此在對(duì)兩面針苗高和地徑進(jìn)行逐步聚類分析時(shí)，事先規(guī)定聚成3類。分析結(jié)果（表3）表明，當(dāng)年生兩面針Ⅰ級(jí)苗地徑與苗高的最終聚類中心分別為0.23cm、9.74cm,Ⅱ級(jí)苗地徑與苗高的最終聚類中心分別為0.18cm、7.71cm,Ⅲ級(jí)苗地徑與苗高的最終聚類中心分別為0.14cm、5.95cm,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)苗個(gè)體數(shù)量所占總樣本的比例分別為41.11%、28.89%、30.00%；一年生兩面針Ⅰ級(jí)苗地徑與苗高的最終聚類中心分別為1.00cm、75.21cm,Ⅱ級(jí)苗地徑與苗高的最終聚類中心分別為0.77cm、49.53cm,Ⅲ級(jí)苗地徑與苗高的最終聚類中心分別為0.50cm、25.30cm,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)苗個(gè)體數(shù)量所占總樣本的比例分別為37.50%、24.17%、38.33%。一年生苗與當(dāng)年生苗相比，地徑、株高均有大幅增長(zhǎng)，但Ⅰ、Ⅱ級(jí)苗所占比例有所下降，而Ⅲ級(jí)苗所占比例上升，這反映出隨著苗圃地的苗木留床時(shí)間延長(zhǎng)，密度不斷增加逐步聚類，空間競(jìng)爭(zhēng)加劇，導(dǎo)致弱小群體的相應(yīng)擴(kuò)大。表3兩面針苗木分級(jí)的最終聚類中心及個(gè)體所占比例

苗齡Ⅰ級(jí)苗Ⅱ級(jí)苗Ⅲ級(jí)苗地徑（cm）苗高（cm）

個(gè)體比例（%）地徑（cm）苗高（cm）個(gè)體比例（%）地徑（cm）苗高（cm）個(gè)體比例（%）當(dāng)年生苗0.239.7430.000.187.7141.110.145.9528.89一年生苗1.0075.2124.170.7749.5337.500.5025.3038.333.3苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定：對(duì)通過(guò)聚類的各級(jí)苗木進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量分析（表4），其平均數(shù)、中位數(shù)與該各級(jí)聚類中心基本一致，表明聚類分析結(jié)果與實(shí)際調(diào)查情況相符。一年生的各級(jí)苗的標(biāo)準(zhǔn)差較當(dāng)年生的大，反映出隨著苗木留床時(shí)間的延長(zhǎng)，苗木個(gè)體間的分化加大。當(dāng)前，苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即苗木分級(jí)臨界值的確定往往采用下列兩種方法：其一是聚類分級(jí)臨界點(diǎn)法，即苗木分級(jí)后，參考臨界點(diǎn)附近的樣苗的質(zhì)量指標(biāo)值,作為各級(jí)苗木分級(jí)的臨界值；其二是聚類中心（或平均值）±標(biāo)準(zhǔn)差法，即以各級(jí)苗木的聚類中心（或平均值）減去該級(jí)苗木標(biāo)準(zhǔn)差作為該級(jí)苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的下限值。本項(xiàng)研究分別運(yùn)用該兩種方法進(jìn)行兩面針苗木等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定（表5，表6）。根據(jù)聚類分級(jí)臨界點(diǎn)的苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)年生苗：Ⅰ級(jí)苗D≥0.21cm，H≥9.00cm；Ⅱ級(jí)苗0.21cm＞D≥0.15cm，9.00cm＞H≥7.00cm；Ⅲ級(jí)苗0.15cm＞D≥0.10cm，7.00cm＞H≥4.50cm。一年生苗：Ⅰ級(jí)苗D≥0.90cm逐步聚類，H≥63.00cm；Ⅱ級(jí)苗0.90cm＞D≥0.61cm；63.00cm＞H≥39.00cm；Ⅲ級(jí)苗0.61cm＞D≥0.26cm，39.00cm＞H≥12.00cm。根據(jù)聚類中心±標(biāo)準(zhǔn)差的苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)年生苗：Ⅰ級(jí)苗D≥0.21cm，H≥9.05cm；Ⅱ級(jí)苗0.21cm＞D≥0.16cm，9.05cm＞H≥7.16cm；Ⅲ級(jí)苗0.16cm＞D≥0.12cm，7.16cm＞H≥5.00cm。一年生苗：Ⅰ級(jí)苗D≥0.84cm，H≥64.93cm；Ⅱ級(jí)苗0.84cm＞D≥0.69cm；64.93cm＞H≥42.65cm；Ⅲ級(jí)苗0.69cm＞D≥0.40cm，42.65cm＞H≥19.29cm論文的格式。表4兩面針各級(jí)苗木的統(tǒng)計(jì)量

苗齡

統(tǒng)計(jì)量Ⅰ級(jí)苗Ⅱ級(jí)苗Ⅲ級(jí)苗地徑苗高地徑苗高地徑苗高當(dāng)年生苗平均數(shù)0.249.740.197.710.135.95中位數(shù)0.239.500.187.600.136.00標(biāo)準(zhǔn)差0.024760.691340.016600.550840.013240.56301一年生苗平均數(shù)1.0975.210.7549.530.4625.30中位數(shù)1.0572.000.7649.000.4625.00標(biāo)準(zhǔn)差0.1558110.283060.081866.877500.096106.01062表5根據(jù)聚類分級(jí)臨界點(diǎn)的苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(cm)

苗齡Ⅰ級(jí)苗Ⅱ級(jí)苗Ⅲ級(jí)苗地徑（D）苗高（H）地徑（D）苗高（H）地徑（D）苗高（H）當(dāng)年生苗D≥0.21H≥9.000.21＞D≥0.159.00＞H≥7.000.15＞D≥0.107.00＞H≥4.50一年生苗D≥0.90H≥63.000.90＞D≥0.6163.00＞H≥39.000.61＞D≥0.2639.00＞H≥12.00表6根據(jù)聚類中心±標(biāo)準(zhǔn)差的苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(cm)

苗齡Ⅰ級(jí)苗Ⅱ級(jí)苗Ⅲ級(jí)苗地徑（D）苗高（H）地徑（D）苗高（H）地徑（D）苗高（H）當(dāng)年生苗D≥0.21H≥9.050.21＞D≥0.169.05＞H≥7.160.16＞D≥0.127.16＞H≥5.00一年生苗D≥0.84H≥64.930.84＞D≥0.6964.93＞H≥42.650.69＞D≥0.4042.65＞H≥19.29根據(jù)兩種不同方法獲得的兩面針苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有所差異，這是因?yàn)榍耙环椒▽⑷康臉用鐒潥w到了各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，因而分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的臨界值較低；而后一種將各等級(jí)低于聚類中心剪去標(biāo)準(zhǔn)差的個(gè)體排除到了該等級(jí)之外，即部分Ⅰ級(jí)苗降歸到Ⅱ級(jí)苗，部分Ⅱ級(jí)苗降歸到Ⅲ級(jí)苗，而部分Ⅲ級(jí)苗則被摒棄在等級(jí)之外，所以分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的臨界值相對(duì)較高。通過(guò)統(tǒng)計(jì)聚類分級(jí)后的各級(jí)樣苗個(gè)體在相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的實(shí)際分布（表7），很明顯在按臨界點(diǎn)確定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，其分布率為100%；而在按標(biāo)準(zhǔn)差確定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)逐步聚類，其分布率在71.11%～93.10%，即有6.90%～28.89%的苗木被降級(jí)或被摒棄在等級(jí)之外。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，部分過(guò)于弱小的兩面針當(dāng)年生苗或一年生苗不宜出圃移植，因此根據(jù)聚類中心±標(biāo)準(zhǔn)差的苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)更適合生產(chǎn)需要。表7兩種分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下的苗木實(shí)際分布

苗齡Ⅰ級(jí)苗Ⅱ級(jí)苗Ⅲ級(jí)苗臨界點(diǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)差分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)臨界點(diǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)差分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)臨界點(diǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)差分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)年生苗100%74.07%100%75.68%100%84.62%一年生苗100%93.10%100%71.11%100%73.91%4結(jié)論通過(guò)調(diào)查測(cè)量和因子分析，地徑和苗高可作為兩面針苗木分級(jí)的主要指標(biāo)。該兩項(xiàng)指標(biāo)對(duì)苗木質(zhì)量的表達(dá)性好，便于測(cè)量，且與生產(chǎn)習(xí)慣相符。通過(guò)逐步聚類分析，可將兩面針苗木分為3級(jí)，其中當(dāng)年生兩面針Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)苗地徑的最終聚類中心分別為0.23cm、0.18cm、0.14cm，苗高的最終聚類中心分別為9.74cm、7.71cm、5.95cm；一年生兩面針Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)苗地徑的最終聚類中心分別為1.00cm、0.77cm、0.50cm，苗高的最終聚類中心分別為75.21cm、49.53cm、25.30cm。各級(jí)聚類中心與相對(duì)應(yīng)等級(jí)苗木的平均數(shù)、中位數(shù)數(shù)值基本一致，表明聚類分析結(jié)果與實(shí)際調(diào)查情況相符。通過(guò)聚類分級(jí)臨界點(diǎn)法和聚類中心±標(biāo)準(zhǔn)差法兩種方法的比較，由后一種方法確定的苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)更符合生產(chǎn)實(shí)際，因此，兩面針苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)年生苗：Ⅰ級(jí)苗D≥0.21cm逐步聚類，H≥9.05cm；Ⅱ級(jí)苗0.21cm＞D≥0.16cm，9.05cm＞H≥7.16cm；Ⅲ級(jí)苗0.16cm＞D≥0.12cm，7.16cm＞H≥5.00cm。一年生苗：Ⅰ級(jí)苗D≥0.84cm，H≥64.93cm；Ⅱ級(jí)苗0.84cm＞D≥0.69cm；64.93cm＞H≥42.65cm；Ⅲ級(jí)苗0.69cm＞D≥0.40cm，42.65cm＞H≥19.29cm。在實(shí)際的苗木分選過(guò)程中，除依據(jù)上述的苗木分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)具備生長(zhǎng)充實(shí)、枝葉繁茂、色澤正常、木質(zhì)化程度高、無(wú)病蟲害、無(wú)機(jī)械損傷、頂芽飽滿等條件，方可有效保證兩面針苗木質(zhì)量。此外，由于各育苗地立地條件及育苗技術(shù)的差異地,造成苗木質(zhì)量的參差不齊,故各地因應(yīng)根據(jù)具體情況分析研究,以上分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)僅供各地在確定兩面針苗木等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)作參照。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)藥典委員會(huì).中華人民共和國(guó)藥典（一部）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005:116～117.

[2]中國(guó)