两面针苗木分级标准的研究-逐步聚类

两面针苗木分级标准的研究逐步聚类

论文导读:：运用随机抽样、因子分析和逐步聚类分析等方法，对两面针当年生苗和一年生苗的分级标准进行调查研究。结果表明，地径(D)和苗高(H)对两面针苗木质量有很好的表达，可以作为苗木分级的质量指标。按照3个等级,对两面针当年生苗和一年生苗提出了相应的分级标准,并将分类结果与实际情况进行比较。结果发现该分级标准与苗木实际情况相符,可为生产提供参考。

论文关键词：两面针，苗木分级，逐步聚类

两面针Zanthoxylumnitidum(Roxb.)DC为芸香科花椒属木质藤本植物。其干燥根是我国南方地区常用中药材,具有活血、行气、祛风、消肿、止痛的功效,主治跌打损伤、风湿痹痛、胃痛、牙痛,毒蛇咬伤；外用治汤火烫伤。是外感风痧冲剂、金鸡系列、骨刺片、跌打万花油、两面针中药牙膏等药品和日用品的重要原料。主要分布于我国广西、广东、云南、福建、湖南、台湾等地,生于山野坡地灌木丛中,以广西的资源最为丰富。近年来，由于毁林开荒活动日益频繁，两面针生境受到严重破坏,加上过度采挖,野生药材蕴藏量急剧下降。为了实现两面针资源的可持续利用，保障药材供应，发展两面针人工种植势在必行。优良的苗木是两面针获得高产、优质的关键,是确保其大规模种植推广的前提。为此，两面针苗木出圃时应具备科学的苗木质量参数标准，并据此进行合理的质量分级论文的格式。笔者根据实际调查数据对两面针苗木质量的表现因子进行研究,提出两面针苗木分级的参考标准,旨在为两面针规范化、规模化种植奠定基础。1试验地自然地理条件概况试验地位于广西植物研究所实验场内。该地地处桂林市南郊逐步聚类，25°01′N，110°17′E，海拔167m。属中亚热带季风气候区，年平均气温19.1℃，最冷月1月平均气温8.4℃，最热月7月平均气温28.4℃，极端最高温38℃，极端最低温-4.2℃。年降雨量约1900mm，多集中于春夏，占全年降雨量的70%以上，年平均相对湿度78%，干湿季明显。年日照时数约1700h。土壤为砂页岩及第四纪红土发育而成的酸性红壤。土层厚度＞2m，土壤肥力特征见如下（表1）：表1试验地土壤肥力特征

pH有机质全氮全磷全钾水解氮有效磷速效钾（%）（g/kg）（mg/kg）（%）（mg/kg）（mg/kg）（mg/kg）5.32.701.621180.00.58110.090.260.02实验材料与方法2.1材料：两面针苗木来源于广西植物研究所苗圃。自2007年～2009年每年3月播种，每批次苗木于当年6月（当年生苗）和次年6月（一年生苗）分两次抽样调查测定。2.2方法：在苗圃地按照随机抽样法设置样方，每样方面积为1m×1m(1﹕50比例)逐步聚类，实测每一个样方内样本苗木的苗高(H)、地径(D)、叶片数量（L）和主根长度（R）4个数量指标,作为质量分级指标提取因子计算。应用SPSS11.0软件，通过因子分析法进行指标简化，确定主成分分级指标；通过逐步聚类分析，将主成分分级指标因子聚成3类，作为苗木的划分等级；采用聚类分级临界点法和聚类中心±标准差法，确定苗木的各分级标准。3结果与分析3.1苗木分级指标的确定：从理论上讲,测定的指标越多,则所得苗木质量的信息就越完整。但在实际生产中,苗木出圃时很难对每株苗木的多个指标都进行测定。因此，在制定苗木分级标准时,必须选择既能反映苗木质量,又容易测量的简单直观因子,作为苗木的质量分级指标。生产中,苗高和地径是人们习惯用来衡量苗木规格的数量指标。为确定影响两面针苗木质量的主导因子,采用因子分析法对当年生和一年生两面针苗的苗高、地径、叶片数量和主根长度4个指标进行计算（表2）。结果表明：当年生和一年生两面针苗的苗木质量主成分指标均为地径和苗高，该2个主成分的累计方差贡献率分别达到90.564%和87.201%,可以很好地对两面针苗木质量进行表达论文的格式。因此选择地径和苗高作为两面针苗木分级的主要指标,这与生产上习惯使用因子相符。表2两面针苗木质量指标的特征值与方差贡献率分析结果

苗龄质量指标特征值显示方差百分比（%）累计方差百分比（%）当年生苗高3.02775.66575.665地径0.59614.89990.564叶片数量0.2466.14796.712主根长度0.1323.288100.000一年生苗高3.13778.43578.435地径0.3518.76687.201叶片数量0.3117.77694.977主根长度0.2015.023100.0003.2苗木等级的划分：聚类分析是决定某一样本性质的多元统计分析方法,其基本指导思想是从一批样本的多个观测指标中找出能度量样本之间相似程度的统计数,构成一个相似矩阵,在此基础上计算样本之间的相似程度或距离,按其相似程度或距离的大小将样本逐一归类。将关系密切的归类聚集到一个小分类单位,关系疏远的聚集到一个大的分类单位,直至把所有样本都聚集完毕。对于两面针的苗木分级而言,是利用其苗木的地径和苗高2个主要质量指标来划分苗木个体的相似程度。苗木个体的相似程度是以苗木个体间的距离而定,即距离越小其相似程度越大。按照生产实际,苗木一般分为3级。因此在对两面针苗高和地径进行逐步聚类分析时，事先规定聚成3类。分析结果（表3）表明，当年生两面针Ⅰ级苗地径与苗高的最终聚类中心分别为0.23cm、9.74cm,Ⅱ级苗地径与苗高的最终聚类中心分别为0.18cm、7.71cm,Ⅲ级苗地径与苗高的最终聚类中心分别为0.14cm、5.95cm,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级苗个体数量所占总样本的比例分别为41.11%、28.89%、30.00%；一年生两面针Ⅰ级苗地径与苗高的最终聚类中心分别为1.00cm、75.21cm,Ⅱ级苗地径与苗高的最终聚类中心分别为0.77cm、49.53cm,Ⅲ级苗地径与苗高的最终聚类中心分别为0.50cm、25.30cm,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级苗个体数量所占总样本的比例分别为37.50%、24.17%、38.33%。一年生苗与当年生苗相比，地径、株高均有大幅增长，但Ⅰ、Ⅱ级苗所占比例有所下降，而Ⅲ级苗所占比例上升，这反映出随着苗圃地的苗木留床时间延长，密度不断增加逐步聚类，空间竞争加剧，导致弱小群体的相应扩大。表3两面针苗木分级的最终聚类中心及个体所占比例

苗龄Ⅰ级苗Ⅱ级苗Ⅲ级苗地径（cm）苗高（cm）

个体比例（%）地径（cm）苗高（cm）个体比例（%）地径（cm）苗高（cm）个体比例（%）当年生苗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苗木分级标准的确定：对通过聚类的各级苗木进行统计量分析（表4），其平均数、中位数与该各级聚类中心基本一致，表明聚类分析结果与实际调查情况相符。一年生的各级苗的标准差较当年生的大，反映出随着苗木留床时间的延长，苗木个体间的分化加大。当前，苗木分级标准，即苗木分级临界值的确定往往采用下列两种方法：其一是聚类分级临界点法，即苗木分级后，参考临界点附近的样苗的质量指标值,作为各级苗木分级的临界值；其二是聚类中心（或平均值）±标准差法，即以各级苗木的聚类中心（或平均值）减去该级苗木标准差作为该级苗木分级标准的下限值。本项研究分别运用该两种方法进行两面针苗木等级标准的确定（表5，表6）。根据聚类分级临界点的苗木分级标准为：当年生苗：Ⅰ级苗D≥0.21cm，H≥9.00cm；Ⅱ级苗0.21cm＞D≥0.15cm，9.00cm＞H≥7.00cm；Ⅲ级苗0.15cm＞D≥0.10cm，7.00cm＞H≥4.50cm。一年生苗：Ⅰ级苗D≥0.90cm逐步聚类，H≥63.00cm；Ⅱ级苗0.90cm＞D≥0.61cm；63.00cm＞H≥39.00cm；Ⅲ级苗0.61cm＞D≥0.26cm，39.00cm＞H≥12.00cm。根据聚类中心±标准差的苗木分级标准为：当年生苗：Ⅰ级苗D≥0.21cm，H≥9.05cm；Ⅱ级苗0.21cm＞D≥0.16cm，9.05cm＞H≥7.16cm；Ⅲ级苗0.16cm＞D≥0.12cm，7.16cm＞H≥5.00cm。一年生苗：Ⅰ级苗D≥0.84cm，H≥64.93cm；Ⅱ级苗0.84cm＞D≥0.69cm；64.93cm＞H≥42.65cm；Ⅲ级苗0.69cm＞D≥0.40cm，42.65cm＞H≥19.29cm论文的格式。表4两面针各级苗木的统计量

苗龄

统计量Ⅰ级苗Ⅱ级苗Ⅲ级苗地径苗高地径苗高地径苗高当年生苗平均数0.249.740.197.710.135.95中位数0.239.500.187.600.136.00标准差0.024760.691340.016600.550840.013240.56301一年生苗平均数1.0975.210.7549.530.4625.30中位数1.0572.000.7649.000.4625.00标准差0.1558110.283060.081866.877500.096106.01062表5根据聚类分级临界点的苗木分级标准(cm)

苗龄Ⅰ级苗Ⅱ级苗Ⅲ级苗地径（D）苗高（H）地径（D）苗高（H）地径（D）苗高（H）当年生苗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根据聚类中心±标准差的苗木分级标准(cm)

苗龄Ⅰ级苗Ⅱ级苗Ⅲ级苗地径（D）苗高（H）地径（D）苗高（H）地径（D）苗高（H）当年生苗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根据两种不同方法获得的两面针苗木分级标准有所差异，这是因为前一方法将全部的样苗划归到了各等级标准中，因而分级标准的临界值较低；而后一种将各等级低于聚类中心剪去标准差的个体排除到了该等级之外，即部分Ⅰ级苗降归到Ⅱ级苗，部分Ⅱ级苗降归到Ⅲ级苗，而部分Ⅲ级苗则被摒弃在等级之外，所以分级标准的临界值相对较高。通过统计聚类分级后的各级样苗个体在相应的分级标准内的实际分布（表7），很明显在按临界点确定的分级标准内，其分布率为100%；而在按标准差确定的分级标准内逐步聚类，其分布率在71.11%～93.10%，即有6.90%～28.89%的苗木被降级或被摒弃在等级之外。根据生产实际，部分过于弱小的两面针当年生苗或一年生苗不宜出圃移植，因此根据聚类中心±标准差的苗木分级标准更适合生产需要。表7两种分级标准下的苗木实际分布

苗龄Ⅰ级苗Ⅱ级苗Ⅲ级苗临界点分级标准标准差分级标准临界点分级标准标准差分级标准临界点分级标准标准差分级标准当年生苗100%74.07%100%75.68%100%84.62%一年生苗100%93.10%100%71.11%100%73.91%4结论通过调查测量和因子分析，地径和苗高可作为两面针苗木分级的主要指标。该两项指标对苗木质量的表达性好，便于测量，且与生产习惯相符。通过逐步聚类分析，可将两面针苗木分为3级，其中当年生两面针Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级苗地径的最终聚类中心分别为0.23cm、0.18cm、0.14cm，苗高的最终聚类中心分别为9.74cm、7.71cm、5.95cm；一年生两面针Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级苗地径的最终聚类中心分别为1.00cm、0.77cm、0.50cm，苗高的最终聚类中心分别为75.21cm、49.53cm、25.30cm。各级聚类中心与相对应等级苗木的平均数、中位数数值基本一致，表明聚类分析结果与实际调查情况相符。通过聚类分级临界点法和聚类中心±标准差法两种方法的比较，由后一种方法确定的苗木分级标准更符合生产实际，因此，两面针苗木分级标准为：当年生苗：Ⅰ级苗D≥0.21cm逐步聚类，H≥9.05cm；Ⅱ级苗0.21cm＞D≥0.16cm，9.05cm＞H≥7.16cm；Ⅲ级苗0.16cm＞D≥0.12cm，7.16cm＞H≥5.00cm。一年生苗：Ⅰ级苗D≥0.84cm，H≥64.93cm；Ⅱ级苗0.84cm＞D≥0.69cm；64.93cm＞H≥42.65cm；Ⅲ级苗0.69cm＞D≥0.40cm，42.65cm＞H≥19.29cm。在实际的苗木分选过程中，除依据上述的苗木分级标准外，还应具备生长充实、枝叶繁茂、色泽正常、木质化程度高、无病虫害、无机械损伤、顶芽饱满等条件，方可有效保证两面针苗木质量。此外，由于各育苗地立地条件及育苗技术的差异地,造成苗木质量的参差不齐,故各地因应根据具体情况分析研究,以上分级标准仅供各地在确定两面针苗木等级标准时作参照。

参考文献：

[1]中华人民共和国药典委员会.中华人民共和国药典（一部）[M].北京：化学工业出版社,2005:116～117.

[2]中国