肖澤鑫，彭劍華，詹潮安，賴煥武，羅 超，鄒桂逢，謝少鴻

（1.汕頭市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 汕頭 515041；2.汕頭市林業(yè)局種苗站，廣東 汕頭 515031）

主成分分析在臺(tái)灣相思優(yōu)樹(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)和方法中的應(yīng)用研究

肖澤鑫1，彭劍華1，詹潮安1，賴煥武1，羅 超1，鄒桂逢1，謝少鴻2

（1.汕頭市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 汕頭 515041；2.汕頭市林業(yè)局種苗站，廣東 汕頭 515031）

應(yīng)用樣圓標(biāo)準(zhǔn)地法在汕頭市潮陽(yáng)區(qū)西環(huán)山森林公園的臺(tái)灣相思人工林中選優(yōu)，按預(yù)定要求對(duì)樹(shù)高、胸徑、冠形等10個(gè)因子進(jìn)行測(cè)定。分析結(jié)果表明，樣圓較合理的調(diào)查半徑在15～20 m，胸徑、材積、尖削度、通直度、冠幅、側(cè)枝粗則對(duì)臺(tái)灣相思選優(yōu)具有較大的貢獻(xiàn)量。計(jì)算得出綜合評(píng)分入選最低分?jǐn)?shù)線為63.1分，5株預(yù)選樹(shù)最終有4株確定為優(yōu)樹(shù)，選擇率為0.7%。

臺(tái)灣相思；選優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)；主成分分析；綜合評(píng)分

臺(tái)灣相思Acacia confusa是自然分布于我國(guó)唯一的相思類樹(shù)種，對(duì)立地條件要求不高，尤其具根瘤固氮的速生樹(shù)種特性，對(duì)土壤適應(yīng)性強(qiáng)，其生長(zhǎng)量、制漿性能和纖維質(zhì)量都表現(xiàn)出較優(yōu)異的性能，在我國(guó)南方水土保持、防護(hù)林、薪炭林、短周期工業(yè)原料林發(fā)展等方面具有很重要的地位和作用[1-6]。臺(tái)灣相思研究國(guó)內(nèi)己見(jiàn)多篇相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道，但多集中在樹(shù)種特征特性、育苗造林技術(shù)、種群生態(tài)等方面，因此，探索臺(tái)灣相思選優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該樹(shù)種的保護(hù)、恢復(fù)、經(jīng)營(yíng)管理及提高造林工程林木質(zhì)量具有重要意義。

1983年，杜天理等[7]介紹了臺(tái)灣相思造林技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益，隨后農(nóng)民新[8]在飛播馬尾松、臺(tái)灣相思混交林試驗(yàn)成功；1995年胡榮春等[9]在對(duì)干熱河谷臺(tái)灣相思造林技術(shù)進(jìn)行研究；朱國(guó)飛等[10-11]也介紹了臺(tái)灣相思育苗造林技術(shù)以及在園林綠化中的應(yīng)用；2005年，謝少鴻等[12]在對(duì)南澳島臺(tái)灣相思群落與植物多樣性、種群生態(tài)位進(jìn)行分析。楊曉偉等[13]在2010年調(diào)查了亞熱帶臺(tái)灣相思次生林林隙邊緣木高徑分布特征；還有學(xué)者研究了臺(tái)灣相思種群生命過(guò)程及譜分析、組織培養(yǎng)等方面內(nèi)容[14-15]，但對(duì)臺(tái)灣相思優(yōu)樹(shù)系統(tǒng)選育等方面的研究未見(jiàn)報(bào)道。本文將從優(yōu)良度、縮差值分析優(yōu)樹(shù)優(yōu)劣程度和選擇強(qiáng)度入手，論述臺(tái)灣相思優(yōu)樹(shù)選擇的標(biāo)準(zhǔn)和方法，為臺(tái)灣相思選優(yōu)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)自汕頭市潮陽(yáng)區(qū)西環(huán)山森林公園內(nèi)保存較好的臺(tái)灣相思人工純林，林齡已超過(guò)20年，郁閉度在0.6以上，無(wú)嚴(yán)重病蟲(chóng)害。該區(qū)域地理位置為 23°15′45′～ 23°15′57′N， 116°34′26′～116°34′39′E，坡度 20°～ 35°，海拔 106 ～ 222 m。土壤主要為赤紅壤，由花崗巖發(fā)育而成，土層中，夾雜石塊。該地區(qū)屬南亞熱帶海洋性氣候，年平均氣溫為21.5℃，日照時(shí)數(shù)2 000～3 000 h，最高溫度出現(xiàn)在7～8月份，最低溫度出現(xiàn)在1月份。年均降雨量為1 721 mm，降雨主要集中在4～9月份，約占全年降雨 量的80%。

1.2 調(diào)查與數(shù)據(jù)處理

在對(duì)林分進(jìn)行全面踏查的基礎(chǔ)上按表型及選優(yōu)目標(biāo)篩選出預(yù)選樹(shù)XS-1、XS-2、XS-3、XS-4、XS-5，以預(yù)選樹(shù)為圓心，分別以5、10、15、20 m為半徑設(shè)置樣圓進(jìn)行每木檢尺，并挑選出5株僅次于預(yù)選樹(shù)作為優(yōu)勢(shì)木，把預(yù)選樹(shù)、優(yōu)勢(shì)木與樣圓內(nèi)的林木按選標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目逐項(xiàng)觀側(cè)評(píng)定，當(dāng)預(yù)選樹(shù)綜合評(píng)分達(dá)到樣地林木規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)定為優(yōu)樹(shù)。

式（1）～（3）中：K、I、P分別是優(yōu)樹(shù)某一性狀(X)的優(yōu)良度、選擇強(qiáng)度及選擇率；X優(yōu)、X與Sx分別是優(yōu)樹(shù)某一性狀值、樣圓內(nèi)全部臺(tái)灣相思某一性狀均值和標(biāo)準(zhǔn)差；n、N表示優(yōu)樹(shù)中選個(gè)體數(shù)、供選林木群體總株數(shù)[16]。一般數(shù)據(jù)處理由EXСEL完成，方差分析及主成分分析均由SPSS軟件完成。

2 方法與分析

2.1 生長(zhǎng)量指標(biāo)分析

選擇強(qiáng)度是以標(biāo)準(zhǔn)差為單位的選擇差，用于權(quán)衡所選優(yōu)樹(shù)在正態(tài)分布中的位置，也是權(quán)衡優(yōu)樹(shù)優(yōu)劣的指標(biāo)，并能用于估價(jià)入選優(yōu)樹(shù)的力度[16-17]。從表1可看出，預(yù)選樹(shù)樹(shù)高、胸徑、材積等3個(gè)因子在半徑10、15、20 m樣圓內(nèi)選擇強(qiáng)度的變異系數(shù)較小，即較穩(wěn)定。為了比較不同半徑樣圓對(duì)預(yù)選樹(shù)選擇強(qiáng)度的影響，對(duì)樹(shù)高、胸徑、材積等3個(gè)因子的選擇強(qiáng)度進(jìn)行方差分析，表2說(shuō)明3個(gè)因子在10～20 m半徑樣圓內(nèi)的選擇強(qiáng)度并無(wú)顯著差異。通常統(tǒng)計(jì)學(xué)上大樣本是指樣本單元數(shù)不少于50個(gè)，其抽查結(jié)果的代表性更強(qiáng)，因此調(diào)查樣圓的大小應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件和工作實(shí)際合理選擇，而本研究樣地內(nèi)要達(dá)到大樣本數(shù)量，其樣圓半徑一般在15～20 m。

表1 臺(tái)灣相思選擇強(qiáng)度及其變異系數(shù)Table 1 The selection intensity and variation coefficient of Acacia confusa

表2 臺(tái)灣相思生長(zhǎng)量選擇強(qiáng)度的方差分析Table 2 The variance analysis for selection intensity of growth of Acacia confusa

優(yōu)良度是評(píng)判所選預(yù)選樹(shù)能否入選為優(yōu)樹(shù)，并和同類立地條件下與其他優(yōu)樹(shù)互相比較優(yōu)劣的數(shù)量或品質(zhì)指標(biāo)，用百分率表示[16-17]。根據(jù)上述分析，計(jì)算15、20 m樣圓內(nèi)預(yù)選樹(shù)的優(yōu)良度及變異系數(shù)。從表3可以看出，臺(tái)灣相思胸徑、樹(shù)高、材積變異系數(shù)都比較小，與表1結(jié)果接近，其優(yōu)良度載荷量主要集中在材積和胸徑兩因子，預(yù)選樹(shù)與林分平均木的樹(shù)高優(yōu)良度差異較小、與優(yōu)勢(shì)木基本持平，這與實(shí)地觀察相吻合。

表3 臺(tái)灣相思優(yōu)良度及其變異系數(shù)Table 3 The fine degree and variation coefficient of Acacia confusa

2.2 形質(zhì)指標(biāo)分析

形質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)是在對(duì)整體林分踏查、實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)臺(tái)灣相思生長(zhǎng)的特點(diǎn)和選育目標(biāo)，選取樹(shù)干枝下高、通直度、尖削度、枝葉濃密度、側(cè)枝粗、冠幅、結(jié)實(shí)情況、健康狀況等8個(gè)因子進(jìn)行分析，根據(jù)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用主成分分析方法，確定影響臺(tái)灣相思形質(zhì)的主要成分。分析碎石圖1可以看出，主成分1、2、3之間的特征值之差比較大，主成分3～7之間的差值相對(duì)較小，明顯的拐點(diǎn)為主成分3，結(jié)核表4可知，前3個(gè)主成分能解釋原始8個(gè)因子62.7%的變異，主成分1中，側(cè)枝粗、冠幅、結(jié)實(shí)情況的載荷量最大，分別為0.847、0.620、-0.607；主成分2中，枝下高、通直度、尖削度的載荷量最大，分別為0.680、-0.703、0.688；主成分3中，濃密度的載荷量最大，為-0.769。綜合各因子對(duì)各主成分的貢獻(xiàn)量，尖削度、通直度、冠幅、側(cè)枝粗對(duì)臺(tái)灣相思候選樹(shù)和優(yōu)勢(shì)木的質(zhì)量性狀有較大的代表性。

表4 臺(tái)灣相思主成分分析Table 4 The principal component analysis of Acacia confusa

2.3 綜合評(píng)價(jià)

圖1 臺(tái)灣相思特征值Fig. 1 The characteristic value of Acacia confusa

采用評(píng)分法對(duì)臺(tái)灣相思生長(zhǎng)量指標(biāo)和形質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。為了避免立地條件對(duì)生長(zhǎng)量指標(biāo)的影響，該部分采用優(yōu)良度和評(píng)分權(quán)重制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)；形質(zhì)指標(biāo)根據(jù)主成分分析確定因子權(quán)重制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，權(quán)重的確定是在林分調(diào)查的基礎(chǔ)上，多人參加討論制定的，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。對(duì)兩部分指標(biāo)得分相加，即可得出綜合評(píng)分。

對(duì)預(yù)選樹(shù)和優(yōu)勢(shì)木進(jìn)行綜合評(píng)分，結(jié)果見(jiàn)表6。在確定選優(yōu)最低分?jǐn)?shù)線時(shí)，可采用預(yù)選樹(shù)的得分值顯著高于預(yù)選樹(shù)平均分?jǐn)?shù)線的下限作為入選的基本標(biāo)準(zhǔn)。由公式：G=G′-1.64σ/N1/2(可信度95%)。式中G為選優(yōu)最低分?jǐn)?shù)線，G′為優(yōu)勢(shì)木平均值，σ為優(yōu)勢(shì)木標(biāo)準(zhǔn)差，N為優(yōu)勢(shì)木株數(shù)。計(jì)算可得選優(yōu)最低分?jǐn)?shù)線G=63.1分，比優(yōu)勢(shì)木平均分50.9分高出24%，且入選樹(shù)生長(zhǎng)量指標(biāo)得分大于19.6分，形質(zhì)指標(biāo)得分大于31.4分。計(jì)算結(jié)果表明，XS-2、XS-3、XS-4、XS-5均可入選，選擇率為0.7%。不能入選的候選樹(shù)主要是生長(zhǎng)量因子調(diào)查林分中優(yōu)勢(shì)不明顯，得分較低。從預(yù)選樹(shù)和優(yōu)勢(shì)木各指標(biāo)的得分平均值可以看出，通直度、胸徑、材積擁有較高的遺傳估計(jì)值[18]，樹(shù)高其次。

3 結(jié)論與討論

確定合理的樣地范圍，可以在保證抽樣數(shù)據(jù)較精準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提高工作效率。對(duì)不同半徑樣圓內(nèi)的選擇強(qiáng)度進(jìn)行變異系數(shù)計(jì)算及方差分析，表明本研究樣圓較合理的調(diào)查半徑在15～20 m，若采用更大半徑進(jìn)行選優(yōu)，一方面受臺(tái)灣相思林分大小限制，同時(shí)也會(huì)增加工作量，另一方面分析表明，在此范圍內(nèi)預(yù)選樹(shù)優(yōu)良度的變異系數(shù)較小，即較穩(wěn)定，這與陳祖松、周建云等人的研究較一致[19-20]。對(duì)其它地方的臺(tái)灣相思調(diào)查，可根據(jù)立地條件和林分密度等實(shí)際情況合理調(diào)整樣地大小。

表5 臺(tái)灣相思評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 5 The grading standard of Acacia confusa

表6 臺(tái)灣相思預(yù)選樹(shù)和優(yōu)勢(shì)木綜合評(píng)分Table 6 The comprehensive scores of potential plus-trees and dominant trees of Acacia confusa

優(yōu)良度和主成分分析表明，生長(zhǎng)量3個(gè)因子中，優(yōu)良度的差異主要體現(xiàn)在胸徑和材積兩因子，在同齡林中，預(yù)選樹(shù)樹(shù)高與林分均高的差異性較小，與優(yōu)勢(shì)木基本持平；尖削度、通直度、冠幅、側(cè)枝粗則對(duì)臺(tái)灣相思候選樹(shù)和優(yōu)勢(shì)木的質(zhì)量性狀產(chǎn)生的差異具有較大的貢獻(xiàn)量。因此，在汕頭臺(tái)灣相思人工林選優(yōu)時(shí)，應(yīng)以胸徑、材積、尖削度、通直度、冠幅、側(cè)枝粗為主要因子。

由于我們的選優(yōu)目標(biāo)是較高的出材率，因此適當(dāng)提高形質(zhì)指標(biāo)權(quán)重。在進(jìn)行綜合評(píng)分時(shí)，通過(guò)計(jì)算預(yù)選樹(shù)與平均木標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)關(guān)系，以消除因立地條件變化而引起的生長(zhǎng)量差異；形質(zhì)指標(biāo)則根據(jù)主成分分析及在林分調(diào)查的基礎(chǔ)上，多人參加討論制定的。確定選優(yōu)分?jǐn)?shù)線要顯著高于預(yù)選樹(shù)平均分?jǐn)?shù)線的下限，且入選樹(shù)生長(zhǎng)量指標(biāo)得分小計(jì)、形質(zhì)指標(biāo)得分小計(jì)均要大于優(yōu)勢(shì)木相應(yīng)得分。

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Application of principal component analysis in plus-tree selection criteria and methods of Acacia confusa

X?AO Ze-xin1, PENG Jian-hua1, ZHAN Сhao-an1, LA? Huan-wu1, LUO Сhao1, ZOU Gui-feng1,X?E Shao-hong2
(1.Shantou Forestry Research ?nstitute, Shantou 515041, Guangdong, Сhina;2. Shantou Forestry Bureau, Shantou 515031, Guangdong, Сhina)

Potential plus-trees have been classif i ed in plantation ofAcacia confusain Xihuanshan Forest Park in Сhaoyang district of Shantou city, based on the method of small sample plot. The main 10 factors were determined in the survey including tree height,diameter in breast height, tree crown and so on. The results show that the suitable range of investigation was 15～20 meters, the diameter in breast height, stem volume, tapering, stem straightness, crown width and lateral branches had greater contribution rate to the plustree selection ofAcacia confusethan other factors. The calculated results show that the lowest borderline of plus-trees selection was 63.1 points, of the fi ve per-selected trees, four potential plus-trees were selected as plus-trees, and the selection rate was 0.7%.

Acacia confusa；selection standard；principal component analysis；comprehensive score

S722.5

A

1673-023X (2012)05-0054-05

2012-02-22

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2010KJСX006、2011KJСX005)；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2011B060400002）

肖澤鑫(1977-),男,廣東汕頭人,工程師,主要從事森林培育方面的研究；E-mail: st3084@126.com

詹潮安(1956-), 男, 研究員, 國(guó)務(wù)院政府特殊津貼獲得者；E-mail: zhca@21cn.com

[本文編校：歐陽(yáng)欽]