豫南薄殼山核桃生長規律研究

章理運，邱 林，申明海，楊 博，周傳濤，張英姿，吳文竹

（1. 信陽市林業科學研究所，河南 信陽 464031；2. 信陽雞公山自然保護區管理局，河南 信陽 464133）

薄殼山核桃（Carya illinoensis）又名長山核桃、美國山核桃、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，原產于美國和墨西哥北部［1］。其果仁色美味香，無澀味，營養豐富，果仁油脂中不飽和脂肪酸的含量高達 940 g/kg，優于茶油（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，能調節心臟功能、降低血液黏稠度、增強記憶力和思維能力，有利于人體健康，因此薄殼山核桃油脂是一種珍貴的營養保健油，是理想的保健食品，極具市場競爭力［4］。近年來，我國大力發展木本油料產業，作為油料、木材、園林綠化兼具的薄殼山核桃備受關注，浙江、江蘇、云南、安徽、江西、湖北等地出現種植熱潮。

薄殼山核桃在我國雖有百年的引種歷史，但到目前為止仍未實現產業化生產，堅果消費基本依賴進口，造成這種現象的一個重要原因是缺乏科研和生產的積累［5］，多數果樹結果遲、品質差、產量低而不穩定，使得薄殼山核桃應有的生產潛力沒有得到充分發揮［6］。苗木生長規律是苗木遺傳特性與環境條件相適應的反映，也是進行生產管理的基礎，根據苗木生長過程中不同時期的生物學特性科學管理苗木，可以避免管理上的盲目性，降低管理成本，同時可以人為地施加“促生”和“抑生”條件，如施肥、剪枝、摘心、環剝、環割等調控措施來抑制營養生長，促進生殖生長［7-8］，達到早產豐產的目的。目前，國內對薄殼山核桃的研究主要集中在繁殖技術、開花與授粉能力觀察［9-10］、光合作用［11-12］、果實生長和品質特征［13-14］以及人為調控對其生長的影響［15-16］等方面，而在生長規律方面的研究較少，也缺少生長時期劃分的有關資料，不利于對該樹種的持續動態管理。本研究以種植2年后的波尼薄殼山核桃苗木為試驗材料，通過年生長周期內連續不間斷的監測記錄，采用曲線模型對其年生長變化情況進行模擬分析，同時對生長時期進行劃分，以探索其生長規律，旨在為薄殼山核桃在豫南地區的豐產栽培與科學管理等提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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700余株，苗高70～120 cm。

試驗地設在信陽市浉河區游河鄉和羅山縣周黨鎮，為北亞熱帶和暖溫帶的南北過渡區，屬北亞熱帶季風類型，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，海拔100～200 m，地勢稍有起伏，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 試驗方法

試驗于2015年10月底開始整地挖穴，樹穴規格80 cm×80 cm×70 cm，造林密度設6 m×6 m、6 m×8 m、8 m×8 m 3種 規 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地中，經1年栽植緩苗后，2017年春季開始觀測。

自2017年3月15日芽萌動至11月30日樹木開始落葉，選擇30株生長發育正常的薄殼山核桃樹苗為標準株并掛牌，每隔15 d測定1次，主要測定株高、新梢長、冠幅（鋼卷尺測量，精確到0.1 cm）和地徑（游標卡尺測量，精確到 0.01 mm）。

1.3 數據處理

1.3.1 生長時期的劃分 采用有序樣本聚類法（最優分割法）［17］，借助 DPS2000有序樣本聚類分析程序計算。

1.3.2 生長過程的擬合 應用SPSS 17軟件進行回歸分析［18-19］，采用的數學模型包括二次曲線、等比級數曲線、S形曲線、三次方程、指數方程、冪函數曲線、Logistic方程模型。

二次曲線：Y=A+BT+CT2

等比級數曲線 ：Y=e（A+BT）

S 移曲線 ：Y=e（A+B/T）

三次方程：Y=A+BT+CT2+DT3

指數方程 ：Y=Ae（BT）

冪函數曲線：Y=ATB

Logistic 方程 ：Y=1/（1/u+ABT）

式中，Y為生長量，A、B、C、D為隨機參數。分別將薄殼山核桃的苗高、地徑、分枝（新稍）生長數據用上述7個模型進行擬合，通過回歸分析，從中選擇最優模型。

2 結果與分析

2.1 河南薄殼山核桃株高年生長規律

薄殼山核桃栽植的第1年，由于起苗時根系損傷、生長量較少，處于保活和樹體恢復階段，第2年開始正常生長。在豫南地區，山核桃于3月15日左右開始萌動，4月上旬開始抽稍、展葉，4月中、下旬新稍迅速伸長，生長較快，形成第1次生長高峰期，6月下旬至7月上旬有一個減慢生長階段，持續時間在15～20 d；7月中旬至8月下旬生長加快，形成第2次生長高峰期，9月上旬生長量減慢，9月15日以后株高生長基本停止，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。全年株高凈生長量為77.6 cm（平均值），呈現出明顯的“快-慢-快-慢”的生長節律。

2.1.1 株高年生長時期劃分 薄殼山核桃的苗高生長隨著時間的推移出現動態變化規律，對其生長時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）對薄殼山核桃的生長時期進行劃分，從3月下半月開始至11月上半月止，每15 d凈生長量的數據按順序連續編號為x1，x2，x3，…x16。通過計算機軟件程序可將這16個有序樣本分為4類：{ x1}，{ x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8}，{ x9，x10，x11}，{ x12，x13，x14，x15，x16}。將分類結果與實際測量結果相結合，可將薄殼山核桃的生長時期劃分為4個時期（表1）。從表1可以看出，薄殼山核桃在豫南的年株高生長時間達180 d，年株高總生長量為77.6 cm，每15 d的凈生長量見圖1。

圖1 河南薄殼山核桃株高凈生長量變化

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

H=82.145＋4.923T＋0.515T2－0.032T3

經差異顯著性檢驗，模型的方差分析結果達到極顯著水平（F=465.876，P＜0.01，表3），表明回歸結果較可靠，推測的實際生長過程具有較高的準確性（圖2）。

表1 河南薄殼山核桃株高、地徑、分枝各生長時期的劃分及生長情況

表2 河南薄殼山核桃樹高連續生長數學模型擬合結果

表3 河南薄殼山核桃株高連續生長回歸方差分析

圖2 河南薄殼山核桃株高連續生長量及三次曲線擬合結果

2.2 河南薄殼山核桃地徑年生長規律

薄殼山核桃地徑的生長與株高生長相關，隨著苗高的增長地徑也相應地增長。地徑生長進入速生期的時間較株高生長進入高峰期的時間延后50～60 d，生長期也相應較株高生長延后約45 d，說明株高生長停止后地徑仍會維持較長一段時間的生長過程。用上述7個模型對薄殼山核桃地徑連續生長量進行模擬，結果見表4，表明薄殼山核桃地徑的連續生長模型為：

D=18.416－0.957T＋0.324T2－0.013T3

地徑模型的方差分析結果見表5，從表5可以看出，回歸結果較為理想，擬合模型的方差分析結果達到極顯著水平（F=910.332，P＜0.01），模擬擬合曲線見圖3，表明地徑生長與生長時間存在極顯著相關關系。

表5 河南薄殼山核桃地徑連續生長回歸方差分析

表4 河南薄殼山核桃地徑連續生長數學模型擬合結果

圖3 河南薄殼山核桃地徑連續生長量及三次曲線擬合結果

利用DPS軟件對觀測的16組地徑數據進行有序樣本的聚類分析結果，可將地徑生長分為萌芽期、生長初期、速生期、生長后期4個階段，各個生長時期的生長量以及占全年地徑的生長比例見表1。地徑的生長情況與株高生長不同，地徑生長表現出“慢-快-慢”的生長過程，速生期集中在5月中旬至8月底，年生長時間達225 d，年凈生長量為14.71 mm（平均值）。由圖4可知，地徑生長在開始生長的4月至5月上旬生長較慢，時間約45 d左右，然后進入快速生長階段，在整個快速生長階段與株高生長不同，生長減慢階段生長量降低的程度較株高生長小。

圖4 河南薄殼山核桃地徑凈生長量變化

表6 河南薄殼山核桃分枝連續生長數學模型擬合結果

2.3 河南薄殼山核桃分枝（新梢）年生長規律

薄殼山核桃分枝的年生長規律與株高生長相似，但與年高生長節律又有所不同，分枝的第1個生長高峰期在5月31日前，6月上中旬生長減慢，6月下旬至7月上旬生長加快，7月下旬達到第2個生長高峰，分枝生長表現出“快-慢-快”的生長節律。分枝的生長停止時間與株高、地徑不同，較株高生長停止時間提前1個月，較地徑提前2個月。用上述7個曲線模型進行模擬，結果見表6。從表6可以看出，二次曲線、S形曲線、三次方程和冪函數曲線等4個模型均能較好地擬合，為了簡單方便，本研究選擇二次曲線模型為薄殼山核桃分枝的連續生長模型：

Y=0.348＋8.551T－0.319T2

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

表7 河南薄殼山核桃分枝連續生長回歸方差分析

圖5 河南薄殼山核桃分枝連續生長量及二次曲線擬合結果

用有序樣本聚類分割法對薄殼山核桃的分枝生長時期進行劃分，可以將薄殼山核桃的分枝生長分為4個時期：萌芽期、第1個生長高峰期、第2個生長高峰期、生長后期。由圖6可知，分枝的生長與株高生長同時進行，分枝的年生長時間為150 d、年凈生長量為45.92 cm（平均值）。生長后期雖然枝條上有葉片，但較少伸長，8月15日后分枝生長基本停止（表1）。

圖6 河南薄殼山核桃分枝凈生長量變化

3 結論與討論

本研究結果表明，在豫南地區，薄殼山核桃幼齡林階段，其株高、地徑的生長規律遵循三次方程曲線，分枝（新梢）的生長規律遵循二次曲線，利用這3個方程可以模擬株高、地徑和分枝（新梢）的生長過程，擬合效果較好。與陳煒青等［20］對油橄欖（Olea europaeaL.）、張琳等［7］對銀雀樹（Tapiseia siriensisOliv.）、蔣燚等［21］對黑荊樹（Acacia mearnsii）的研究結果不同，他們用Logistic方程擬合樹高、地徑的效果較好，而本試驗通過7個曲線模型擬合結果表明，薄殼山核桃的株高、地徑生長規律更適合三次方程曲線；與周祥斌等［22］對香椿（Toona sinensis）的研究相比，株高的擬合結果不同，而地徑的擬合結果基本相同。說明薄殼山核桃的高生長規律與這4個樹種的高生長規律存在差異，而地徑的生長規律與香椿的地徑生長規律相似，原因可能是由于樹種本身生物學特性的差異引起，或者是由于樹齡、地理氣候因素引起。從分枝的擬合結果看，生長規律既符合二次曲線，亦符合三次方程，而用Logistic方程擬合效果不理想，說明用Logistic方程模擬樹木生長規律有局限性。隨著樹齡的增長，或人為施加管理等因素的影響是否仍遵循這一規律需進一步研究。

通過觀測發現，波尼薄殼山核桃在豫南的年生長時間可達220 d以上，達到薄殼山核桃生長發育對時間要求。其中，年株高凈生長量為77.6 cm，年地徑凈生長量為14. 71 mm，與呂運舟等［23］的研究結果以及美國原產地生長表現相似。用Fisher分類方法對波尼株高、地徑、分枝的生長時期進行劃分，結果表明三者的生長時期均不相同，株高和分枝的生長均有2個生長高峰期，但時間不同；株高的第1個生長高峰期從4月1日至7月15日（105 d），生長量占全年的60.3%；而分枝的第1個生長高峰期為4月1日至5月30日（60 d），生長量占全年的57.8%，較株高提前45 d結束；株高的第2個生長高峰期從7月15日至9月15日，而分枝生長從6月1日至8月15日，較株高提前45 d進入高峰期，提前30 d結束。這與熊新武等［24］的研究結果不盡相同，其中，2次生長高峰相同，但株高生長高峰期的時間不同，生長量占比也不同；分枝高峰期的時間基本相同，生長量占比不同。也與殷巧等［25］、姚小華等［26］研究的高峰期時間結果不同，原因可能是由于品種或樹齡或地理位置不同等引起，有待進一步研究。

本研究結果表明，株高、地徑、分枝（新梢）生長規律的3個曲線方程可以為薄殼山核桃在豫南地區幼齡林時期的生長動態預測與科學管理提供依據，對生長階段的劃分亦可為造林后實際生產階段的管理提供指導，按照不同階段的生長特性采取相應的管理措施。生長高峰期對樹木的生長起著關鍵作用，因此，要加強水、肥管理，促進苗木的快速生長及根系發達，而在生長減慢期如5月下旬至6月下旬可進行修剪、拉枝、扭傷等管理，促進苗木提前結果。