低山丘陵区坡向、坡位对泡桐幼龄林生长的影响1)

张顺平

(北京林业大学，北京，100083)

乔 杰 王保平

(国家林业局泡桐研究开发中心)

孙向阳

(北京林业大学)

泡桐(Paulownia spp.)是我国重要的优质、速生、多用途树种，在我国农林业生产、生态工程和出口创汇方面一直发挥着十分重要的作用。南方低山丘陵区是适宜建立泡桐速生丰产商品林基地的重要区域，在林业和生态建设工程的推动下，近几年的泡桐发展十分迅速，仅在湖北省咸宁市和江西省上饶市的栽培面积已超过1.33 hm2。随着泡桐在该区域的发展，盲目选地整地、盲目购苗栽植等问题日益突出。

正确地划分与评价造林地的立地状况，是保障造林树种决策和造林密度、整地技术、幼林抚育等造林技术设计的关键[1]，而立地选择是营造速生丰产林的重要基础，可充分利用自然资源的潜力，是一种不增加投入，取得较大幅度增产的有效途径[2]。目前，众多学者针对马尾松(Pinus massoniana)、桉树(Eucalypt)、麻栎(Quercus acutissima Carr.)、杨树(Poplar)、沙罗竹 (Schizostachyum funghomii Mc-Clure)、红皮云杉(Picea koraiensis Nakai)等人工林生长状况受坡向、坡位等立地因子的影响做了相关研究[3－7]，但对低山丘陵区泡桐人工林立地状况与立地选择研究尚少。本文以咸宁市石城镇低山丘陵区的泡桐人工林为对象，研究坡向坡位对泡桐幼林生长的影响，旨在揭示本区域范围内立地条件与泡桐人工林生长的关系，为当地的泡桐发展选择适宜的立地条件。

1 试验地概况

试验地位于湖北省咸宁市崇阳县石城镇，海拔180 m，为典型的低山丘陵区，坡度15°～25°，土壤为黄红壤，质地为中壤土。该区属亚热带季风气候，日照充足，雨量充沛，平均气温15.8℃，年均降水量1988.5 mm，相对湿度为80%。自然植被主要为杉木(Cvnninghamia lanceolata)、栎类(Quercus)、胡枝子(Lespedeza)、芒(Miscanthus)为主的稀树灌草丛及小块雷竹(C.Ventricousinternode)丛。在2008年春按梯田状整地，活土层厚度为30～50 cm，同年4月统一采用9501泡桐无性系1年生根桩造林，根桩基径为3～4 cm，株行距4 m×5 m。

2 试验设计与方法

在该泡桐试验基地范围内，按4个坡向(东坡、南坡、西坡、北坡)、3个坡位(上部、中部、下部，各部均占坡面长度的1/3)、3次重复设立固定观测标准地36块，每块标准地的面积为0.06 hm2(长、宽各25 m)，调查测定株数统一为25～30株。

2.1 测定指标

2011年3月，对试验区范围内各标准地的泡桐生长状况进行全面调查测定。根据泡桐主干生长特点，在确定测定和计算指标时，同时考虑了原苗干和接干两部分，因此确定为5项主干径生长指标(胸径(D1.3)、2.6 m 径(D2.6)、苗干顶部径(Dt)、接干基部50 cm处径(Dj50))，接干基部150 cm处径((Dj150)，均使用围径尺测量)、3项高生长指标(苗干高度(Hm)、接干高度(Hj)、主干高(H=Hm+Hj)，均使用10 m高钓鱼竿测量)、3项材积生长指标(苗干材积(Vm)、接干材积(Vj)、主干总材积((V=Vm+Vj)，均采用区分求材积法[8])和4项主干质量指标(苗干削度(Tm)、接干削度(Tj)、树体形数(f)和接干形率(FQj))。其中，Tm=(D1.3－Dt)/(Hm－1.3)，反映树干直径随苗干高度增加的变化程度;Tj=(Dj50－Dj150)/1，反映直径随接干高度增加的变化程度;f=(Vj+V0)/((Hm+Hj)S1.3)，反映树干自下而上的饱满程度;FQj=Dj50/D1.3，用以衡量接干的完满度、体现接干径生长的质量[9]。

2.2 分析方法

数据处理和分析采用Excel2007和 SPSS15.0软件。

坡向、坡位间各生长指标、质量指标及其差异性采用方差分析方法。在此基础上，选择相关指标，将其统一标准化到均值为1的范围内，采用分层聚类法中的最远邻法[10]对12个坡向和坡位进行综合分类、评价和选择。

3 结果与分析

3.1 不同坡向、坡位对泡桐各生长指标的影响

各生长指标均能直观地反映不同坡向和坡位泡桐生长情况。本试验区36个样地的 D1.3均值为(10.51±0.66)cm，变异系数为 6.28%;Dt均值为(9.23±0.59)cm，变异系数为 6.39%;D2.6均值为(9.13±0.69)cm，变异系数为 7.56%;Dj50均值为(5.37±1.07)cm，变异系数为 19.93%;Dj150均值为(4.42±1.00)cm，变异系数为 22.62%;Hm均值为(2.48±0.3)m，变异系数为12.1%;Hj均值为(3.25±0.32)m，变异系数为 9.85%;Vm均值为(0.0222±0.0043)m3，变异系数为 19.24%;Vj均值为(0.0056±0.0020)m3，变异系数为 35.46%。除接干高度外，接干部分其余各项生长指标变异系数整体高于原苗干部分，说明接干部分相比原苗干部分更易受到坡向坡位的影响，且随着树龄的增加，接干部分受坡向坡位的影响逐渐加剧。上述指标在12个坡向、坡位的均值变化如表1所示。

表1 不同坡向坡位泡桐生长指标的均值变化

为探究坡向、坡位对泡桐生长指标的影响及其显著性水平，对泡桐各生长指标作坡向、坡位双因素方差分析，结果见表2。

方差分析结果显示:坡向、坡位对Hj的影响均极显著(P＜0.01)，但二者交互作用对Hj的影响不显著，可能是因为坡向、坡位对Hj的影响在不同水平上具有相互抵消作用。坡位对Dt的影响以及坡向与坡位的交互作用对Dj50的影响显著(P＜0.05)，其它各项指标在坡向间、坡位间和坡向与坡位的交互作用间的差异性均达到极显著(P＜0.01)程度，由此表明坡向坡位在该试验区域范围内对泡桐的各项生长指标具有显著影响。

表2 12个坡向坡位泡桐生长的差异性分析

3.2 不同坡向、坡位对泡桐各质量指标的影响

本试验区36个样地内泡桐树体形数f均值为(0.5457±0.0274)，变异系数为 5.02%;接干形率FQj均值为(0.5099±0.0910)，变异系数为 17.84%;苗干削度 Tm均值为(1.0624±0.0888)cm·m－1，变异系数为8.36%;接干削度Tj均值为(0.9515±0.6525)，变异系数为 68.57%。Tj变异系数远大于Tm，同样说明接干部分的质量相对苗干部分更易受到坡向坡位的影响。上述指标在各坡向、坡位上的均值变化见表3。

表3 不同坡向坡位泡桐质量指标f、FQj、Tm、Tj的均值变化

为探究坡向、坡位对泡桐质量指标的影响及其显著性水平，对泡桐各项质量指标作坡向、坡位双因素方差分析，结果见表4。

表4 12个坡向坡位泡桐生长的差异性分析

方差分析结果显示:FQj与Tj在坡向、坡位及其二者的交互作用间均达到极显著(P＜0.01)差异，f和Tm仅在坡向间差异达极显著(P＜0.01)程度，而在坡位及其坡向坡位的交互作用，差异未达显著程度。由此可见，相对于坡位而言，质量指标整体更易受到坡向的影响。因此，泡桐人工林经营管理中，若能充分考虑坡向坡位的影响，优化经营方式，将有助于提高泡桐人工林的质量状况。

3.3 适宜坡向坡位的综合选择

在分析坡向坡位间生长差异性的基础上，选择其中 5 个径生长指标(D1.3、Dt、D2.6、Dj50、Dj150)、2 个高生长指标(Hm、Hj)、3 个材积生长指标(Vm、Vj、V)、2个主干质量指标(f、FQj)等12项指标，采用最远距离聚类方法对12个坡向坡位的标准化数据进行聚类。聚类分析的结果表明，12个坡位可分为3类(见图1)，其中:第1类为东坡中部和东坡下部;第2类为北坡上部、北坡中部、北坡下部、南坡中部、南坡下部、西坡下部;第3类为南坡上部、东坡上部、西坡上部、西坡中部。

图1 12个坡向和坡位的聚类分析

对该3类坡向坡位的泡桐生长状况进行比较和分析表明(见表5)，第1类东坡中部和东坡下部，除生长指标 Dj50、Dj150、Vj，质量指标 FQj、f分别略低于第2 类坡向坡位10.49%、7.26%、4.41%、18.84%、7.59% 外，其余各生长指标均为最高，D1.3高 10.02%、Dt高 6.15%、D2.6高 12.65%、Hm高 20.47%、Hj高12.04%、H 高15.59%，Vm高35.62%、V 高26.13%，而且反映质量的Tm和Tj均最低，分别低7.06%、27.4%，综合考量可确定为最适宜坡向坡位;第2类坡向坡位，除Tm略高于第3类坡向坡位0.23%外，其余各生长指标和质量指标均优于第3类坡向坡位，其中，D1.3高 5.1%、D2.6高 5.89%、Dm高4.42%、Dj50高 39.63%、Dj150高 54.52%、Hm高 3.35%、Hj高 14.17%、H 高 9.34%、Vm高 15.87%、Vj高112.5%、V 高29.86%、f高 6.06%、FQj高 33.4%、Tj低7.44%，整体考虑亦可作为适宜坡向坡位;第3类的各项生长指标和质量指标整体表现最差。

表5 3类坡向坡位的生长比较

4 结论和讨论

研究表明，试验区范围内9501无性系的11项生长指标和4项质量指标，除Hj在坡向与坡位的交互作用间，f在坡位和坡向与坡位的交互作用间，Tm在坡位和坡向与坡位的交互作用间未达显著程度外，其它各项指标在坡向间、坡位间和坡向与坡位的交互作用间的差异性均达到显著以上程度。

选择12项指标对12个坡向坡位的标准化数据进行聚类分析，结果可划分为3类，其中第1类包括东坡中部和东坡下部，为最适宜坡向坡位;第2类的北坡上部、北坡中部、北坡下部、南坡中部、南坡下部和西坡下部为较适宜坡向坡位;第3类包括东坡上部、南坡上部、西坡上部和西坡中部，泡桐各生长指标和质量指标整体表现最差。以上聚类结果总体表现为同一坡向的中下部比上部更适宜泡桐的生长，这与郭文福[11]在米老排人工林生长与立地的关系的研究和卢立华[12]等在坡位对灰木莲生长的影响的研究中所得的结论一致。

坡向坡位作为重要的立地因子，直接或间接地影响树木的生长，营养状况以及林分发展[13－14]，坡向的影响可能通过接受光照的变化来体现，而坡位在地形要素中，不仅是一个位置的概念，它代表着水分、养分等的生态梯度变化[15]。许多研究表明:坡位对土壤养分的剖面分布有着重要影响，且不同坡位土壤养分剖面分布的差异主要是由坡面土壤性质和坡面养分在降雨侵蚀过程中的再分配所造成的[16－17]。鉴于此，在后期试验中，有必要针对坡向坡位(尤其是坡位)如何通过影响土层有效厚度、土壤养分含量、石粒含量、水分状况等立地因子进而影响泡桐生长做更为深入的研究。

由于本次试验观测数据源于3年生泡桐人工林，尚处幼林阶段，其结果为初步的，幼林期表现出的生长优劣趋势往往会贯穿整个生长周期，因此对于南方低山丘陵区泡桐人工林立地选择仍具有一定实践指导意义。对坡向坡位影响泡桐后期生长的综合分析和选择，以及林分生长与立地条件之间的关系是否会随林龄而发生变化，也将在以后的研究中对这些结论作进一步验证。

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