福建南方红豆杉林生境质量评价研究

2016-12-15欧建德吴志庄

西南林业大学学报 2016年6期

罗宁欧建德吴志庄

(1. 国家林业局竹子研究开发中心浙江省竹子高效加工重点实验室，浙江杭州 310012；2. 明溪县林业局，福建三明 365200；3. 明溪国有林场，福建三明 365200)

福建南方红豆杉林生境质量评价研究

罗宁1欧建德2吴志庄3

选取福建省明溪县南方红豆杉117块标准地，以优势木平均高为因变量，以腐殖质层厚度、冠层郁闭度、土层厚度、海拔、冠层树种组成、坡位、坡向、坡形8个因子为自变量，基于数量化理论法确定并划分生境质量等级。结果表明：采用以上因子构建南方红豆杉生境质量模型评价效果良好，项目得分值的极差为6.697，表明模型中的生境因子明显影响南方红豆杉生长；影响生境质量的因子重要性依次为腐殖质层厚度 > 冠层郁闭度 > 土层厚度 > 海拔 > 冠层树种组成 >坡位 > 坡向。将生境质量划分为3个等级标准，并根据不同的南方红豆杉培育目标给出相应经营措施与建议。

南方红豆杉；生境质量；培育；经营；评价

南方红豆杉 (Taxuswallichianavar.mairei) 作为我国重要的药用、材用和观赏树种[1-2]，其干形通直、木材纹理致密、削面光滑，是高级建筑、家具等的上等用材，也是我国亚热带中东部地区重点发展珍贵用材树种之一。南方红豆杉林下更新培育模式基于其幼龄期偏阴的生物学特性，以其能促进生长、缩短培育周期的特点，已成为资源培育重要模式[3-7]。植物生长离不开一定的生长环境，环境影响植株生长，生境质量一般用来描述一定区域地段生境的好坏[8]，是其宜林性或对其潜在生产力进行判断和预测的理论基础，同时也是衡量林下更新培育适宜程度和利用价值的重要指标，因此其质量好坏直接关系到森林培育的成效[9]。生境质量评价为科学营林、育林等森林经营活动提供决策依据，是经营管理决策支持系统的重要组成因素[10-13]。生境质量是很多环境因子的总和，可根据一定时期内林地生产林木的最高产量来测算[8]，人们常用优势木高度来间接评价[8,13-18]。林下生境质量受到许多因子影响，包括土壤、地形与林冠层结构等，找出其主要影响因子并定量化处理是关键。数量化理论以其计算最精确等特点，常用于森林立地与生境质量评价的研究[14-18]。为此本研究通过测定优势木平均高，尝试采用数量化分析方法评价生境因子，找出主导因子并定量化，编制生境质量等级表，从而构建评价模型，进而为南方红豆杉培育提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区选在具有 “中国红豆杉之乡” 之称的福建省明溪县，位于福建省西北部，地处北纬26°08′～26°39′、东经117°04′～118°47′，属中亚热带海洋性季风气候。该区年平均气温18.1 ℃，年平均降水量1 786 mm，全年降水5—6月最多，全年平均蒸发量1 364 mm，年平均日照时间1 750.7 h，无霜期283 d，年平均相对湿度81%。

1.2 数据来源

本研究采用临时样地 (方形20 m × 20 m) 采集数据，共计调查117个样地。以树高最高法优势木选择标准与方法[19]，每个样地选择6株南方红豆杉优势木，计算优势木平均高。通过查阅造林技术档案确定各样地南方红豆杉年龄，测量各样地的坡向、腐殖质厚度、土层厚度、海拔、冠层郁闭度，调查坡位、坡形、冠层树种组成[16]。依据数量化理论要求，考虑到本研究情况设定项目数8个，共计22个类目，具体见表1。

表1 生境因子项目划分标准

1.3 研究方法

1.3.1 因子项目和类目的选择

本研究针对南方红豆杉的生长特性，参照前人研究成果[4,9,14-18,20-22]，选择以下因子项目：冠层因素：选择林冠层郁闭度与冠层树种组成；土壤因子：选择土层厚度与腐殖质厚度；地形地貌因素：选择海拔、坡形、坡位、坡向。

1.3.2 数量化模型的建立

参照前人的研究成果[14-15]，本研究数量化理论模型为：

式中：yi为因变量，是第i块标准地的优势木平均高；bjk为j项目k类目的得分值；b为林分年龄的得分值；A为林分年龄；εi为随机误差；δ(j,k)为类目反应值，当第i个标准地中，j项目的定性数据为k类目时的反映时取值为1，否则为0；其中：i=1，2，…，n；标准地号j=1，2，…，m；项目数k=1，2，…，n。

1.3.3 数量化得分表的建立

根据生境因子类目表，构建南方红豆杉林分优势木平均高数量化反映表，利用数量化分析方法，建立林分优势木平均高与生境因子的回归方程[14-15]。采用SPSS 21进行数据分析与检验，分别计算出各项目得分值、偏相关系数、T检验值及模型的复相关系数，并进行复相关系数与偏相关系数的F检验与t检验[5,14-16,18]。为简化评价，剔除偏相关系数t检验不显著的项目，重新计算，直到所有项目偏相关系数t检验显著为止[5,14,18]。

1.3.4 等级标准的确定

鉴于生境因子得分表满足要求，选取腐殖质层厚度、冠层郁闭度、土层厚度、海拔、冠层树种组成、坡位、坡向、坡形等8个主导因子对生境适宜性进行评估，建立了适宜、较适宜和不适宜等3个质量等级[23]。通过求算各项目类目得分值极差[5,14,18]并三等分，将生境质量从高到低划分为三等级，即Ⅰ级 (适宜)、Ⅱ级 (较适宜)、Ⅲ级 (不适宜)。

2 结果与分析

2.1 生境质量因子量化评定与检验

各生境质量因子得分值及其检验结果见表2。

表2 生境质量因子量化评定结果

由表2可知，影响南方红豆杉优势木平均高的主要因子有坡向、坡位、土层厚度、海拔高度、腐殖质层厚度、冠层郁闭度、冠层树种组成等7个因子。鉴于坡形项目偏相关系数和T检验不显著，剔除了坡形项目后重新计算南方红豆杉优势木平均高及各因子的回归方程为：

y1=8.340lgA-0.508x11-0.010x12-0.887x21-0.673x22-1.370x31-0.329x32+0.9735x41+1.620x42+0.574x51+1.318x52+2.018x53+0.560x62-0.497x63-0.784x71

式中：y1为南方红豆杉优势木平均高；A为年龄；x11为阳坡，x12为半阴阳坡，x13为阴坡；x21为山顶、坡上部，x22为山坡中部，x23为山谷、坡下部；x31为土层薄 (≤ 40 cm)，x32为土层厚度中等 (40～80 cm)，x33为土层厚 (≥ 80 cm)；x41为海拔≥ 800 m，x42为海拔< 800 m；x51为腐殖质层薄 (≤ 10 cm)，x52为腐殖质层中等 (10～20 cm)，x53为腐殖质层厚 (≥ 20 cm)；x61为冠层郁闭度≤ 0.3，x62为冠层郁闭度0.3～0.7，x63为冠层郁闭度≥ 0.7；x71为冠层树种组成以针叶树为主，x72为冠层树种组成以阔叶树为主。

模型运行结果与各类目得分值和项目得分范围、贡献比例见表3。

表3 生境质量因子权重优化评定结果

由表3可知，南方红豆杉优势木平均高模型中偏相关系数采用T检验，结果均为极显著，复相关系数为R=0.940；采用F检验，F=83.751 >F0.01(5,46)=2.81，检验结果为极显著。筛选出的坡向、坡位、土层厚度、海拔高度、腐殖质层厚度、冠层郁闭度、冠层树种组成等7个生境因子与南方红豆优势木平均高之间具有极显著相关关系。

2.2 生境因子综合评价结果

根据偏相关系数大小得出各项目影响生境质量的重要性[5,14-16,18]，依次为：腐殖质层厚度 > 冠层郁闭度 > 土层厚度 > 海拔 > 冠层树种组成 > 坡位 >坡向。表3结果显示，项目得分值的极差为6.697，表明以上生境因子明显影响着南方红豆杉生长。从单个项目在模型中的贡献比例 (表3) 可知，腐殖质层厚度的贡献率最大为21.56%，其次为土层厚度为20.46%，冠层郁闭度排名第三为15.78%，第四为坡位为13.24%，冠层树种组成排名第五为11.71%，海拔高度与坡向的贡献率分别为9.66%、7.59%，表明南方红豆杉生境质量控制项目优先顺序为腐殖质层厚度 > 土层厚度 > 冠层郁闭度 > 坡位 > 冠层树种组成 > 海拔 > 坡向。从土壤因素、地形地貌因素、冠层结构因素的贡献百分比 (表3) 可知，土壤因素的贡献率最高达42.02% (有土层厚度、腐殖质层厚度2个因子)，其次为地形地貌因素 (含坡向、坡位、海拔3个因子) 达30.50%，冠层结构因素 (含冠层郁闭度、树种组成2个因子) 的贡献率为27.49%。鉴于以上因素可以通过人为调控措施、选择改变的现实，林下生境质量控制优先顺序为土壤因素 > 地形地貌因素 > 冠层结构因素。

2.3 生境质量等级划分

南方红豆杉林生境质量划分及等级见表4。

表4 生境质量划分及等级

由表4可知，生境类型类目得分极大值和为4.198，得分极小值和为-2.499，极差为6.697；经计算，生境的因子得分值范围介于4.198～1.966，确定为 Ⅰ 级 (适宜)；得分值范围介于1.966～-0.267，确定为Ⅱ级 (较适宜)；得分值范围介于-0.267～-2.499，确定为Ⅲ级 (不适宜)。按照本数量化模型计算预测3个等级生境质量优势木平均高显示，30年基准年龄南方红豆杉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级林下生境质量的优势木平均高分别为14.3～16.5、12.1～14.3、9.8～12.1 m，相邻等级优势木平均高> 2 m，进一步说明该等级划分合理。

3 结论与讨论

科学评价南方红豆杉的生产潜力，评定生境质量等级，是森林经营基础性工作。本研究选取腐殖质层厚度、冠层郁闭度、土层厚度、海拔、冠层树种组成、坡位、坡向、坡形等8个生境因子作为项目，运用数量化理论方法，构建了福建省南方红豆杉林生境质量评价模型。检验结果表明，该模型达到精度要求，可以指导南方红豆杉林培育的科学经营，充分发挥林地生产力的潜力，提高造林和经营水平。结果表明，腐殖质层厚度、冠层郁闭度、土层厚度、海拔、冠层树种组成、坡位、坡向等7个因子显著性影响南方红豆杉生境质量，重要性依次为腐殖质层厚度 > 冠层郁闭度 > 土层厚度 > 海拔 > 冠层树种组成 > 坡位 > 坡向。南方红豆杉林下更新培育最适生境为土层与腐殖质层深厚、半阴阳坡和山谷、坡下部以及冠层郁闭度0.3～0.7且树种组成以阔叶树为主，这与前人研究结论一致[4,9,22]。

研究结论认为，腐殖质层厚度、冠层郁闭度、土层厚度、海拔高度、冠层树种组成、坡位、坡向等是生境质量主导因子，验证了前人的研究结论[4-5,9-10,12-18,20-24]。冠层郁闭度0.3～0.7利于林下南方红豆杉生长，验证前人保持合理的冠层郁闭度是林下更新培育关键结论[4,9,22]。冠层树种影响林下南方红豆杉生长，这与前人对林下套种闽楠(Phoebebournei)、南方红豆杉的结论一致[4,24-26]。土层厚度、腐殖质层厚度等土壤因子对南方红豆杉生长有显著性影响，表现为土层与腐殖质层深厚 > 中等 > 薄，这与南方红豆杉生长喜肥的生物学特性有关。坡向、坡位、海拔等地形地貌因子对南方红豆杉生长有显著性影响，表现为半阴阳 > 阴坡 > 阳坡，山谷、坡下部 > 山坡中部 > 山顶、坡上部，< 800 m海拔优于≥ 800 m海拔，原因可能是半阴阳坡能够满足其幼龄喜荫、随着年龄增长需光量逐渐增强的生物学特性；土壤湿度较大的中山谷、坡下部满足其生长喜湿的生境；生长在< 800 m海拔的低山、丘陵地貌南方红豆杉的生长期较长。冠层郁闭度、冠层树种组成等冠层结构因子对南方红豆杉生长有显著性影响，表现为 (0.3～0.7冠层郁闭度)>(冠层郁闭度≤ 0.3)>(冠层郁闭度≥ 0.7)，阔叶树为主 > 针叶树为主。

南方红豆杉林培育过程中，可综合生境质量评价模型与质量等级标准，做好生境质量控制与培育目标规划。建议如下：1) 南方红豆杉大、中径材培育目标，宜选择Ⅰ级 (适宜) 生境质量，初植密度1 500～2 400株/hm2，主伐年龄30～50 a，期间抚育间伐2～3次，保留主伐密度600～1 200株/hm2，期间适时调控冠层结构、施肥、修枝、修杈等措施集约经营；2) 中、小径材培育目标，宜选择Ⅱ级 (较适宜) 以上生境质量，初植密度2 400～3 000株/hm2，主伐年龄20～30 a，适时调控冠层结构；3) Ⅲ级 (不适宜) 生境质量不宜发展用材林，鉴于南方红豆杉的药用、材用和观赏利用多用途树种[1-2]，其经营目标可确定为景观林、绿化树及生物质利用培育。

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(责任编辑曹龙)

Evaluation of Habitat Quality forTaxuswallichianavar.maireiin Fujian Province

Luo Ning1, Ou Jiande2, Wu Zhizhuang3

(1. National Bamboo Research Center of State Forestry Administration, Key Laboratory of High Efficent Processing of Bamboo in Zhejiang Province, Hangzhou Zhejiang 310012, China; 2. Forestry Bureau of Mingxi County, Sanming Fujian 365200, China;3. State-owned Forest Farm of Mingxi County, Sanming Fujian 365200, China)

To scientifically evaluate the habitat quality grade for theTaxuswallichianavar.mairei, the average dominant tree heights ofT.wallichianavar.maireias the dependent variable, and the 8 factors including humus depth, canopy closure, soil thickness, altitude, canopy species composition, slope position, slope aspect and slope shape as the independent variables, we determined and divided the under-forest habitat quality grade based on the quantification theory with 117 sample plots ofT.wallichianavar.maireiin Mingxi County of Fujian Province. The results showed that the habitat quality model forT.chinensisvar.maireihas good effect by building with these factors, andthe range of project score was 6.697, which showed that those habitat factors significantly influenced the growth ofT.wallichianavar.mairei.The importance order of those factors affecting the habitat quality ofT.wallichianavar.maireiwas humus depth ﹥ canopy closure ﹥ soil thickness ﹥ altitude ﹥ canopy species composition ﹥ slope position ﹥ slope aspect. The habitat quality forTaxuswallichianavar.maireiwere divided into 3 categories, and put forward the corresponding management measures according to various cultivation objectives.

Taxuswallichianavar.mairei, habitat quality, cultivation, management, evaluation