鄂西山区日本落叶松人工林立地分类及质量评价

2017-05-30孙拥康汤景明冯骏林孝培

安徽农业科学 2017年35期

孙拥康汤景明冯骏林孝培

摘要[目的]对鄂西山区日本落叶松人工林进行立地分类和质量评价。[方法]以鄂西山区日本落叶松人工林为研究对象，选取143块有代表性的日本落叶松标准地，利用数量化理论I方法对该区日本落叶松人工林进行了立地分类与质量评价研究。[结果]在选取的5个立地因子中，土层厚度、坡向、海拔是影响日本落叶松生长发育的主导立地因子；依据该3个立地因子，构建了鄂西山区日本落叶松人工林立地类型，共划分为16类；16类立地类型按照立地质量得分情况共划分为优、良、中、差4个等级，研究区整体立地质量处于中等水平以上。[结论]立地分类与质量评价结果可为研究区日本落叶松人工林的科学营造及可持续经营提供参考。

关键词日本落叶松人工林；数量化理论Ⅰ；立地分类；质量评价；鄂西山区

中图分类号S791.22文献标识码A文章编号0517-6611（2017）35-0160-04

Abstract[Objective]To classity and evaluate the site and quality of Larix kaempferi plantation in Western Hubei Province.[Method]Taking Larix kaempferi plantation in Western Hubei Province as the research object，143 representative sample plots of Larix kaempferi plantation were selected to study the site classification and quality evaluation with the method of Quantification theory I. [Result]The results showed that the soil thickness， slope aspect and altitude were the main factors affecting the growth and development of Larix kaempferi in the selected five site factors. Basis for this three main site factors， the site types of Larix kaempferi plantations in Western Hubei were constructed， which were divided into 16 categories. 16 types of site types were divided into excellent， good， medium and poor 4 grades according to the site quality score， the overall site quality of the study area was above the middle level. [Conclusion]The results of site classification and quality evaluation can provide reference basis for scientific afforestation and sustainable management of Larix kaempferi plantation in the study area.

Key wordsLarix kaempferi plantation；Quantification theoryⅠ；Site classification；Quality evaluation；Western Hubei Province

立地分類与质量评价是研究、掌握森林生长环境及环境对森林生产力影响的重要手段，科学的立地分类和质量评价既是林业科学一项重要的基础理论研究，也是实现因地制宜、适地适树、合理利用林地、实现森林集约化经营和可持续经营的基础和关键[1-3]。我国对森林立地类型的研究与实践始于20世纪50年代，当时主要采用苏联立地学派和林型学派的方法对我国一些造林地区的造林类型进行典型设计[4]；20世纪70年代末，我国根据造林发展需要，广泛开展了符合我国实际的立地分类、评价研究，以南方14省（区）杉木科研协作组对杉木等造林树种的立地分类和质量评价研究为标志，我国森林立地类型定性研究的序幕逐步拉开[5]；20世纪80年代开始，随着数学统计分析方法在立地分类及质量评价方面的广泛应用，有关定量的立地质量评价研究逐渐增多，相关研究开始向着综合系统方向发展[6]。当前随着林业科学技术的不断发展，特别是数量化数学统计方法、计算机技术及3S技术在林业上的广泛应用，我国在立地分类及质量评价方面的研究已取得较大进展，正朝着多途径、多方法、多因子、多层次、全面、系统发展新的发展方向迈进[7-8]。

日本落叶松在我国鄂西山区既是一种被广泛引种和栽植的优良速生丰产用材树种，又是该区天保工程二期中高山地段典型造林树种之一。近年来，其经营规模和面积呈逐年增长趋势，在维护区域经济、社会发展和生态安全中发挥着重要作用[9-10]。综合国内外相关研究文献，目前对鄂西山区日本落叶松人工林生长规律[11-13]、密度效应[14-16]、抚育间伐[17-19]、混交林营造[20]等方面开展的研究较多，而对与日本落叶松人工林生长息息相关的立地分类和质量评价方面的研究却鲜见报道。笔者以鄂西山区日本落叶松人工林为研究对象，通过利用数量化理论I方法确定影响鄂西山区日本落叶松人工林生长发育的主导因子，并对鄂西山区的日本落叶松人工林的立地质量进行量化评价，旨在为该区日本落叶松人工林营林规划、优化设计及可持续经营提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

鄂西地属湖北省西部，该研究在鄂西山区日本落叶松主要栽植区内进行（襄阳、宜昌、恩施），地理位置为108°21′～110°58′ E，29°27′～31°57 ′ N，该区地质上属华夏体系第三隆起中段，第二阶梯东缘，由秦岭山脉东延部分的武当山、大巴山、荆山山脉以及云贵高原东延部分的齐岳山、八面山、武陵山脉组成。海拔起伏较大，属北亚热带季风气候区，年均气温为15～18 ℃，年降水量1 000～1 200 mm，相对湿度达60%～89%，土壤属于红黄壤与黄棕壤地带。该区植被类型丰富，除典型的亚热带常绿阔叶林外，山地垂直带上还有混交林、亚高山暗针叶林及落叶阔叶林等植被类型，同时，独特的气候条件非常适合日本落叶松人工林的引种和栽植。

1.2数据来源

数据来源于2016年6月至2017年5月恩施州、宜昌市、襄阳市的日本落叶松专项标准地调查资料和收集的部分代表性地区的日本落叶松相关二类调查数据。标准地选择郁闭度在0.8以上，具有代表性、生长正常、未受到破坏的日本落叶松纯林。设置标准地面积为0.04 hm2，共计143块。详细记录各标准地的环境因子（经纬度、海拔、坡度、坡向、坡位等）和测树因子（胸径、树高、枝下高、冠幅、健康状况等），并选择具有代表性的位置挖土壤剖面，测量土层厚度。标准地基本概况见表1。

1.3研究方法

1.3.1数量化理论Ⅰ模型。

数量化方法是分析在数据中含有定性因子的一类统计方法。根据研究问题目的的不同可以分为4种，分别称为数量化理论Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。其中，数量化理论Ⅰ主要研究含有定性变量的建模问题。

一般模型：设因变量y是定量因子，在第i个样本中的数据为yi（i=1，2，…，n），自变量有h个定量因子，其在第i个样本中的数据为xi（u）（i=1，2，…，n；u=1，2，…，h），有m个定性因子（项目），其中第j项目有rj个类目，它在第i个样本中的反应是δi（j，k）（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m），则有如下线性模型[21]：

yi=hu=1buxi（u）+mj=1rjk=1δi（j，k）bjk+εi

式中，bu（u=1，2，…，h）；bjk（j=1，2，…，m；k=1，2，…，rj）为未知常数；εi（i=1，2，…，n）是随机误差；δi（j，k）为第i个样本在第j个项目的第k个类目上的反应值，该值按如下法则确定：

δi（j，k）=1，当第i个样本属于第j个项目的第k个项目0，其他

1.3.2立地因子类目的划分。

立地因子的选择既要考虑到各因子对树木生长的影响，又要便于在林业生产中应用[22]。该研究综合考虑各立地因子变化对树木生长发育的影响，结合相关林业调查技术标准，选用标准地调查常见立地因子（海拔、坡度、坡向、坡位、土层厚度5个因子），并对各个因子进行分级处理，共划分为14个类目（表2）。

2结果与分析

2.1立地因子

从树木生长发育与立地因子存在相关性的角度出发，以日本落叶松人工林优势高为目标变量，利用数量化理论Ⅰ方法建立了优势高与各立地因子之间的回归关系，每个立地因子的得分值、得分范围、偏相关系数、复相关系数、t检验及判定结果见表3。由表3可知，5个立地因子中，土层厚度与日本落叶松人工林优势高相关性最为显著，偏相关系数为0.432，其次为坡向和海拔，偏相关系数分别为0.213、0.169，再次为坡度和坡位，偏相关系数分别为0105、0.081。表明土层厚度、坡向、海拔3个立地因子对日本落叶松人工林优势高生长的影响较大，占据前3位。这也恰好验证了日本落叶松喜光、喜好肥沃、湿润、排水良好土壤的生物学特性。

复相关系数是各自变量和因变量的总相关，反映了各自变量对因变量的综合影响。预测模型的复相关系数R=0923 5，在0.900 0以上，t检验结果t0=29.698>t0.01=2615，表明日本落叶松优势高生长与各立地因子总体上相关性紧密，该模型预测值与实际值较为接近，回归效果较好，模型精度可以满足研究区需要。

综合上述分析，可以判断出影响日本落叶松人工林优势高生长的最重要因子为土层厚度，重要因子为坡向和海拔，其他为一般影响因子。土层厚度、坡向、海拔三者是影响日本落叶松优势高生长的主导立地因子。

2.2立地分类结果

基于以上分析，采用海拔、坡向、土层厚度3个主导立地因子分级组合划分立地类型，共可将各立地因子排列组合成18种立地类型，但鉴于研究区标准地中收集到阴坡低海拔厚土层、阴坡低海拔薄土层2种类型，故将该2种立地类型排除在分类结果中，最终将研究区立地类型划分为16类，分类结果见表4。

安徽农业科学2017年

2.3立地质量评价

根据每个立地因子对日本落叶松人工林优势高生长所发挥作用的得分值，即可根据预测方程分别计算不同立地类型立地质量的平均得分情况。另根据参考文献并结合研究区立地类型划分实际，立地质量评价等级划分则可依据不同立地类型得分情况（表5），按照以下原则划分为优、良、中、差4个等级，即

若y≥+△s，则评价为优；

若+△s>y≥，则评价为良；

若>y≥-△s，则评价为中；

若 y<-△s，则评价为差。

式中，为被评价标准地的得分值；为各标准地得分平均值；△s为标准差。

经过计算，=16.418，△s=2.081，即立地質量得分值y≥18.499的标准地立地质量为优，立地质量得分值y为16418～18.499的标准地立地质量为良，立地质量得分值y为14.337～16.418的标准地立地质量为中，立地质量得分值y<14.337的标准地立地质量为差。由表5可知，立地质量评价为优的标准地数为37块，主要为中等海拔、土层较厚地段，约占总标准地数的25.87%；立地质量评价为良的标准地数为43块，约占总标准地数的30.07%；立地质量评价为中的标准地数为42块，约占总标准地数的29.37%；立地质量评价为差的标准地数为21块，约占总标准地数的14.69%。立地质量评价处于中等以上水平的标准地数约占总数的8531%，表明研究区立地质量总体上处于中等水平以上，较适合日本落叶松的发展。

3结论与讨论

通过利用数量化理论I方法对鄂西山区日本落叶松人工林进行立地分类与质量评价，结果表明：选取的海拔、坡度、坡向、坡位、土层厚度5个立地因子中，土层厚度、坡向、海拔是影响该区日本落葉松人工林生长的主导立地因子；依据该3个主导立地因子分级组合可将研究区立地类型划分为16类；根据各标准地立地质量得分值可将研究区立地质量划分为优、良、中、差4个等级，研究区立地质量总体上处于中等水平以上，较适合日本落叶松的发展。

虽然从立地质量评价结果来看，鄂西山区独特的自然地理条件较适合发展日本落叶松人工林，日本落叶松人工林营造规模和发展速度也确实呈逐年增加趋势，但从经营现状来看，鄂西地区的日本落叶松营造林主要是以纯林为主，纯林存在着树种单一、群落结构简单、生物多样性低、抗逆性差等问题，日本落叶松也不例外。研究表明，2008年湖北省主要造林树种遭受冰雪灾害调查中，日本落叶松是湖北省遭受风雪自然灾害最严重的用材树种之一，造成其受灾严重的一个重要原因就是未按照林分自然生长规律科学经营，即大面积单一树种的纯林，有违近自然森林复层、异龄的合理结构配置，明显降低了林木抵御冰雪灾害的能力[23]。另外，根据近几年的实地调查走访，笔者发现鄂西山区日本落叶松纯林叶峰虫害问题越发凸显，单建始县国有长岭岗林场目前就有约30%面积的日本落叶松林正在遭受叶峰虫害的威胁；加之，一些地区长期连作、抚育采伐不规范、经营管理粗放等行为，使得日本落叶松林分生产力及土壤肥力日益下降的潜在风险大大增加，这些问题不仅极大阻碍了日本落叶松人工林森林质量的精准提升和可持续发展，还对区域经济、社会及生态的和谐发展提出了考验[24]。因此，加快日本落叶松人工林可持续经营研究，探索一条符合区域实际、易于操作并行之有效的可持续经营技术显得尤为重要和迫切。这就更加要求在大力发展日本落叶松林时，不仅要遵循“因地制宜，适地适树”原则，切实根据研究区立地分类和质量评价结果，选择适宜地段科学规划并开展营造林；还要重视树种的合理结构配置，在试验研究基础上合理引进优良乡土阔叶树种，如马褂木、檫木、枫香、光皮桦等，诱导日本落叶松纯林向异龄、复层结构的近自然混交林转变。鉴于开展立地分类与质量评价所要求的数据量较大，涉及的环境因子较多，因子相关性较复杂，各环境因子对立地质量的影响机理及尺度特性等仍有待进一步深入研究[25-26]。

参考文献

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