甘肃小陇山林区5种引进树种生态适应性评价

李录林，吕 寻，胡勐鸿 ，沈亚洲

（1.甘肃省小陇山林业实验局高桥林场，甘肃 徽县 742304；2.甘肃省小陇山林业实验局林业科学研究所 甘肃省栎类次生林生态系统重点实验室，甘肃 天水 741022）

甘肃小陇山林区5种引进树种生态适应性评价

李录林1，吕 寻2，胡勐鸿2，沈亚洲2

（1.甘肃省小陇山林业实验局高桥林场，甘肃 徽县 742304；2.甘肃省小陇山林业实验局林业科学研究所 甘肃省栎类次生林生态系统重点实验室，甘肃 天水 741022）

运用层次分析法（AHP）构建了包括1个目标层，3个（生长适应性、抗逆性、观赏性）准则层和11个（平均树高、平均胸径、保存率、长势、繁殖能力、病虫害发生率、干梢率、冻伤率、色彩、冠型、花果）指标层的适应性评价体系，对小陇山林区20世纪70―80年代引进的5个树种[日本落叶松、欧洲云杉、花旗松、刚松和黄菠萝（与同属同龄的乡土人工林树种相比较）]的生态适应性进行了评价。结果表明：日本落叶松和欧洲云杉的综合指数最高，分别是0.95和0.93，生态适应性为Ⅰ级，黄菠萝的综合指数为0.70，生态适应性为Ⅱ级，花旗松和刚松综合指数最低，分别是0.66和0.62，生态适应性为Ⅲ级。评价结果可为小陇山林区开展引进树种的示范推广提供科学依据。

小陇山林区；引进树种；生态适应性评价；层次分析法

林木引种是树木改良的重要组成部分[1]，也是人类利用、改造和保存树种资源的重要手段。引进适应性强、生长表现佳、经济价值高的外来树种，不仅可以丰富当地树种资源和林产品种类，而且还可为林木良种选育和改良提供新的基因资源[2]。而对引进树种进行早期适应性评价，能为引进树种栽培、管理、繁殖提供依据，避免盲目性，能起到事半功倍的效果。目前引进树种生态适应性评价仍缺乏一个科学的、统一的、合理的评价指标体系。由于树种生物学特性、生态学特征以及环境的复杂性，可选择的评价指标较多，而且有些指标难以量化，因此，急需建立相应的评价指标体系。当前，在国内主要的评价方法有回归分析法、层次分析法、主成分分析法、模糊数学法、综合评价法等[4-8]，但生态功能性和生态适应性并重的综合评价更科学合理[9]。本研究用层次分析法（AHP）构建了评价体系，对小陇山林区20世纪70―90年代引种栽培的日本落叶松Larix kaempferi(Lamb) Carr、欧洲云杉Picea abies、美国花旗松Pseudo tsugamenziesii、美国刚松Pinus rigidaMill.和黄菠萝Phellodendron amurenseRupr.（学名黄檗）等5个树种的生态适应性进行了评价，可为小陇山林区开展引进树种的栽培管理和示范推广提供科学依据。

1 研究区自然概况

研究地设置在小陇山林区的沙坝云杉/落叶松国家良种基地，地处 105°51′～ 105°54′N，34°07′～34°10′E，为秦岭西段，海拔1 560～2 019 m，属大陆性季风气候温带湿润区，年均气温为7.2 ℃，极端最高气温达32 ℃，极端最低气温为-27 ℃，≥10 ℃的有效积温2 480 ℃，无霜期154～185 d，年均降水量460～800 mm，丰年降水量可达到1 012.2 mm，主要分布在7―9月份，一般夏、秋季降水量占全年降水量的70%～80%，年蒸发量989～1 658 mm，平均相对湿度78%，平均年日照时数1 553 h，气候特点为：气候温暖，雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑，春季气温回升快，常有倒春寒和春旱发生。土壤为棕色森林土，有机质含量在1.71%～5.35%之间，pH值在6.4～8.4之间，土层厚度30～50 cm，土壤肥力较高。森林资源丰富，主要是以栎类为主要建群树种的天然次生林。

2 材料与方法

2.1 研究材料

研究材料为由中国林科院在20世纪70―80年代从日本、德国、美国、中国东北等原产地购进种子、在小陇山林区播种育的苗，选择合格苗木植苗造林。5个树种的具体引种情况如表1所示。

表1 引进树种生长环境的基本情况Table 1 The basic situation of growing environment of introduced tree species

2.2 研究方法

2.2.1 数据调查

采用样地调查法调查5个引进树种的各项生长指标。分别在5个引进树种林分的代表地段设置1块面积为20 m×20 m的样地。调查林木的生长适应性：保存率（保存株数占定植株数的百分比）、胸径（cm）、树高（m）、冠幅（m），长势（有无天然更新、树叶鲜艳度、有无发黄、落叶现象）和繁殖能力（开花结果和果实的成熟情况）及其抗逆性（病虫害发生的株数和种类，当年越冬死亡数、冻害数、干梢数）和观赏性（色彩、冠型、花果等）。以乡土树种油松Pinus tabuliformisCarrière、紫果云杉Picea purpureaMast、川黄檗Phellodendron chinense为对照，乡土树种油松、紫果云杉、川黄檗的胸径、树高采用二类调查数据。

2.2.2 评价方法

用层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）构建评价体系。评价体系包括目标层（A）、准则层（B）和指标层（C），其中目标层为树种综合评价指标；准则层包括生长适应性（B1）、抗逆性（B2）、观赏性（B3）等3个准则指标，生长适应性指标层包括平均树高（C1）、平均胸径（C2）、保存率（C3）、长势（C4）、繁殖能力（C5）等5个准则；抗逆性指标层包括病虫害发生率（C6）、干梢率（C7）、冻伤率（C8）等3个准则；观赏性指标层包括色彩（C9）、冠型（C10）、花果（C11）等3个指标。

各项指标值的计算采用定性与定量相结合的方法。定量指标C1和C2以本地同属、同龄乡土树种人工林平均树高、平均胸径作为对照：花旗松、刚松、日本落叶松以同属乡土树种油松为对照，欧洲云杉以紫国云杉为对照，而黄菠萝以川黄檗为对照，对照的方法用百分比计算，大于等于100为优，99～85为良，84～70为中，小于70为差；C3、C6、C7、C8采用实测值；C4、C5、C9、C10、C11等定性指标通过咨询调查问卷专家咨询，对树种各指标因子的打分赋值，利用公式（1）对打分结果进行标准化。

式（1）中：Kij表示各树种各指标因子得分数据标准化后的结果；Xij表示各树种各指标因子得分；Xj(max)表示某项指标因子的最大得分值。

数据标准化后利用公式（2）计算出各树种的综合指数。

式（2）中：Xi表示各指标因子得分；Ai表示各指标因子对应的权重系数；Y为综合指数。

按照田广红等[15]对珠海淇澳岛红树林引进树种的适应性评价指标层划分方法，将指标层分为优、良、中、差4个标准，并分别赋值为3、2、1、0；目标层分为Ⅰ级（适应性强），综合指数≥0.80；Ⅱ级（较适应），综合指数0.79～0.70；Ⅲ级（一般适应），综合指数0.69～0.51；Ⅳ级（不适应），综合指数≤0.50等4个等级。引进树种适应性评价分级标准见表2。

表2 引进树种适应性评价体系分级标准Table 2 The grading standards of ecological adaptability evaluation system of introduced tree species

3 结果与分析

3.1 引进树种的抗逆性表现

从表3可以看出，5个树种的保存率差异较大，日本落叶松、欧洲云杉保存率较高，分别为91.5%和90.0%，花旗松、黄菠萝分别为78.1%和75.6%，而刚松最低，为70.7%；花旗松的干梢率最高，达18.8%，其次是刚松、黄菠萝、欧洲云杉，分别为13.3%、12.4%和11.4%，日本落叶松最低，仅为4.0%；5个树种的冻伤率均较低，为1.0%～4.0%，日本落叶松最低，仅为1.0%；花旗松病虫害发生率最高，达21.9%，其次是黄菠萝，为11.2%，其他3个树种为3.6%以下。表明5个引进树种的抗逆性存在一定的差异，其中日本落叶松抗逆性最强，其次是欧洲云杉，花旗松最差。

表3 各引进树种的抗逆性Table 3 Stress resistance of the different introduced tree species

3.2 引进树种生长适应性分析

在引种树种的生态适应性评价中，生长量指标作为定量指标，其指标值具有准确性较高、参考性较强的特点，如何使这一定量指标在评价中具有更强的参考价值，国内研究一般采用树高生长量、胸径生长量值或采用与原产地同属树种的平均树高、平均胸径作为评价分值依据[15-17]。本研究采用引进树种与引种地同属乡土树种平均树高、平均胸径进行比较，以此说明引进树种在引种地的生长适应性。将引进树种日本落叶松、花旗松、刚松与同属、同龄的油松，欧洲云杉与同属、同龄的紫果云杉，黄菠萝与同属、同龄的川黄檗平均树高、平均胸径相比较，结果（表4）表明，日本落叶松、欧洲云杉的平均树高、平均胸径均分别高于同属、同龄的乡土树种油松、紫果云杉的平均树高、平均胸径，表明引进树种日本落叶松、欧洲云杉引进后生长迅速，生长适应性强，评价等级达到优；花旗松、黄菠萝平均树高、平均胸径均分别略低于同属、同龄的乡土树种油松、川黄檗，表明引进树种花旗松、黄菠萝在引进地生长与同属、同龄的乡土树种油松、川黄檗相近，生长适应性较强，评价等级达到良；而刚松平均树高、平均胸径均明显低于同属、同龄的乡土树种油松，表明刚松在引进地生长较慢，生长适应性一般，评价等级为中。

表4 引进树种树高、胸径的评价Table 4 The evaluation of height and diameter at breast height of introduced tree species

3.3 定性指标权重的确定

采用专家咨询法对准则层、指标层进行权重赋值，得到判断矩阵。用高斯迭代法求解各判断矩阵的最大特征根以及对应的特征向量，计算指标层各项指标的权重，对判断矩阵进行一致性检验，结果均满足于CR＜0.1的一致性要求，结果如表5所示。

3.4 引进树种适应性等级综合评价

对各项指标进行评价，结果（表6）显示，日本落叶松、欧洲云杉生长适应性均明显高于刚松、花旗松、黄菠萝，日本落叶松的抗逆性最好，其他4个树种均有干梢现象，可能是由于欧洲云杉、刚松、花旗松、黄菠萝的抗霜冻或抗日灼性较差造成的。花旗松、黄菠萝抗病虫害能力较差；黄菠萝观赏性好于其它4个树种。日本落叶松、欧洲云杉在小陇山林区综合指数分别是0.95和0.93，生态适应性属于Ⅰ级，表现出最强的生态适应性；黄菠萝综合指数为0.70，生态适应性为Ⅱ级；花旗松、刚松的综合指数分别是0.66和0.62，生态适应性属于Ⅲ级。

表5 各指标层判断矩阵构建Table 5 The build of judgment matrix of each index layer

表6 引进树种评价指标标准化数据及综合评价分级结果Table 6 The grading results of overall merit and standardized data of evaluation indexes of introduced tree species

4 结论与讨论

引进树种生态适应性评价，因树种的生物学特性、生态学特性以及环境的复杂，可选择的参评指标较多，根据“适地适树”的树种适应性评价原则，不同树种根据不同的需求选取的评价指标也不同[15]。本研究中，小陇山林区5个引进树种抗逆性存在一定的差异，日本落叶松抗逆性最强，其次是欧洲云杉，花旗松最差。日本落叶松、欧洲云杉生长适应性强，评价等级为优；花旗松、黄菠萝生长较迅速，生长适应性较强，评价等级为良；刚松生长较慢，生长适应性一般，评价等级为中。运用层次分析法（AHP）构建了评价体系，评价体系由1个目标层，3个准则层和11个指标层构成；用定性和定量相结合的方法对小陇山林区5个引进树种进行了适应性评价。评价结果表明，日本落叶松、欧洲云杉2个树种在小陇山林区综合指数分别是0.95和0.93，生态适应性属于Ⅰ级，表现出最强的生态适应性；黄菠萝综合指数为0.70，适应性为较强，生态适应性为Ⅱ级；花旗松、刚松的综合指数分别是0.66和0.62，适应性一般，生态适应性属于Ⅲ级。小陇山林区引进的42年生日本落叶松平均树高（12.1 m）明显低于湖南省21—29年生日本落叶松林（19.3 m）[18]，平均胸径（18.6 cm）也略低于湖南省21—29年生日本落叶松林（20.2 cm）[18]。小陇山林区31年生欧洲云杉平均树高、平均胸径分别高于鄂西地区25年生欧洲云杉[19]。

自20世纪30年代，我国开始大面积引种日本落叶松，日本落叶松在我国的生长适应范围比较广，在14个省，市，自治区均有栽培，它喜冷凉气候，适宜在海拔900 m以上的中山区栽培[18]。小陇山1974年引种栽培的日本落叶松表现出最强的生态适应性，已经成为小陇山林区速生丰产林主要造林树种之一，并已大面积推广造林，而且日本落叶松在我国大多部分地区表现出较强的适应性，已经成为我国北方和西南地区主要造林树种之一，广泛分布湖南、湖北、贵州等11个省份。第七次全国森林资源清查数据显示，落叶松在我国乔木林面积比重中排名第5，总面积达1 063×104hm2，其中落叶松人工林为286×104hm2，占全国人工林总面积的7.14%[20]。在我国生态环境和经济社会建设中发挥着重要作用，极大地满足了经济社会发展对木材产品的需求。欧洲云杉是重要的工业用材树种，适应性属于Ⅰ级，但是由于受到繁殖材料的限制，目前没有广泛推广，近年来随着扦插技术的发展，欧洲云杉造林得到一定推广[21]；黄菠萝木材是重要的国防和工业用材,皮、根、茎、果实、种子、叶均有较高的药用价值，《国家重点保护野生植物名录》（第一批）中将黄檗列为国家二级保护树种；2008年崔国发等对北京地区珍稀濒危植物等级评定中将黄檗定为容易消失种[22]，黄菠萝在小陇山的生态适应性属于Ⅱ级，对引进的这一珍贵濒危树种进行保护和必要的示范推广；花旗松和刚松在小陇山的生态适应性为Ⅲ级，应作为种质资源进行保存。

评价体系中指标的选取以及权重的确定人为因素较大，其方法还有待进一步研究。

[1] 吴为群.欧美10种珍贵树种引种驯化研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2003.

[2] 吴中伦.国外树种引种概论[M].北京:科学出版社,1983:5-7.

[9] 胡 杨.呼和浩特市10种园林树种引种适应性评价[D].呼和浩特:内蒙古林业大学,2014.

[4] 曹小俞.生物的生态适应性评价[J].生态旅游,2010,5(3):12-16.

[5] 王伟峰,刘永宏,王 博,等.珍贵观赏树种西伯利亚野苹果、欧洲银柳适应性评价[J].内蒙古林业科技,2015,41(3):11-33.

[4] 徐六一,罗 宁,刘桂华,等.安徽省防火树种的选择及评价研究[J].安徽农业大学学报,2005,32(3):349-353.

[5] Saaty T L.The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource Allocat[M].New York: McGraw—Hill International Book Co, 1980.

[6] 陆钊华,徐建民,李光友,等.桉树多树种无性系综合选择[J].南京林业大学学报,2005(5):23-30.

[7] 朱桂才,李璐璐.荆州市城区街道绿化树种构成与配置模式研究[J].长江大学学报,2006(5):49-53.

[8] 李建民,陈存及,潘标志,等.南方林区速生乡土阔叶树种的评价与筛选[J] .林业科学研究,2003,6(20):23-30.

[11] 杨培华,樊军锋,刘永红,等.油松种子园开花结实规律研究进展[J].西北林学院学报,2005,20(4):64-66.

[12] 张存旭,袁秀平,韩创举.花旗松引种试验研究[D].西北农林科技大学学报,2004,32(1):66-68.

[13] 陆燕元,樊军锋,杨 润.花旗松[J].陕西林业科技, 2006(2):106-110.

[14] 陈艳珍,王金凤.沿海地区引种日本黑松试验[J].中南林业技大学学报,2004,32(1):66-68.

[15] 田广红,李 玫,杨雄邦.珠海淇澳岛红树林引进树种的适应性评价[J].福建林业科技,2012,39(1):104-107.

[16] 杨 斌.运用层次分析法优选临夏北塬农田防护林树种[J].林业科学,2006,42(6):51-54.

[17] 何兴元.应用 AHP 构建城市森林树种综合评价指标体[J].辽宁林业科技,2006(3):1-3.

[18] 马丰丰,张灿明,李有志.亚热带日本落叶松人工林生态系统碳密度及其分配特征[J].中南林业科技大学学报,2016,36(1):94-100.

[19] 付高峰,吴贤军,王军辉,等.欧洲云杉引种试验研究.湖北林业科技,2015,44(1):1-4.

[20] 国家林业局森林资源管理司.第七次全国森林资源清查及森林资源状况[J].林业资源管理,2010(1):1-8.

[21] 胡勐鸿,欧阳芳群,贾子瑞,等.欧洲云杉扦插生根影响因子研究与生根力优良单株选择[J].林业科学,2014,50(2):42-49.

[22] 崔国发,刑韶华.北京山地植物和植被保护研究[M].北京:中国林业出版社,2008.

Ecological adaptability evaluation of five introduced species in Xiaolongshan forest area in Gansu province

LI Lulin1, LV Xun2, HU Menghong2, SHEN Yazhou2
(1. Xiaolongshan forestry experimental bureau of Gansu Province GaoQiao forest farm, Huixian 742304, Gansu, China; 2. Xiaolongshan Research Institute of Forestry of Gansu Province, Key Laboratory for Oak Secondary Forest Ecosystem of Gansu Province, Tianshui 741020, Gansu, China)

By using the analytic hierarchy process (AHP) construct the includes a target layer, 3 (growth adaptability, resistance,ornamental) criterion layer, 11 (average tree height, diameter at breast height, average survival rate, growth, reproduction ability, the incidence of plant diseases and insect pests, stem tip rate, type, color, crown, and frostbite rate) adaptability evaluation system index layer, and comparing with the native arti ficial forest tree species, which belong to the same age, the ecological adaptability evaluation of 5 species:Larix kaempferi(Lamb) Carr,Picea abies,Pseudo tsugamenziesii,Pinus rigida,Phellodendron amurenseintroduced in 70-80s of the 20th century were studied in Xiaolongshan forest area in Gansu province, China. The results showed that the composite indexes ofLarix kaempferi(Lamb) Carr,Picea abieswere the highest, with value of 0.95 and 0.93 respectively, the level of ecological adaptability were Ⅰ . The composite index ofPhellodendron amurenseRupr. was 0.70, had Ⅱ level of ecological adaptability. The composite indexes ofPseudo tsugamenziesii andPinus rigidaMill were the lowest, with value of 0.66 and 0.62 respectively, ecological adaptability were Ⅲ level. The evaluation results can provide a scienti fic basis for demonstration and extension of introduced tree species in Xiaolongshan forest area.

Xiaolongshan forest area; introduced tree species; ecological adaptability evaluation; analytic hierarchy process

S718.55＋7

A

1673-923X(2017)08-0029-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.08.006

2016-10-08

国家林业公益性行业科研专项重大项目（201204307）子课题“云杉长期育种技术体系构建”天水市科技支撑项目（201509）

李录林，工程师

吕 寻，高级工程师；E-mail：648257249@qq.com

李录林，吕 寻，胡勐鸿，等. 甘肃小陇山林区5种引进树种生态适应性评价[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(8):29-33, 65.

[本文编校：文凤鸣]