丹江口库区柏树生长主导因子及生长过程研究

李细牛 刘学全 王常红 韩锦菊

摘 要： 为给困难立地造林提供技术支撑，笔者对丹江口库区柏树生长的主导因子和生长过程进行了分析。结果表明，丹江口库区的柏树生态林优势树种以柏木和侧柏为主（分别占60.87%和36.25%）。影响侧柏林分平均高的主导因子为土层厚度、土壤类型和坡度;最宜于侧柏生长的主导因子组合分别为：土层>20 cm，黄棕壤类，坡度≤15°;土层>20 cm，石灰土类，坡度≤15°。无论侧柏还是柏木，都更适宜于黄棕壤类土壤，但在石灰土类土壤上造林，选择侧柏比选择柏木成活率高，成林更早，后期生长更快。

关键词： 柏树生态林;主导因子;生长过程;丹江口库区

中图分类号：S727.21   文献标识码：A   文章编号：1004-3020（2021）02-0006-05

Study on Dominant Factors and Growth Process of Cupressus funebris Ecological

Forest in Danjiangkou Reservoir Area

Li Xiniu（1） Liu Xuequan（2） Wang Changhong（3） Han Jinju（4）

（1.Shiyan City Forestry Technology Promotion Center Shiyan 442000; 2.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075;

3.Hubei Daba Mountain Forest Ecosystem Research Station Shiyan 442000;

4.Shiyan City Forestry Survey Planning and Design Institute Shiyan 442000;

5.Shiyan City Yunyang District Forestry Bureau Shiyan 442000）

Abstract： In order to provide technical support for afforestation on difficult sites， the dominant factors and growth process of cypress ecological forest in Danjiangkou Reservoir Area were analyzed. The results showed that the dominant species of cypress ecological forest in Danjiangkou Reservoir Area were mainly Cupressus funebris and Platycladus orientalis（60.87% and 36.25%）.  The main factors affecting the mean height of Platycladus orientalis stand were soil layer thickness， soil type and slope. The most suitable combination of dominant factors for the growth of Platycladus orientalis is： The thickness of soil layer is more than 20 cm， the soil type is yellow brown soil， the slope is less than 15 degrees， and the thickness of soil layer is more than 20 cm， the soil type is calcareous soil， the slope is less than 15 degrees.Both Platycladus orientalis and Cupressus funebris are more suitable for yellow brown soil， but in calcareous soil， platycladus orientalis is more suitable for afforestation than for Cupressus funebris.

Key words： Cupressus funebris ecological forest;dominant factors;growth process;Danjiangkou Reservoir Area

丹江口库区是南水北调中线工程核心水源地。历史上，库区曾水土流失严重，生态一度恶化。经过九十年代消灭荒山、绿化达标和防护林工程建设大力造林，库区生态得到根本改善，森林覆盖率大幅提高。但由于区域内局部地段土层薄，坡度大，自然禀赋极差，虽经多年多次造林，却始终未能成林达标。为了啃下库区造林绿化的硬骨头，各级林业部门启动了精准灭荒三年行动，在丹江口库区造林困难地段兴建精准滅荒示范点。笔者对丹江口库区柏树Cupressus funebris生态林的立地因子和生长过程进行分析，为给困难立地造林提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 区域概况

丹江口湖北库区，包括十堰市张湾区、丹江口市、郧西县和郧阳区（110°48′～ 111°35′E，32°14′～ 32°58′N），属于亚热带半湿润季风气候区，四季分明，热量丰富，雨热同季，年降雨量750 mm左右，年蒸发量为1 979.1 mm。土壤构成大部分为黄棕壤、黄壤，成土母质由石灰岩、片麻岩等发育而成[1]。

1.2 数据调查与处理

（1）数据调查。收集区域内2009年森林资源清查小班数据，包括权属、地类、林种等管理因子，坡向、坡度等立地因子。小班因子调查方法遵照森林资源规划设计调查技术规程和湖北省森林资源普查操作细则。海拔、坡度、坡位、坡向等立地因子通过现场调查、查地形图、查询DEM数据确定。平均树高为小班内各调查点平均树高的算术平均值。平均胸径为小班内各调查点平均胸径的算术平均值。平均年龄通过访问、查经营档案的办法获得。

（2） 数据处理步骤。①对丹江口库区内2 438个柏树生态林小班数据进行预处理，剔除异常数据后，用于各种柏树分类面积汇总和林龄分布情况分析。②在全部小班中筛选年龄为20 a、优势树种为侧柏的小班，筛选出128个小班样本用于主导因子分析。③根据各种柏树分类汇总情况和主导因子分析结果，提取侧柏和柏木不同土壤类型上的年龄与小班平均树高和平均直径数据，用于柏树生态林在不同土壤类型上生长模型分析。

1.3 分析方法

（1） 数据预处理和分类汇总采用Excel相关功能。

（2）柏树生态林的主导因子分析采用数量化逐步回归分析[2]。选取坡度、坡向、坡位、海拔、土壤类型、土层厚度等立地因子作为建模自变量，小班平均高作为因变量。将小班立地因子按照分类分级标准进行数量化转换，确定立地因子及其分类（分级）标准（如表1）。编制原始数据反应表，计算特征值和相关矩阵，用F检验逐步引入主导因子，求得回归模型系数。

（3） 研究柏树生态林在不同土壤类型上生长模型采用多项式回归、逻辑斯蒂模型和Richards等多种数学模型进行拟合，结合相关性检验结果确定最佳拟合方程[3]。

2 结果与分析

2.1 丹江口库区柏树生态林优势树种组成及其分类比例

如表2，库区柏树生态林的优势树种有侧柏、柏木、刺柏Juniperus formosana、圓柏Sabina chinensis四种，柏木和侧柏分别占各类柏树生态林总面积60.87%和36.25%。

按起源分类，丹江口库区柏树生态林主要是人工林，占63.26%;在土壤类型分布上，黄棕壤类占50.47%，石灰土类占48.87%。

2.2 侧柏生态林面积按林龄分段分布情况

丹江口库区林龄为20 a的侧柏生态林面积占比最大，达到14.5%。按龄级期限20 a、龄组40 a的标准划分，丹江口库区侧柏生态林皆处于幼龄林阶段。若按10年期分段汇总计算比例，如图1所示，丹江口库区侧柏生态林林龄主要处于11～20年段和21～30年段。

2.3 影响柏树生态林生长的主导因子分析

运用数量化逐步回归分析方法对影响库区柏类生态林主要生态因子进行分析，在F0.10检验水平下，经3次相关矩阵变换和显著性检验，x7、x5和x1三个变量按偏相关系数大小先后被引入方程，表明影响库区柏类生态林生长的主导因子按相关程度大小分别为土层厚度、土壤类型和坡度。回归方程式为：

┌Y= 0.5979f（x1）+0.6753f（x5）+0.7846f（x7）+-4.1719

│

│      ┌Ci1     当Xi取第1类时

│      │Ci2     当Xi取第2类时

│      │...     ...

└f（xi）=│Cij     当Xi取第j类时

│...     ...

└Cik     当Xi取第k类时

回归分析各次变换后的F检验值如表3。回归方程方差分析结果如表5。

运用回归方程计算主导因子18个组合对应的侧柏生态林20 a时树高理论值见表5。由表可知，林分高最大的两个组合是：土层>20 cm，坡度≤15度，土壤类型分别为黄棕壤类和石灰土类，说明侧柏的适宜立地条件为坡缓、土层深厚，土壤类型为黄棕壤类土或石灰土类土。

2.4 柏树生态林在不同土壤类型上的生长模型

运用多项式回归、逻辑斯蒂模型和Richards等多种数学模型对侧柏和柏木在不同土壤类型上的树高和直径生长规律进行回归分析，结果见表7和表8。

综合表7和表8分析可知，侧柏和柏木在不同土壤类型上，树高与树龄的相关性整体上比直径与树龄的相关性要高。三种拟合方法中，树高适用多项式拟合，直径适用Richards模型方法。

绘制侧柏、柏木在黄棕壤和石灰土上林分平均高函数图。如图2所示：①相同林龄，无论是侧柏还是柏木，黄棕壤上的高生长大于石灰土上的高生长;②侧柏在石灰土上的高生长，在20 a时出现拐点，到接近30 a时与在黄棕壤上的高生长达到一致。③在石灰土上，侧柏造林后5 a内和30 a后，高生长皆大于柏木。表明在石灰质土壤上选择侧柏造林比选择柏木造林成活、成林早，后期生长快。④柏木在黄棕壤上的高生长，17 a时超过侧柏;在石灰质土壤上的高生长，26 a时却落后于侧柏。

3 结论与讨论

（1）丹江口库区柏树生态林的优势树种有侧柏、柏木、刺柏、圆柏四种，面积占比最大的是柏木和侧柏（60.87%和36.25%）;起源为人工林的柏树生态林占63.26%;主要分布在黄棕壤类和石灰土类土壤上，分别占比50.47%和48.87%。侧柏林龄主要处于20～30 a，其中，林龄为20 a的占比最大（14.5%）。

（2）影响丹江口库区柏树生态林生长的主导因子按相关程度大小分别为土层厚度、土壤类型和坡度。最适宜于侧柏生长的主导因子组合分别为：土层>20 cm，黄棕壤类，坡度≤15度;土层>20 cm，石灰土类，坡度≤15度。说明侧柏的适宜立地条件为土层深厚、坡度平缓的黄棕壤类土壤或石灰土类土壤。

（3）从柏树生态林的生长过程看，无论侧柏还是柏木，在黄棕壤类土壤上比在石灰土类土壤上生长更快。然而，对于在石灰土类土壤上造林，选择侧柏比选择柏木，成活、成林更早，后期生长更快。

（4）研究柏树生态林的生长过程和影响柏树生长的主导因子，对于在实施困难立地造林工程中正确选择造林树种，做到适地适树，以及科学指导柏树生态林的经营管理，具有现实作用。若应用多期连清调查数据对柏树生态林在多个时间段的消长变化情况结合同期林业政策和措施进行对比分析，对于掌握森林资源增长的外在推动力亦有十分重要意义。

参考文献

[1]刘学全，唐万鹏，崔鸿侠. 丹江口库区主要植被类型水源涵养功能综合评价[J]. 南京林业大学学报（自然科学版）， 2009（1）：59-63.

[2]计合宪，李细牛.数量化逐步回归的初步探讨[J].湖北林业科技， 1995（4）：6-9.

[3]唐启义. DPS数据处理系统：实验设计、统计分析及数据挖掘[M].北京：科学出版社，2010.

（责任编辑：唐 岚）

收稿日期：2020-08-25

基金项目：中央财政林业科技推广示范资金项目“丹江口库区水源涵养林营建技术推广示范（鄂[2018]TG03号）”。

作者简介：李细牛（1962～），男，高级工程师，主要从事林木栽培技术研究和推广等工作。