雷琼地区尾细桉人工林立地类型划分及其质量评价

张沛健，卢万鸿，徐建民，林志锋，陈马兴，李孔生

(1.中国林业科学研究院热带林业研究所，广东 广州 510520；2.国家林业和草原局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022；3.海南金华林业有限公司，海南 儋州 578101；4.中林集团雷州林业局有限公司，广东 湛江 524043)

立地类型及其林地质量是多种地理环境因素的综合反映[1]，是研究森林生长和立地环境的一个重要手段[2]，对评价立地生产潜力尤为重要[3]。立地质量评价是实现科学造林、合理高效利用林地的重要保证[4]，对树种选择、营林技术、地力改良等具有重要指导作用。而数量化理论方法是研究立地因子对立地质量影响最常应用的方法，国内许多学者已运用该方法对柚木（Tectona grandisL.F.）[5]、西南桦（Betula alnoidesBuch.-Ham.ex D.Don）[6]、杉木（Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook.）[7]等树种进行了立地类型划分及评价的研究，均取得了较好的效果。

桉树（Eucalyptus robustaSmith）因速生丰产、轮伐期短等优点，成为我国重要的工业原料林树种，为我国木材、纸浆生产做出了重要贡献。华南作为我国桉树纸浆林发展的主要栽培区[8]，通过多年来的测定和推广种植，尾细桉（Eucalyptus urophylla×E.tereticornis）无性系成为了华南沿海地区桉树纸浆林重要的种植品系，亦是台风频繁的雷琼地区造林的首选品种[9]。由于对尾细桉生长与立地生产力间的关系认识不足，营林过程中出现林分退化、生产力低下等现象，影响了尾细桉纸浆材林的经济、生态和社会效益。近些年，桉树人工林立地分类及质量的研究也一直受到学者们的关注。国外对桉树立地潜在生产力预测、立地等级及划分、立地质量对生产力的影响等方面进行了研究[10-12]。国内对广西、云南、福建等地区的桉树立地分类与评价研究已有报道[13-16]。雷琼地区桉树人工林面积达38.5 万hm2，而尾细桉作为该地区重要的种植品系，关于尾细桉人工林在该区域的立地分类和质量评价研究尚未见报道。

本研究以雷琼地区具有一定规模的1～18 年生尾细桉（TH91-LH 系列无性系）人工林为研究对象，通过调查112 块样地的林木生长量及地形、地貌和土壤理化性质等立地因子，应用数量化理论方法研究优势木高生长量与立地因子的关系，采用聚类分析和相关性分析进行立地划分与生产力评价，旨在为尾细桉人工林种植的立地选择和合理经营等提供科学依据。

1 研究区概况

试验区位于雷琼沿海台地（18°10′～21°55′N，108°37′～111°03′ E），属热带季风气候，降雨充沛，雨热同期，干湿季分明，全年无霜。太阳总辐射量大，年均温度23～26℃，年均日照1 800～2 500 h，年均降水量1 000～2 500 mm，5—9月为雨季，降雨量约占全年的80%，热带风暴和台风灾害频繁发生。土壤类型以酸性砖红壤为主，林下植被以飞机草(Chromolaene odorata(L.) R.M.King &H.Rob.)、阔叶丰花草（Spermacoce alataAublet）、银柴（Aporosa dioica(Roxb.) Mull.Arg.）、白楸（Mallotus paniculatus(Lam.) Mull.Arg.）居多。尾细桉人工林造林及抚育措施：机耕整地后采用挖坑(50cm×50cm×40cm)或开30 cm 定植沟种植，基肥为桉树专用复合肥(N:P:K为6:23:8)，当年砍除杂灌草1 次，第2、3 年各追施复合肥(N:P:K为22:5:13)1 次及各砍除杂灌草2 次，3 年后不再施肥，人为除草、抚育措施基本一致。

2 研究方法

2.1 样地调查及采样方法

于2018—2019 年选取雷琼沿海地区1～18 年生尾细桉人工林，采用典型抽样方法，设置112 块20 m×20 m 的临时标准样地（图1），进行立地因子和生长量调查。记录每个样地的经纬度、地貌、海拔、坡度、土壤类型等立地因子，对样地内尾细桉的树高、胸径进行每木检尺，选取5 株优势木，记录优势木树高和胸径；在每个标准样地内沿对角线选取左下角、中间和右上角 3 个点挖取60 cm 深的土壤剖面，环刀取原状土，带回实验室进行土壤物理性质分析；同一土壤剖面从上到下取土壤样品，混合均匀后装入密封袋，带回实验室测定其化学性质；在野外调查鉴别时，用手测法来确定土壤质地，主要是把指头大小的土壤放在手上，稍加水来进行揉捏，不成球、不成片的为砂土，可捏成片、不断裂、黏性强的为黏土，壤土介于砂土和黏土之间，手捏勉强成团，轻压即碎。

图1 雷琼地区标准样地的位点Fig.1 Location of standard plot in Leiqiong region

2.2 土壤理化性质测定方法

采用环刀法测定土壤密度；采用四分法取 1 kg左右的混合土样，经风干后研磨过筛再测定土壤化学性质，各指标测定方法如下：pH 值采用电位法测定，有机质含量采用重铬酸钾氧化-容量法测定，全氮含量采用凯氏法测定，全磷含量采用凯氏消煮-钼锑抗比色法测定，全钾含量采用氢氧化钠碱熔-火焰光度法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用双酸浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定[17]。

2.3 立地划分及评价方法

2.3.1 立地因子的类目划分 在考虑立地因子时，既要包含影响林木生长的主要因子，又要便于在林业实际中的应用。笔者根据各因子的变化幅度及对林木生长的影响，结合有关林业调查技术标准，选取海拔（X1）、坡度（X2）、土层厚度（X3）、成土母岩（X4）、pH 值（X5）、土壤质地（X6）、土壤密度（X7）7 个立地因子，对各因子进行统计和分级处理，共划分24 个类目，其中，X1分别为<100 m、100～300 m、>300 m，X2分别为0～5°（平坡）、6～15°（缓坡）、16～25°（斜坡）、>25°（陡坡），X3分别为<40 cm（薄土层 ）、40～80 cm（中土层）、>80 cm（厚土层 ），X4分别为玄武岩、花岗岩、砂页岩、浅海沉积物，X5分 别为 pH>7.5（碱 性）、pH6.5～7.5（中性）、pH4.5～6.5（酸 性）、pH<4.5（强 酸性），X6分别为壤土、砂土、黏土，X7分别为 >1.4 g.cm−3（高密度）、1.2～1.4 g.cm−3（中 密度）、<1.2 g.cm−3（低密度）。

2.3.2 数量化理论Ⅰ模型 数量化理论Ⅰ是可以解决立地因子中的定量因子（如海拔）和定性因子（如成土母岩）共同影响的统计方法。结合类目划分表，对样地各立地因子数据进行（0，1）化，采用数量化理论Ⅰ将（0，1）化后数据与各样地优势木高年均生长量建模，拟合得出模型回归系数及各项目的得分值、偏相关系数，对复相关系数进行F检验来验证模型的可靠性。

数量化理论Ⅰ的数学模型如下：

式中：y是自变量，i为样地数（i=1，2，...，n），j为立地因子数（j=1，2，...，m），k为j因子下的类目（k=1，2，...，ri），δi(j，k)为第j个因子第k个水平的等级反映（0 或1），bjk是立地因子j的第k水平的得分值，εi是第i次抽样的随机误差。

数量化理论Ι 计算方法与回归分析相似，复相关系数R是衡量预测精度的一种数值指标，其值越大，则估测相关越密切，说明模型对理论值的估计效果越好，模型检验的F值越大于F临界值，所得的数量化得分表就越可靠[18-19]。偏相关系数是衡量预测精度与各项目对预测贡献大小的重要统计量[20]。在实际应用中，可用各项目的范围来衡量各项目对预测的贡献。范围越大，说明第j个立地因子对预测值的贡献越大。

2.4 数据处理

采用 Excel 2010 和 SPSS 24 进行数据统计与分析。应用数量化方法Ⅰ通过赋值使定性因子定量化，对立地因子进行回归分析，确定变量对基准变量的影响程度并进行预测，划分立地类型，通过聚类分析进行立地质量评价，同时对林木生长量和土壤化学性质进行相关性分析，并绘制土壤化学性质与生产力等级的变化图。

3 结果与分析

3.1 基准年龄的确定

基准年龄指树高生长趋于稳定且能灵敏反映立地差异的年龄[21]，一般超过树种轮伐期一半。由表1 可知：尾细桉1～4 年生时优势木树高变异系数较大，从第5 年生时树高生长变异趋于稳定，而现行桉树纸浆材的主伐年限约为5～6 a。因此，雷琼地区尾细桉人工林的基准年龄确定为5 a，其中，8 年生的平均树高生长大于9 年生，可能是立地生产力不同造成的差异，选取林龄在5 a 及以上的74 个样地进行立地分类，能更科学的反映立地质量的差异。

表1 不同林龄优势木高及变异系数 Table 1 Coefficient of variation of dominant height in different age

3.2 数量化回归模型及检验

从立地因子对林木生长影响的角度出发，根据所选基准年龄5 年生以上样地，结合立地因子类目划分，得出（0，1）反应矩阵表（表略），按照数量化理论Ⅰ模型计算各类目与尾细桉优势木高年均生长量的回归系数、得分范围值、偏相关系数及复相关系数。回归分析计算结果见表2。

拟合建立的立地指数随立地因子变化的数量化回归方程如下：

由表2 可知：立地因子得分范围值大小依次为土壤质地 >成土母岩 >土壤密度 >pH 值 >坡度 >土壤厚度 >海拔，前3 项因子得分占比达74.79%，土壤性质对尾细桉人工林生长的影响大于地势和地形条件。回归模型的复相关系数R=0.712，达极显著。将回归模型中7 个立地因子（海拔X1，坡度X2，土层厚度 X3，成土母岩X4，pH 值X5，土壤质地X6和土壤密度 X7）与优势木高年均生长模型进行适用性检验，得出F(7，66)=9.719 >F0.01 (7，66)=3.672，即7 个立地因子与优势木高年均生长量之间的关系极紧密，用该方程来评价雷琼地区尾细桉人工林立地质量是可靠的。

3.3 立地类型划分及生产力等级评价

基于回归分析，选出土壤质地、成土母岩、土壤密度为主导因子，采用主导因子组合法划分立地类型。根据分类依据和对应的类目以及实际选用的分类立地因子，理论上雷琼地区尾细桉林立地共可划分3 个立地类型区、12 个立地类型组，36 个立地类型。本研究中，部分立地类型没有样地存在，所选用的74 个样地实际共划分为12 个立地类型（表3）。

不同的立地类型存在差异，通过生产力和适宜性评价，可以实现立地的合理利用。根据各样地立地指数随立地因子变化的回归模型得出预测得分值，采用K-均值聚类分析将12 个立地类型划分为4 个生产力等级组（表3）：高产组（2.8～3.2 m）、中产组（2.4～2.8 m）、低产组（1.8～2.4 m）、劣产组（1.4～1.8 m），模型预测值与实测值接近。由表3 可知：雷琼地区5 年生以上尾细桉林地的生产力等级表现为：壤土类型 >砂土类型 >黏土类型。同土壤质地中，浅海沉积物中密度的立地生产力普遍高于其它立地类型。可见，尾细桉在壤土、中密度的立地栽培时林木生长较好。

具体说，高产组属于浅海沉积物和玄武岩发育而成的壤土、中低密度的立地类型。该生产力等级的尾细桉生长旺盛，年均高生长量可达2.99 m，年均胸径生长量可达2.65 cm，年均材积增长量可达30.94 m3·hm−2·a−1。该组立地条件最好，生产潜力最大，最适合尾细桉的种植，进行常规抚育管理即可保证尾细桉的良好生长，也可延长主伐林龄，充分发挥立地潜力，可作为尾细桉造林地的首要选择。

中产组属于花岗岩、砂页岩、浅海沉积物发育而成的壤土、高密度的立地类型。该生产力等级的尾细桉长势较好，年均高生长量为2.60 m，年均胸径生长量为2.27 cm，年均材积增长量为23.09 m3·hm−2·a−1。该组立地条件较好，生产潜力良好，比较适宜栽种尾细桉，进行适当的抚育管理，可有效促进林木的生长，达到速生丰产的经营目的。

低产组属于花岗岩、砂页岩发育而成壤土、中低密度的立地类型以及浅海沉积物、花岗岩、砂页岩发育而成的砂土、中高密度的土壤类型。该生产力等级的尾细桉年均高生长量、年均胸径生长量、年均材积增长量分别为2.13 m、1.93 cm、21.78 m3·hm−2·a−1。该组立地条件一般，生产潜力一般，但也适宜尾细桉种植，应加强抚育管理措施，增加种植密度，可培育中小径材的尾细桉。

劣产组属于砂土花岗岩、中低密度的立地类型以及黏土浅海沉积物、低密度的立地类型。该生产力等级的尾细桉年均高生长量、年均胸径生长量、年均材积增长量分别为1.56 m、1.41 cm、13.41 m3·hm−2·a−1。该组立地条件较差，林木长势较差，不宜栽种速生丰产的桉树，适宜乡土树种营造薪炭林或防护林等。

3.4 优势木年均生长量与土壤化学性质的关系

由回归分析立地因子得分可知：土壤对林木生长量的影响较大。通过对土壤化学性质与尾细桉林优势木树高和胸径的年均生长量进行相关性分析，结果（表4）表明：pH 值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾都与优势木年均生长量有不同程度的相关性，其中，pH 值、全钾和速效钾含量与优势木年均生长量呈极显著负相关，有机质与优势木年均生长量呈显著负相关，全磷含量与优势木高年均生长量呈显著正相关。说明在一定范围内，土壤pH 值越低，有机质和全钾含量越低，全磷含量越高，尾细桉的年均生长量越好。各生产力等级组土壤化学性质的比较见图2。

表4 优势木年均生长量与土壤化学性质相关性Table 4 Correlation between high annual average growth of dominant trees and soil chemical property

图2 各生产力组的土壤化学性质Fig.2 Soil chemical properties of different productivity groups

通过对土壤化学性质与尾细桉林地生产力等级的分析（图2）可知：各生产力等级组的土壤化学性质之间存在较大差异，根据全国第二次土壤普查养分分级标准和各生产力等级组的养分含量范围，将立地等级组划分为Ⅲ级（劣产组）、Ⅳ级（低产组）和 Ⅴ级（高产组和中产组）3 个级别，表明雷琼地区土壤养分含量普遍偏低。各生产力组的pH 值为4～6，适合桉树酸性土壤生长的生物学特性。高产组的有机质含量高于中产组，与低产组相差不大，略低于劣产组。中产组全氮含量最低，比高产组、低产组和劣产组分别低了30.11%、29.89%和55.29%；各生产力等级组碱解氮含量略有差异，整体较低，基本位于养分含量的Ⅳ级水平。高产组的全磷明显高于其它生产力等级组，但有效磷含量相比最低，中产组、低产组、劣产组全磷含量分别比高产组低了58.82%、57.09%、36.32%。全钾和速效钾含量均是高产组<中产组<低产组<劣产组。高产组主要分布在立地条件较好的地区，虽然养分含量不高，但由于土壤密度较小，土壤疏松和渗透性好，保水保肥能力强，林木根系发达，有利于对土壤水分和养分的吸收与利用，林木年均生长量较好。低产组和劣产组主要分布在立地条件较差的地区，虽然土壤养分含量较高，但因土壤质地差异导致养分被吸收利用率低，年均生长量较差。

4 讨论

4.1 雷琼地区立地分类的主要影响因子

立地类型划分是立地质量评价的基础和科学造林的关键[2]。由于立地质量受土壤、地形、气候等多种立地因子的影响[22]，在进行立地划分和评价时对立地因子进行了较多研究。罗美娟等[23]研究表明，影响尾叶桉树高生长的主要因子为土壤有机质、土层厚度、腐殖质厚度，影响胸径生长的主要因子为坡位、密度、有效磷含量；凌子燕等[24]研究表明，桉树生长受海拔、坡位、土壤种类、坡向和成土母岩的影响比较大，其中，坡向、土壤种类和成土母岩因子对桉树影响明显，与本研究认为雷琼地区影响尾细桉生长的主要立地因子是土壤质地、成土母岩和土壤密度的研究结果类似。

土壤质地具有较稳定的自然属性，对土壤理化性质和林木的生长有极其重要的影响。砂土利于尾细桉根系生长，但其保持水肥能力较差；黏土虽养分含量丰富，但对营养的吸收利用率较低；壤土保水肥效果好，利于根系生长和地上生物量的积累。所以，尾细桉林地生产力表现为壤土较好，砂土次之，黏土最差，该结果与贾立华等[25]的研究结果一致。成土母岩影响着土壤养分和土壤理化性质，从而对植物生长发育产生重要影响[26-27]。有研究表明，成土母岩与烤烟[28]、米老排（Mytilaria laosensisLec.）[29]、杜 仲（Eucommia ulmoidesOliver）[30]等植物的生长密切相关。本研究表明，成土母岩是影响尾细桉人工林生长的重要立地因子之一，在今后选择造林地时要注意发育形成土壤的成土母岩，以充分发挥林地土壤的生产力。土壤密度作为最重要的土壤物理性质之一，不仅可以准确地反映土壤物理性状，还可有效地指示土壤质量和土壤生产力[31]。研究表明，雷琼地区土壤密度变化范围为1.02～1.66 g·cm−3，不同立地类型的土壤密度差异明显。一般中、低密度的土壤类型土壤疏松，结构性良好，有助于养分的吸收利用，更利于林木的生长，但保水保肥性能一般。然而，受土壤质地等立地因子影响，中、低密度土壤保水肥能力会有所改善。高密度土壤虽具有较好的保水肥性能，但因通透性差，不利于水肥的吸收利用，从而影响尾细桉生长。由于本研究受区域范围和立地因子的限制，今后应加大研究区域和立地因子的选择力度，可进一步深入探讨气候因子等因素对林木生长和立地生产力的影响，以增强尾细桉人工林立地分类系统的准确性和针对性。

4.2 土壤化学性质对尾细桉生长的影响

土壤肥力在一定程度上影响着林木的生长，了解影响因子作用对森林的经营与管理具重要指导意义[32-33]。国内外学者围绕土壤肥力和林木生长的关系已开展较多研究[34-35]，但土壤化学性质对尾细桉林木生长的关联性研究有限。本文通过相关性分析表明，影响尾细桉人工林生长的土壤肥力因子为pH 值、有机质、全磷、全钾和速效钾，这与纪浩等[36]的研究结果相似。pH 值作为土壤的重要化学性质，可直接影响植物的生长发育[37]。雷琼地区尾细桉林地各生产力等级组土壤以酸性为主，pH 值在4～6 范围内表现为其值越低，林地生产力越高，说明尾细桉对酸性土壤的适应性较强。土壤有机质是土壤中各种养分的重要来源，对土壤肥力的提高具有重要作用。随着生产力等级的升高，有机质含量整体呈减少趋势，高产组和中产组含量相对较低，所以应尽量保留林地的凋落物，提高土壤有机质含量，以促进尾细桉的稳定高产。氮素直接影响植物的光合速率，对植物有明显的增产效果[38]。本研究氮素与尾细桉生长相关性不显著，各生产力等级组虽有差异，但整体含量较低，为防止林木矮小和生长缓慢，应注意氮肥的施用。华南地区土壤含磷量偏低，且容易被吸附固定，钾素也普遍缺乏；而磷、钾元素与尾细桉的生长关系密切，土壤缺磷和钾会导致林木生长不良，病虫害增多，生长量下降。高产组全磷含量最高，有效磷较低，钾素含量也都较低，经营中要注意及时补充磷肥和钾肥，保证高产组生产力的稳定性。其它生产力等级组因土壤密度较高和土壤质地差异，土壤通透性较差，影响水肥输送，导致养分累积，尤其有效磷和钾素含量相对较高，被吸收利用的效率有待提高，经营中需适当改善立地环境，掌握尾细桉的需求规律，合理施用磷、钾肥，提高立地生产力。

4.3 雷琼地区立地生产力的评价

通过优势木高变化确定林分的基准年龄，然后选用基准年龄以上的样地进行立地质量评价，能更好的应用于造林实践。结果表明：雷琼地区尾细桉林地高产组（最适宜）、中产组（较适宜）和低产组（适宜）等级总占比为91.89%，表明雷琼地区整体上比较适合尾细桉的种植和生长，种植区分布基本合理，仍有一定的增长空间，需加强经营管理的抚育措施，可充分发挥林地的生产潜力；但有8.11%的样地不适宜栽植尾细桉，可考虑栽种其它更适宜的乡土树种来提高林地的利用效率。虽然立地质量是决定林分生产力的主要因素，但其它营林因素，如造林密度、施肥抚育、林下植物对土壤养分循环的关系等影响也很重要[13]。已有研究证明，林分密度对桉树人工林树高、胸径及材积的生长有很大影响[39-40]。因此，今后在选择立地时还需关注营林因素对生长的影响，高产组由于立地条件良好，可适当降低林分的密度和做好施肥等抚育管理，以便充分发挥林地的生产力。中产组和低产组在造林时应加强整地措施，通过改善土壤结构和环境，提高林木对养分的利用率，适当增加种植密度，最大限度的提高人工林生态系统的稳定性和林地生产力。

5 结论

雷琼地区影响尾细桉人工林生长的立地主导因子是土壤质地、成土母岩和土壤密度，可划分为12 个立地类型，将其分为高产组、中产组、低产组和劣产组4 个立地等级。当尾细桉栽种在浅海沉积物和玄武岩发育的壤土、中低土壤密度立地时，林木生长最好，立地生产力最高。虽然雷琼地区土壤养分含量整体较低，但土壤pH 值、有机质、全磷、全钾和速效钾的含量对尾细桉的生长也会产生显著影响。因此，在营造尾细桉人工林时，应选择合适的土壤类型，了解土壤的理化性能，适当的施用磷肥和钾肥，以期发挥尾细桉人工林最大生产潜力。