江西赣州桉树人工林立地类型划分及评价

申琳琳，邓海燕，林 洪，张港隆，莫晓勇，刘丽婷

（1. 华南农业大学 林学与风景园林学院，广东 广州 510642；2. 江西省林业科学院，江西 南昌 330032）

森林立地是指对林木生长有重大意义的地貌、地质、土壤、水文等环境因子的综合体，森林立地类型划分是依据不同立地环境因子所具有的特点将立地综合体进行等级分类。立地类型划分是立地质量评价的基础，森林立地质量对立地的生产潜力、林木生长发育能力具有十分重大的影响[1-2]。同一树种在不同立地环境或同一立地环境栽种不同树种，林木的生长状况和土地潜力的发挥都会有所差异[1-5]。对不同森林立地进行合理划分及科学评价是所有林业生产工作的基础和前提，是高效造林、育林的重要保障[3]。目前，已有张春霞等[4]采用数量化理论I 方法探讨了黄陵油松人工林立地因子对立地质量的影响；吕雷昌等[1]采用偏相关分析方法研究了鲁中山地侧柏人工林不同立地因子与林分生物量之间的关系；袁雪丽等[6]采用主成分分析方法及数量化理论对山苍子人工林进行立地类型划分及评价。也有国外学者[7]采用地位指数法来评价林木立地质量。但是目前对于桉树人工林立地类型划分及立地质量评价的研究相对较少。

桉树被称为世界三大速生树种之一，具有抗逆性强、适应性强、生长速度快、材质优以及用途广等特点[8-9]，生长于阳光充足的平原、山坡和路旁，主要分布在我国广东、广西、江西、福建、海南、云南等地区，已成为我国南方速生丰产林的战略性树种。近几十年来，我国桉树人工林种植面积逐渐扩大，截至2019 年我国桉树种植总面积已达580 万hm2[10]。位于我国东南部的江西省赣南地区已有一百多年的桉树引种历史。根据2014—2018 年第九次全国森林资源清查数据，江西省桉树种植面积为12 800 hm2。1903 年，赣州市开始引种细叶桉E. tereticornis，种植于于都县城；1920—1939 年，赣州市又先后引种了赤桉E. camaldulensis、大叶桉E. robusta等品种，种植于庭院及“四旁”绿化；1960 年，建立了以桉树引种为主的国营林场；1976 年，在赣南树木园种植了100 多种由澳大利亚引种来的桉树并设立了桉树引种示范区；1998 年，赣州地区林科所建立了巨尾桉组培苗引种示范基地[11-12]。21 世纪，由于造纸业的发展和国内木材的短缺，赣州市林业局引进多家有限公司及企业集团投资种植桉树人工林，主要品种为速生巨桉系列，实现桉树苗木生产工业化[11]。然而，在快速发展的过程中，由于缺乏对栽植区科学系统的立地环境调查和质量评估，导致桉树种植存在因立地条件选择不当而造成生长发育不良、长势不佳等问题，同时江西赣州地区桉树生长受到寒害、冻害等限制性因子的影响，如2008 年及2010 年南方遭遇百年低温冰冻灾害天气，赣州气温骤降，无论幼林还是成熟林都出现树叶及顶梢不同程度枯死的现象，大面积桉树林受损，最终在生产经营上没有获得理想的社会效益及经济效益。因此，本研究以江西省赣州市桉树人工林为研究对象，通过对赣州典型的桉树人工林样地进行林分生长情况与立地因子的调查，采用主成分分析对土壤养分进行质量分级，根据中国森林立地系统分类要求及相关林业调查标准对立地因子进行分级处理，并应用方差分析以及数量化理论Ⅰ方法建立桉树优势高与立地因子的关系模型，从而对赣南地区桉树人工林的立地质量进行评价和划分立地类型，旨在为桉树人工林种植的立地选择及合理经营提供科学依据，以期促进我国桉树人工林栽培和推广。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

赣州市位于中国华东地区，江西省南部，地处赣江上游，处于东南沿海地区向中部内地延伸的 过 渡 地 带，介 于24°29′～27°09′N、113°54′～116°38′E 之间，属于亚热带季风气候区，年平均气温为19.8℃，总降水量平均为1 318.9 mm，具有冬夏季风盛行、春夏降水集中、四季分明、热量丰富、雨量充沛、严寒时间短、无霜期长等气候特征。赣州市群山环绕，以山地、丘陵、盆地为主，海拔高度在300 ～500 m 之间。栽培的桉树品种主要为较耐寒的邓恩桉E. dunnii、赤桉E. camaldulensis、大叶桉E. robusta、巨桉E.grandis、柠檬桉E. citriodora等，林龄大多在2 ～9 a 之间[11-12]。该地区地形复杂，地域差异性大，植被种类丰富，树种垂直分布比较明显。调查样地林下植被主要有：山鸡椒Litsea cubeba、盐肤木Rhus chinensis、芒萁Dicranopteris dichotoma、卫矛Euonymus alatus、小叶石楠Photinia parvifolia、杜鹃Rhododendron simsii、酸藤子Embelia laeta、女贞Ligustrum lucidum、百日菊Zinnia elegans等灌木和草本植物。

1.2 样地设置及林地调查

1.2.1 取样方法

2017 年11 月，依据桉树在江西省赣州市的分布特点，分别在桉树人工林主要分布的8 个县（包含10 个镇12 个村）内，采用典型样地调查方法，共设置30 个（20 m×20 m）标准样地，样地分布见图1。样地设置的具体要求为：基于桉树的不同生长情况和立地条件，所选的典型样地应尽可能涵盖赣州市各种立地类型；保证所选样地距离林缘线大于20 m，且不跨越河流、道路或伐开的调查线。

图1 江西省赣州市桉树人工林样地分布Fig. 1 Distribution of Eucalyptus plantations in Ganzhou city, Jiangxi province

1.2.2 林分因子的调查

通过每木检尺调查和测定样地内桉树的林龄、胸径、树高生长指标。胸径（cm）采用胸径尺测量，精度为0.1 cm；树高（m）用激光测高仪（Nikon尼康测距仪锐豪1000 AS）测量，精度为0.1 m。

1.2.3 环境因子的调查

调查和记录各个样地的地形环境因子，采用GPS 获取样地地理坐标及海拔，坡向和坡度用罗盘仪进行测量。在各样地中间位置挖取1 个土壤剖面，每 个 土 壤 剖 面 按0 ～20、20 ～40、40 ～60、60 ～80、80 ～100 cm 分5 层，每层取500 g 土样，再将0 ～20 cm 和20 ～40 cm 混合后取200 g 土样代表0 ～40 cm 土层，40 ～60 cm 和60 ～100 cm混合后取200 g 土样代表40 ～100 cm 土层装入密封袋带回，最终分0 ～40 cm 土层和40 ～100 cm土层送样测定土壤化学性质。按国家林业和草原局土壤养分分析标准制样并测定土壤pH 值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、有效硼的含量[2,13]。采用《中华人民共和国国家标准GB7845—87 森林土壤颗粒组成（机械组成）的测定方法》测定土壤颗粒组成，确定土壤质地。每个样地内梅花形布设5 个1 m×1 m 草本样方和5 个3 m×3 m 灌木样方（样地中心1 个，四角各1 个），调查林下草本和灌木的种类和数量。

1.3 数据统计与分析

使用Excel 2010 和SPSS 23.0 软件处理数据。采用主成分分析和原始数据分类对立地因子进行处理，并应用方差分析以及数量化模型Ⅰ方法建立桉树优势高（优势高指林分中所有优势木或亚优势木高度的平均值，调查时可以在林分中选择3 ～5 株最高或胸径最大的立木，测定其树高，取平均值[14]）与立地因子的关系模型。

1.3.1 土壤养分质量的等级划分

依据所测得的9 项土壤化学性质，采用主成分分析方法找到影响土壤肥力的主要因素。根据土壤养分指标的得分系数矩阵建立土壤养分综合得分（F）的数学模型[2,13]。运用数学模型，通过Excel 软件计算出主成分得分及样地综合得分情况，并以此为依据将30 个样地土壤养分划分为优、中、差3 个等级。

1.3.2 影响桉树生长主导因子的筛选

1.3.2.1 立地因子类目的划分

此次调查的立地因子包括海拔、坡度、坡向、坡位、林下植被种类、林龄、土壤质地及养分等。根据30 个样地立地因子的实际变化幅度及其对林木生长发育的影响，并结合中国森林立地系统分类要求及相关林业调查标准，对样地中各立地因子进行分级处理[2,4]。具体因子类目划分及赋值见表1。

表1 立地因子类目划分及赋值Table 1 Classification and assignment of site factors

1.3.2.2 原始数据分类及因子方差分析

根据30 个样地采集的数据建立桉树优势树高与海拔、坡度、坡向、坡位、土壤质地、土壤养分、林下植被种类、林龄一级因子之间的关系模型，运用SPSS 23.0 软件对各立地因子进行原始数据分类及方差分析。

1.3.2.3 数量化理论Ⅰ模型的建立

利用数量化理论Ⅰ将海拔、坡度、坡向、坡位、土壤质地、土壤养分、林下植被种类、林龄作为类目，以各因子不同分类类型作为对应类别，建立［0,1］反应矩阵表[1-4,15]。基于30 个桉树样地调查数据，以每块标准样地内桉树优势树高为因变量，海拔、坡度、坡向、坡位、土壤质地、土壤养分、林下植被种类、林龄因子的不同分类类型为自变量，构建数量化理论Ⅰ模型，通过SPSS 23.0 软件计算出各个因子不同分类类目的得分值（即偏回归系数）和每种因子的得分范围，根据得分范围占比大小进行排序，筛选主导因子[4,15]。

1.3.3 立地类型划分及质量评价

依据数量化理论Ⅰ模型的回归分析结果，采用主导因子与综合多因子分级组合的方法，对立地类型进行划分[6]。将样地得分值极差均分三等分，并根据从大到小组合为3 个数值范围，即优、中、差3 个样地质量评价等级，对江西省赣州市30 个桉树人工林进行类型划分及质量评价[3]。

2 结果与分析

2.1 土壤养分质量等级划分

采用主成分分析方法对土壤肥力进行综合评价，结果见表2。第一主成分中，有机质、全N、全P、碱解N、有效P、有效B 有主要影响，贡献率为45.89%。第二主成分的贡献率为15.99%，全K 和速效K 影响较大。第三主成分的贡献率为13.26%，土壤pH 值占主要作用。前三个主成分累计贡献率已达75.3%，因此，前三个主成分分析可以说明影响土壤肥力的主要因素。

表2 因子分析成分矩阵Table 2 Factor analysis component matrix

第一主成分（F1）、第二主成分（F2）、第三主成分（F3）表达式分别为：

式中：λi为初始特征值。

通过计算得出每个样地土壤养分综合得分情况，根据排名（表3）将30 个样地划分为优、中、差3 个土壤养分等级，结果见表4。10、11、14、15、17、20、21、22、23、28 号样地的土壤等级为差，1、3、9、12、16、18、19、24、25、27 号样地的土壤等级为中，2、4、5、6、7、8、13、26、29、30 号样地的土壤等级为优。

表3 各主成分得分及综合得分Table 3 The score of each principal component and comprehensive scores

表4 土壤养分等级分组Table 4 Classification of soil nutrients

2.2 影响桉树生长主导因子的筛选

运用SPSS 软件对江西赣州桉树人工林进行原始数据分类及各因子方差分析，结果见表5 ～6。由表5 可知，在江西省赣州市，林龄对桉树优势高有显著关系（P＜0.05），这说明林龄对桉树树高的大小起重要作用。

表5 赣州桉树人工林原始数据分类Table 5 Classification of original data of Eucalyptus plantations in Ganzhou

以桉树优势高作为因变量，以海拔（X1）、坡度（X2）、坡向（X3）、坡位（X4）、林龄（X5）、林下植被种类（X6）、土壤养分（X7）和土壤质地（X8）为自变量构建数量化模型，计算各因子类目与桉树优势树高生长量的回归系数及有关参数。根据各因子贡献度大小依次剔除最小值，随着立地因子坡度和土壤质地的剔除，回归模型的复相关系数R=0.830，F适用性检验达到显著水平（P＜0.05），说明桉树优势树高与海拔、坡向、坡位、林龄、林下植被种类、土壤养分6 个因子高度相关，运用数量化理论I 模型建立的主导因子与桉树优势高的预测方程可以在实际生产中应用。得到的回归模型为：

式中：Y代表桉树树高平均值；X1代表海拔（X11、X12、X13、X14分别代表低海拔、中低海拔、中海拔、高海拔）；X3代表坡向（X31、X32、X33、X34分别代表阳坡、半阳坡、阴坡、半阴坡）；X4代表坡位（X41、X42、X43分别代表上坡位、中坡位、下坡位）；X5代表林龄（X51、X52分别代表桉树年龄≥5 a和＜5 a）；X6代表林下植被种类（X61、X62、X63、X64分别代表10 种＜林下植被种类≤20 种、20 种＜林下植被种类≤30 种、30 种＜林下植被种类≤40 种、40 种＜林下植被种类≤50 种）；X7代表土壤养分等级（X71、X72、X73分别代表低养分、中养分、高养分）。

从偏相关系数显著性（表7）来看，所选立地因子中，林下植被种类的偏相关系数达显著水平（P＜0.05）。从得分范围来看，立地因子得分范围排序为：林下植被种类＞坡向＞坡位＞土壤养分＞海拔，其中林下植被种类、坡向和坡位总得分占比64.64%。由此可见，在江西省赣州市区域内林下植被种类、坡向和坡位是影响桉树人工林立地质量的主要立地因子。从得分值来看，林下植被种类越多，得分值相对越高，说明江西省赣州市林下植被种类丰富的栽植区更适宜桉树人工林的生长；坡向的得分值大小为阴坡＞半阴坡＞半阳坡＞阳坡，说明江西省赣州市桉树人工林适宜半阴坡和阴坡的立地环境；桉树在上坡位和中坡位的得分值高于下坡位，说明相较于下坡位，桉树更适宜上坡位和中坡位的生长环境。中低海拔（100 m ≤海拔＜200 m）的得分值较高，说明相较于其他海拔，桉树更适宜海拔为100 ～200 m的生长环境。综上所述，江西省赣州市桉树人工林更适宜的生长立地条件为林下植被种类介于30 ～50 种之间、半阴坡和阴坡、上坡位和中坡位、中低海拔（100 m ≤海拔＜200 m）。

表6 赣州桉树人工林各立地因子方差分析Table 6 Variance analysis of site factors of Eucalyptus plantations in Ganzhou

表7 赣州桉树人工林各因子数量化回归分析结果Table 7 Quantitative regression analysis of factors in Eucalyptus plantations in Ganzhou

2.3 立地类型划分及质量评价

2.3.1 江西赣州桉树人工林样地得分

根据立地因子得分值，计算30 个样地综合得分情况，对30 个样地进行立地质量评价，样地分为Ⅰ类（优，得分值≥2.605）、Ⅱ类（中，-0.741 ≤得分值＜2.605）、Ⅲ类（差，得分值＜-0.741）3 个质量评价等级。结果（表8）表明，30 个桉树人工林样地中有4 个样地质量评价等级为“优”，12个样地质量评价等级为“中”，14 个样地质量评价等级为“差”，即江西省赣州市桉树人工林中有54%的人工林样地立地质量评价等级为中等以上。

表8 赣南地区桉树人工林样地得分值Table 8 Score of Eucalyptus plantation plots in Ganzhou area

续表8Continuation of table 8

2.3.2 江西赣州桉树人工林立地类型划分及质量评价

根据林下植被种类、坡向和坡位三个主导因子对江西赣南地区桉树人工林进行立地类型划分。先依据林下植被种类划分立地类型区，再根据坡向划分立地类型组，最后依据坡位划分立地类型，结果见表9。

由表9 可知，30 个桉树人工林样地可划分为4 个立地类型区13 个立地类型组19 个立地类型。质量评价等级为优的立地类型有4 种（样地数占比13.3%），质量评价等级为中的立地类型有6 种（样地数占比26.7%），质量评价等级为差的立地类型有9 种（样地数占比60.0%）。

表9 赣南地区桉树人工林立地分类及立地质量评价Table 9 Site classification and site quality evaluation of Eucalyptus plantations in Ganzhou

综上所述，江西省赣南地区立地类型质量评价等级为中及中等以上的桉树人工林占比为40.0%，这说明江西赣南地区桉树人工林立地质量较差，可通过改善立地环境来提高桉树生产潜力。

3 讨 论

3.1 林下植被种类对桉树生长的影响

林下植被种类对于土壤性质、养分循环、持水量、土壤微生物群落及微型气候都有显著影响[16-19]。林下植被能够促进栽植区地表枯落物的分解，提高养分的归还速率，增加土壤中有机物及各营养元素的含量，改善土壤理化性质；林下植被的根茎能够起到阻止地表径流的作用，防止水土流失，同时林下植被越丰富，郁闭度越大，能够减少太阳光对地面的直接照射，从而减少土壤水分蒸发，保持土壤含水量；且部分真菌类林下植被能够改善土壤中细菌及真菌的生物量比值，有利于土壤微生物群落的形成，同时也对土壤微型气候有影响[18-20]。张程等[18]也曾在研究中指出，林下植被的存在利于改善土壤条件，从而提高桉树人工林的生产力，是桉树人工林立地分类的重要影响因子。

Mataji 等[16]的研究表明，林下植被可作为森林生态系统环境因子的指示因子。本研究应用数量化理论I 模型分析各立地因子对桉树生长的影响发现：林下植被种类的贡献度最大（35.04%），而且江西省赣州市桉树人工林林下植被种类越丰富，其因子得分值越高，说明林下植被种类数量对立地质量具有较强的指示作用。林下植被在保持土壤质量方面起着重要作用，土壤质量影响林分的生长潜力[18,21-22]。从立地类型质量评价等级中也可看出，在30 ＜林下植被种类≤50 的6 个立地类型当中，仅有1个立地类型质量等级评价为差，其他立地质量大部分为优，说明林下植被种类多的立地更有利于桉树生长。

3.2 坡向对桉树生长的影响

坡向通过影响立地环境中水热条件的再分配来影响植物的光合作用，从而导致栽植在不同坡向的桉树生长状况不同[21]。与阴坡相比，阳坡光照较强，但土壤水分蒸发快，含水量较低；阴坡光照相对较弱，但湿度大，土壤含水量充足。半阳坡与半阴坡同理。桉树为阳性喜潮湿树种，对土壤含水量要求高。在本研究中，江西省赣州市桉树人工林相比于阳坡更适宜在半阴坡及阴坡生长，这可能与江西省赣州市热量充沛、年平均气温偏高、气候温热、阳坡日照时间长、土壤水分蒸发过快、阳坡保水保肥能力不及半阴坡和阴坡有关[22]。赵时胜等[22]也曾在研究中指出海拔在300 m 以下，柳桉在阳坡生长较阴坡差。

3.3 坡位对桉树生长的影响

坡位是影响林木生长的一个重要因子，不同坡位的立地条件如温度、湿度、光照、土壤理化性质等的不同，会导致树木的生长状况存在差异[23-25]。本研究区域中，上坡位和中坡位与下坡位相比，本次调查样地桉树人工林均分布在100 ～400 m 之间，上坡、中坡及下坡之间高度跨度小，所以由于坡位不同而造成的温度差异不显著；上坡位和中坡位相比下坡位光照更加充足[24-25]，有利于桉树充分吸收阳光进行光合作用，从而促进林木快速生长；下坡位的土壤养分流动较为缓慢，且下坡位枯落物及腐殖质较多，造成下坡位的土壤水肥条件优于上坡位[23-24]。但在本研究中，土壤养分对桉树的生长状况影响不显著，表明不同坡位造成的土壤养分差异对本区域桉树人工林的生长影响不大。桉树更加适合上坡位及中坡位，这可能是由于上坡位光照充足，且上坡位人为活动少，植被保护良好，林下植被及林下微生物环境不易受到干扰，所以生长状况更好[20-22]。陈振华等[24]的研究也指出，中坡适合桉树树高生长。陈建贵等[25]在桉树人工林对生态环境的影响及桉树生长影响因素的研究中也曾指出上坡桉树的长势要比下坡好。

3.4 影响桉树生长的其他因素

影响江西省赣州市桉树生长的因素有很多，除海拔、坡度、坡向、坡位、林下植被种类、土壤养分及质地外，还有品种选择、气候、土层厚度、枯落物厚度、林分密度、经营措施等因素，由于本研究调查的立地因子和样本数量的限制，不能将更多影响因素考虑在内，后期可在研究区范围和立地因子方面加大选择力度，使桉树人工林立地分类及质量评价更加准确和科学。

4 结 论

根据数量化理论I 模型分析得出立地因子对桉树生长的影响大小为林下植被种类＞坡向＞坡位＞土壤养分＞海拔，其中林下植被种类、坡向、坡位是影响桉树生长的主导因子，江西省赣州市更适宜桉树人工林生长立地条件为林下植被种类介于30 ～50 种之间、半阴坡和阴坡、上坡位和中坡位、中低海拔（≥100 m 且＜200 m）。根据主导因子与综合多因子的原则对江西省赣州市桉树人工林进行划分，共划分出4 个立地类型区13个立地类型组19 个立地类型。其中质量评价等级为优的桉树人工林占13.3%，质量评价等级为中的桉树人工林占26.7%，质量评价等级为差的桉树人工林占60.0%。为改善江西桉树人工林立地，提高林分生长潜力，对于现有林分可以采取如减少抚育次数来保护林下植被、加强施肥或套种绿肥植物等经营措施进行改造，以提高桉树人工林的林分质量；对于立地选取不适宜的桉树低效人工林，主伐后可以通过改变栽植区的种植树种，选取其他适宜树种进行改造，从而提高立地质量。按照本文中所指出的江西省赣州市桉树人工林所适合的立地条件要求，选择合适的造林地，是江西省赣州市桉树人工林丰产的基础，如果不能科学合理地选择立地环境而进行盲目种植，其经济效益和生态效益会大打折扣。选择林下植被种类丰富、半阴坡或阴坡、上坡位或中坡位、海拔为100 ～200 m 的立地环境，采用科学完善的经营管理措施，可更好地发挥江西赣南地区桉树人工林的生长潜力，使桉树在江西赣南地区的发展前景更广阔。