河北山地植被恢复制约性因素分析及影响研究

田卫堂 TIAN Wei-tang；王雄宾 WANG Xiong-bin；张子元 ZHANG Zi-yuan

（①河北省水土保持工作总站，石家庄 050011；②河北省水利科学研究院，石家庄 050051）

0 引言

河北省山地丘陵占全省总面积的51.7%，虽然河北省近年来在太行山、燕山组织开展了大规模造林绿化工程，但由于自然及人为因素[1]，部分区域植被生态系统存在较严重的退化[1～2]。建立不同树种立地质量与相关立地因子的数量模型，研究植被生态恢复的制约性因子，对提出植被快速恢复的生态调控措施、促进河北山地生态系统向良性发展具有重要意义[3～5]。

1 河北山地概况

1.1 地理位置及地貌

河北省地处华北地区东北部，北纬36°03'～42°40'、东经113°27'～119°50'之间，东临渤海，西倚太行山与山西相望，南接河南，北与内蒙接壤，东南和东北部分别毗邻山东省、辽宁省，中间环绕北京和天津市，全省国土面积18.86万km2，海岸线长487km。河北省在大地构造中属华北地台的组成部分，分为阴山褶断带、燕山褶断带、太行山隆起带和华北平原沉降带。除山区原有部分岩石出露外，大部分地区为第四系土层所覆盖。河北省地貌类型齐全，复杂多样，地势西北高东南低，自西北向东南依次排列为坝上高原、山地丘陵及平原三大地貌单元，其中山地丘陵面积占全省总面积的51.7%%。坝上高原海拔高程1350～1670m，燕山海拔高程50～2116m，太行山海拔高程100（满城以北50）～2870m，坡度陡、土层薄、立地条件差异大，是河北省生态工程建设的主要区域。

1.2 气象、水文

河北省处于中纬度欧亚大陆东岸，属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，四季分明，雨热同季。气温分布由北向南逐渐增高，年平均气温0℃～13℃，无霜期80～220d，年日照时数2450～3100h。多年平均降水量531.7mm，降水量时空分布不均，全年降水量的70%～80%集中在6～9 月，在地域分布上，总趋势是由燕山、太行山迎风坡分别向西北和东南递减，年际降水量变率较大，丰水年与枯水年年降水量相差4～5 倍。汛期降雨集中、历时短、强度大，极易形成水土流失危害。

1.3 土壤、植被

河北省土壤主要有栗钙土、棕壤土、褐土和潮土四大类型，坝上西部和崇礼区、宣化以西以栗钙土为主，承德市以北及太行山西部中低山以棕壤土为主，承德市以南至太行山东麓以褐土为主，平原区以潮土为主。除平原区和张家口市的黄土丘陵地带土层较厚外，其他山区一般土层厚度平均不超过50cm，有机质含量低，质地疏松，土壤抗侵蚀能力较弱。

河北省植物资源种类有2800 余种，随海拔高度变化呈明显的垂直性地带分布。坝上高原植被类型以亚高山草甸为主，中低山区植被以阔叶林和针叶林为主，低山丘陵以半旱生灌草丛为主，山沟及山前冲积台地上主要为经济林果，平原区植被类型以人工栽培植物为主，全省森林覆盖率31.0%。植被覆盖率总体偏低，林种结构比较单一，水源涵养、生态防护和抵御自然灾害能力不足。

2 研究方法

2.1 立地质量评价方法选取

森林立地质量评价的方法很多，有地位级法、胸高断面积法、蓄积量法和地位指数法等，而以地位指数法和蓄积量法相对较优，因为地位指数是根据林分标准年龄时的平均优势木高来确定的[6]。林分优势高受林分密度、郁闭度和下层间伐等因素的影响较小，对立地质量的反应较敏感，特别是对于同一树种在不同立地类型上的生产力评价，它能真实地反映立地生产潜力的大小，显示较强的优越性。但是，就不同树种而言，由于树种生物学特性的差异，使得在相同立地类型和年龄条件下，具有较高地位指数的树种，其实际生长潜力反而有可能小于地位指数低的树种[6]。因此，不同树种间地位指数的大小，不能直接作为评价其生长潜力大小的依据。本次立地质量评价在编制主要树种地位指数表的基础上，采用一系列数理统计和多元分析技术，通过数量化、定量化，建立定量化地位指数模型，然后以立地指数指标为依据，划分立地生产力等级，并将有林地和无林地统一进行评价。

2.2 标准地数据整理

根据收集资料情况，选择河北山地典型树种油松、侧柏、落叶松、刺槐、栓皮栎5 个树种为研究对象，其中油松标准地数据115 份，侧柏136 份，落叶松76 份，刺槐113份，栓皮栎79 份。各个标准地选取母质、海拔、坡向、坡度、质地、土层厚度等7 个立地因子数据和优势树高、林龄等林分特征因子数据，建立数据库。

2.3 主要树种地位指数模型的收集

通过查找资料，找到油松、侧柏、华北落叶松、刺槐、栓皮栎5 个树种的立地指数模型。根据相关资料[1]，查得油松、侧柏、华北落叶松、刺槐、栓皮栎5 个树种的立地指数模型分别为式（1）～式（5）。通过输入调查标准地调查时的林龄和该标准地调查时的优势树高，即可求得各标准地立地指数。

式中：SIi为第i 块标准地立地指数，A 为标准地调查时的林龄，Hi为该标准地调查时的优势树高。

2.4 立地质量评价方法

2.4.1 主要树种地位指数计算

利用式（1）～式（5），通过输入数据库各树种林龄和优势树高，计算得出各树种标准地的立地指数值。

2.4.2 定量化地位指数模型的建立

应用广义方差分析法计算各立地因子在估计地位指数中的得分值。

式中：Yi为地位指数理论估计值；

m 为定性因子个数；

Cjk为立地因子各等级（类目）得分；

δi（jk）为第i 样本第j 项目第k 类目的反映；

δi（jk）的反应值由下式给出：

影响林木生长的因子很多，且树种不同，影响因子不尽一致，本研究所选取7 个立地因子包含了常见调查中的大部分立地因子，计算出各类目得分并建立数量化地位指数模型，然后按项目将各类目的得分整化得各类目的作用强度系数，使全部定性因子定量化。

2.4.3 模型检验

①剩余标准差Sy

n 为样本数；m 为项目数。

②复相关系数Rym

③F 显著性检验

3 评价结果

3.1 计算结果及应用分析

河北山地立地因子数量化地位指数模型计算结果见表1，检验结果见表2。应用建模方法，以油松、侧柏、刺槐、华北落叶松、栓皮栎等5 个树种为例，选用母质、海拔、坡向、坡度、质地、土层厚度等7 个立地因子数据，进行广义方差分析，得到各因子的得分和立地指数模型及立地因子的作用强度系数，见表1。通过对模型的检验的F 值显著性检验、复相关系数和剩余标准差对比分析可知（见表2），表1 定量化立地指数模型符合相关规律。

表1 河北山地立地因子作用强度系数表

表2 河北山地立地因子数量化地位指数模型精度及显著性检验

将表1 中结果带入式（6），即可计算出某树种在各立地因子情况时的立地指数值。例如，平山县某地母质为石质山玄武岩类、海拔260m（＜500m）、坡向为半阴坡、坡度为平缓破、坡度为斜陡坡、坡位为中坡、土壤质地为壤土、土层厚度35cm（大于30cm），即可计算出，油松在此地的立地指数值为10.88（1.62+1.11+2.51+1.73+1.29+2.61），刺槐在此地的立地指数值为9.18（1.24+1.34+1.62+1.74+1.55+1.69）。通过计算出的5 种树种在不同立地条件下的立地指数值，可以选出各宜林地的适生树种，为植被生态修复工程的树种选择提供技术支撑。

3.2 制约性因素分析

由表1 可知，对油松立地指数影响较大的立地因子依次为：母质＞土层厚度＞坡向＞海拔＞坡位＞质地；对侧柏立地指数影响较大的立地因子依次为：土层厚度＞坡向＞质地＞坡度＞母质；对落叶松立地指数影响较大的立地因子依次为：海拔＞土层厚度＞坡向＞质地＞坡位；对刺槐立地指数影响较大的立地因子依次为：海拔＞坡位＞坡度＞坡向＞土层厚度＞母质＞质地，但各立地因子对立地指数影响相差不大；对栓皮栎立地指数影响较大的立地因子依次为：坡向＞土层厚度＞海拔＞母质＞坡位。不同树种立地指数对各立地因子的响应敏感程度各不相同，但坡向和土层厚度对5 个树种立地指数的影响都较大。

水分、热量是影响河北山地植被生长的决定性因素，坡向、土层厚度这两个立地因子在很大程度上决定了河北山地的植被组成及生长趋势，是河北山地植被生态修复的制约性因素。在实施植被生态工程修复设计过程中，应首先考虑坡向和土层厚度两个立地因子与各种植物的生物学特性是否匹配，耐旱能力一般的树种，尽量避开阳坡、半阳坡且土层较薄区域。

4 结论

坡向和土层厚度对所选5 树种立地指数的影响都较大，坡向、土层厚度是河北山地植被生态修复的制约性因素，在很大程度上决定了河北山地的植被组成及生长趋势。在河北山地实施植被生态工程修复设计过程中，应充分考虑坡向和土层厚度两个立地因子与所设计栽植物种生物学特性匹配程度。