內(nèi)蒙古臭柏不同分布區(qū)生長與生態(tài)因子的關(guān)聯(lián)分析

孟 和，姜真杰，張國盛

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 林學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.東華大學 信息科學與技術(shù)學院，上海 200051）

臭柏Sabina vulgaris系柏科Cupressaceae圓柏屬Sabina常綠灌木，主要分布于中國干旱半干旱地區(qū)，在內(nèi)蒙古自治區(qū)的沙地、山地有大面積成片天然林分布，表現(xiàn)出極強的耐旱、耐寒和耐鹽堿適應(yīng)性。由于它在荒漠化防治及城鎮(zhèn)園林綠化中發(fā)揮出巨大的生態(tài)效益和社會效益，吸引了國內(nèi)外眾多學者展開多方面的研究［1－5］。隨著臭柏研究和產(chǎn)業(yè)開發(fā)的深入，臭柏從內(nèi)蒙古引種到中國北京、山東、浙江及日本的鳥取、岡山等地栽培。在各地引種栽培中，把生長量作為評價其生態(tài)適應(yīng)性的主要指標之一，在臭柏生長與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系研究方面，做了大量工作［6－11］?；疑P(guān)聯(lián)分析法具有整體性、非對稱性、有序性、動態(tài)性及計算方法簡單等優(yōu)點，在多因子定量分析中取得了良好的成果［12－13］。為了探討臭柏生長及其影響因素，揭示其生態(tài)適應(yīng)性，筆者通過對內(nèi)蒙古不同地區(qū)臭柏的天然生長量與生態(tài)因子的調(diào)查，分析生長與生態(tài)因子間的關(guān)系，試圖為臭柏的產(chǎn)業(yè)開發(fā)和引種造林提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

在內(nèi)蒙古自治區(qū)臭柏天然分布區(qū)內(nèi)，實測臭柏的年生長量和分布區(qū)的平均海拔高度。氣候因子的數(shù)據(jù)來自于臭柏天然分布區(qū)附近的氣象站。

1.2 關(guān)聯(lián)分析方法描述

運用灰色系統(tǒng)理論中的關(guān)聯(lián)分析方法，通過數(shù)據(jù)的映射處理分析變量及其變化規(guī)律。用關(guān)聯(lián)度來表示 2個事物發(fā)展過程中的關(guān)聯(lián)程度。設(shè)有參考數(shù)列｛X0（t）｝，比較數(shù)列｛Xi（t）｝，其中 i=1，2，3，…，m；t=1，2，3，…，n，即：

記 t 時刻的 Xi（t）與 X0（t）的關(guān)聯(lián)系數(shù)為 Li（t），則：

式（1）中：K 為分辨系數(shù)，K 的區(qū)間為［0，1］，文中取 K=0.5。min minΔi（t）表示｛X0（t）｝與 Xi（t）各因素間的2級最小差的絕對值，即：

max maxΔi（t）表示｛X0（t）｝與 Xi（t）各因素間的 2 級最大差的絕對值，即：

Δi（t）表示｛X0（t）｝與｛Xi（t）｝各因素間的差的絕對值，即：

記第 t 時刻 Xi（t）與 X0（t）的關(guān)聯(lián)度為 Ri，則：

Ri值越大，表示｛Xi（t）｝與｛X0（t）｝之間的關(guān)系越緊密，也就是說，｛Xi（t）｝對｛X0（t）｝的影響越大。將｛Xi（t）｝對｛X0（t）｝的關(guān)聯(lián)度從大到小排列，就構(gòu)成關(guān)聯(lián)度序。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同分布區(qū)臭柏的生長狀況

在內(nèi)蒙古，天然生長的臭柏由西至東主要分布在賀蘭山、阿爾其山、達茂旗和毛烏素沙地境內(nèi)的烏審旗、伊金霍洛旗，渾善達克沙地境內(nèi)的阿巴嘎旗、白音錫勒和多倫縣境內(nèi)的蔡木山自然保護區(qū)。臭柏分布范圍的地理位置為 38°05′～43°40′N，106°04′～116°34′E。不同分布區(qū)臭柏的新梢年生長量及其生態(tài)因子如表1所示。

從內(nèi)蒙古自治區(qū)臭柏的分布來看，其主要分布于石質(zhì)山地與沙地兩大類生境中。實地調(diào)查表明，生長于毛烏素沙地和渾善達克沙地生境的臭柏群落外貌特征表現(xiàn)為生長健壯，植株較為高大，顏色較綠，群落群聚度高，多呈大塊狀分布，覆蓋度大，平均在70%以上，少見單株分布；而生長于石質(zhì)山坡的臭柏群落則明顯地生長不良，植株矮小，葉色發(fā)黃，群落群聚度較差，多呈小塊狀分布，覆蓋度多在30%～50%，有的植株呈單株生長狀態(tài)。

表1 內(nèi)蒙古臭柏天然分布區(qū)新梢年生長量與生態(tài)因子的原始數(shù)據(jù)數(shù)列Table 1 Firsthand data of growth and ecological factors of Sabina vulgaris in Inner Mongolia

臭柏群落的分布面積、新梢年生長量、平均冠幅、灌叢高度和覆蓋度等指標的調(diào)查結(jié)果表明：不同分布區(qū)因其生境的不同而在生長特征上表現(xiàn)出明顯的差異。毛烏素沙地烏審旗的臭柏灌叢分布面積最大，主要分布于圖克鄉(xiāng)、納林河鄉(xiāng)和黃陶勒蓋鄉(xiāng)等地，有直立型和匍匐型2種。年生長量為10～24 cm，群落覆蓋度為70%～90%，多集中連片，冠幅5 m以上，樹冠投影面積最大者約200 m2，灌叢中心的直立枝高度在1.2～2.0 m，長勢良好。伊金霍洛旗的臭柏主要分布于納林塔鄉(xiāng)的吉漫溝口，在沙地上臭柏連片分布，覆蓋度約在70%左右，長勢良好。灌叢高為0.5～1.0 m，最高可達1.5 m，新梢年生長量為9～15 cm。伊金霍洛旗風大且頻，風沙活動頻繁，沙埋厚度有的達0.5 m，但臭柏在這種環(huán)境下仍然能夠旺盛生長，其他植被沙埋后會抑制其生長甚至死亡。這說明臭柏具有適應(yīng)沙埋的機制。在渾善達克沙地，臭柏主要集中分布于阿巴嘎旗境內(nèi)的洪格爾蘇木和白音錫勒牧場以及多倫縣境內(nèi)的蔡木山自然保護區(qū)。在阿巴嘎旗境內(nèi)，臭柏在沙地上集中連片分布，但多數(shù)為匍匐型，群落的覆蓋度為60%～70%，長勢較好，年生長量為10～16 cm，灌叢高為0.5～0.8 m。在白音錫勒牧場，臭柏呈零星小塊狀分布于灘地和丘間低地。灌叢面積較小，冠幅為3～15 m不等，覆蓋度低，為20%～35%。新梢年生長量為8～15 cm，灌叢平均高度為0.5 m左右。在蔡木山自然保護區(qū)，臭柏分布于沙丘的陽坡和溝谷，呈小塊狀分布，灌叢為匐匍狀，新梢年生長量為8～12 cm。蠻漢山的臭柏目前僅發(fā)現(xiàn)1株，與1株山楊Populus davidiana混生，但長勢良好，冠幅為5.5 m。該灌叢的平均生長量為13 cm，灌叢高為60.0 cm。達茂旗境內(nèi)臭柏分布于石質(zhì)山坡，面積較大，灌叢均生長在花崗變質(zhì)巖縫隙中，沿縫隙蔓延生長，從山腳一直到山頂都有分布。灌叢呈小塊狀分布，生長中等，冠幅為4 m左右，覆蓋度為30%～50%。新梢年生長量為3～10 cm，灌叢高為0.5～0.8 m。在烏拉特中旗阿爾其山保護區(qū)內(nèi)，臭柏是分布較為廣泛的代表性植物，集中分布于多石山坡，主干鋪地平臥，頂端向上伸展，形成較稠密的匍匐灌叢。灌叢蓋度在40%以上，平均冠幅為5.2 m，平均高度為0.5 m，最高達1.3 m，年生長量為5～10 cm。在賀蘭山臭柏灌叢以鱗片狀大面積分布，從山腳到山頂都有分布，灌叢面積都不大，冠幅為4～8 m，灌叢覆蓋度為40%～60%。新梢年生長量為5～10 cm，灌叢高度在山坡上平均為0.5 m，溝底則可達1.5 m。

從上述不同分布區(qū)的生長狀況看，臭柏可在年平均氣溫 －5.0℃以上，極端最低氣溫－43.0℃以上，極端最高氣溫為38.6℃的區(qū)域生長。從干濕程度的分布上來看，臭柏可在降水量為180 mm以上的干旱半干旱地區(qū)生長。而且隨著年均溫度和濕潤程度的增加，臭柏群落的新梢生長量和擴展速度也增加，各分布區(qū)以毛烏素沙地生長量和覆蓋度最大。從臭柏生長與生境的關(guān)系可將臭柏劃分為2種生態(tài)類型，一種為山地生態(tài)型，一種為沙地生態(tài)型。前者以蠻漢山、阿爾其山、達茂旗和賀蘭山為代表，后者則以毛烏素沙地和渾善達克沙地為典型。2種生態(tài)型的臭柏群落在生長特性上存在差異。

2.2 年生長量與生態(tài)因子的關(guān)聯(lián)分析

以各地的年生長量和生態(tài)因子的調(diào)查數(shù)據(jù)構(gòu)成原始數(shù)據(jù)數(shù)列（表1）。Xij數(shù)列的行表示臭柏分布區(qū)，j＝1，2，…，9，分別表示烏審旗、伊金霍洛旗、阿巴嘎旗、白音錫勒、蔡木山、蠻漢山、達茂旗、阿爾其山和賀蘭山；Xij數(shù)列的列表示測定項目，i＝0，1，2，…，7，分別表示新梢年生長量、年平均氣溫、年降水量、年蒸發(fā)量、海拔高度、極端最高氣溫、極端最低氣溫和≥10℃積溫。以新梢年生長量為參考數(shù)列｛X0j｝，以年平均氣溫、年降水量、年蒸發(fā)量、海拔高度、極端最高氣溫、極端最低氣溫和≥10℃的積溫為比較數(shù)列 ｛Xij｝（i＝1，2，…，7），這樣就構(gòu)成8行9列的原始數(shù)據(jù)數(shù)列（表1）。

表1數(shù)據(jù)中，由于參考數(shù)列｛X0j｝與比較數(shù)列｛Xij｝的單位不同，為了便于比較，首先要對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。本研究的原始數(shù)據(jù)經(jīng)均值化處理后，利用公式（1）～（5）計算Lij（表2）。

表2 關(guān)聯(lián)系數(shù)數(shù)列Table 2 Sequence of incidence coefficient

各生態(tài)因子的平均關(guān)聯(lián)度Ri表示時，則：

R1，R2，…，R7分別表示年平均氣溫、年降水量、年蒸發(fā)量、海拔高度、極端最高氣溫、極端最低氣溫和≥10℃積溫與新梢年生長量關(guān)聯(lián)度的平均值，關(guān)聯(lián)度序 R7＞R2＞R5＞R6＞R3＞R4＞R1，即生態(tài)因子對新梢年生長量的影響程度從大到小依次為≥10℃積溫、年降水量、極端最高氣溫、極端最低氣溫、年蒸發(fā)量、海拔高度和年平均氣溫。

2.3 年生長量與各生態(tài)因子關(guān)系的單因素分析

年降水量、年蒸發(fā)量和海拔高度與生長量的關(guān)系如圖1所示。新梢年生長量與年降水量呈正相關(guān)，與年蒸發(fā)量呈負相關(guān)，亦即生長量隨降水量的增加、蒸發(fā)量的減小和土壤含水量的增加而增大。生長量隨海拔高度的增加略有下降的趨勢，主要在于隨著海拔增高氣溫下降所致。

圖1 年降水量、年蒸發(fā)量、海拔高度與生長量的關(guān)系Figure 1 Relationships between precipitation，evaporation，elevation and growth

圖2 氣溫與生長量的關(guān)系Figure 2 Relationships between air temperature and growth

新梢年生長量與氣溫的關(guān)系見圖2?！?0℃的積溫、極端最高氣溫、極端最低氣溫和年平均氣溫與新梢年生長量均表現(xiàn)出正相關(guān)的趨勢。高溫不會成為內(nèi)蒙古地區(qū)臭柏生長的限制因子。

3 討論

內(nèi)蒙古不同天然分布區(qū)內(nèi)，臭柏可在年平均氣溫－5.0℃以上，極端最低氣溫－43.0℃以上，極端最高氣溫38.6℃，年平均降水量180 mm以上的干旱、半干旱地區(qū)生長。各地區(qū)的新梢平均年生長量為7.7～14.6 cm，其中毛烏素沙地最大，為14.6 cm，達茂旗最小，為7.7 cm。

根據(jù)關(guān)聯(lián)分析，各生態(tài)因子均會影響臭柏的生長量，但影響的程度不同。各生態(tài)因子從大到小對生長量影響的順序依次為≥10℃積溫、年降水量、極端最高氣溫、極端最低氣溫、年蒸發(fā)量、海拔高度和年平均氣溫。其中，反映熱量的≥10℃積溫的影響居第1位，年降水量的影響居第2位，表明水熱條件是主要的影響因素，這與實際相一致。

在各個生態(tài)因子與臭柏生長量的相關(guān)關(guān)系中，表示熱量狀況的≥10℃的積溫、極端最高氣溫、極端最低氣溫和年平均氣溫與新梢年生長量均表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系；表示水分狀況的年降水量與新梢年生長量呈正相關(guān)，年蒸發(fā)量與新梢年生長量呈負相關(guān)。海拔高度與生長量關(guān)系的趨勢直線較平緩。隨海拔高度的增加，生長量略有下降。一般而言，隨著海拔高度的升高，氣溫降低，熱量減少。這也說明熱量與臭柏生長的相關(guān)性。

在干旱區(qū)造林生產(chǎn)實踐中，人們普遍最為關(guān)注水分條件。本研究結(jié)果表示反映熱量的≥10℃積溫的對臭柏生長量的影響大于年降水量。臭柏年輪寬度與氣候因素的關(guān)系分析也表明氣溫變量比降水變量對生長的效果顯著［14］。因此，在臭柏引種造林推廣過程中，熱量因子的影響不容忽視，尤其是≥10℃積溫對臭柏生長產(chǎn)生的重要影響。

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