鄂西山區(qū)日本落葉松人工林立地分類及質(zhì)量評價

孫擁康 湯景明 馮駿 林孝培

摘要[目的]對鄂西山區(qū)日本落葉松人工林進(jìn)行立地分類和質(zhì)量評價。[方法]以鄂西山區(qū)日本落葉松人工林為研究對象，選取143塊有代表性的日本落葉松標(biāo)準(zhǔn)地，利用數(shù)量化理論I方法對該區(qū)日本落葉松人工林進(jìn)行了立地分類與質(zhì)量評價研究。[結(jié)果]在選取的5個立地因子中，土層厚度、坡向、海拔是影響日本落葉松生長發(fā)育的主導(dǎo)立地因子；依據(jù)該3個立地因子，構(gòu)建了鄂西山區(qū)日本落葉松人工林立地類型，共劃分為16類；16類立地類型按照立地質(zhì)量得分情況共劃分為優(yōu)、良、中、差4個等級，研究區(qū)整體立地質(zhì)量處于中等水平以上。[結(jié)論]立地分類與質(zhì)量評價結(jié)果可為研究區(qū)日本落葉松人工林的科學(xué)營造及可持續(xù)經(jīng)營提供參考。

關(guān)鍵詞日本落葉松人工林；數(shù)量化理論Ⅰ；立地分類；質(zhì)量評價；鄂西山區(qū)

中圖分類號S791.22文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）35-0160-04

Abstract[Objective]To classity and evaluate the site and quality of Larix kaempferi plantation in Western Hubei Province.[Method]Taking Larix kaempferi plantation in Western Hubei Province as the research object，143 representative sample plots of Larix kaempferi plantation were selected to study the site classification and quality evaluation with the method of Quantification theory I. [Result]The results showed that the soil thickness， slope aspect and altitude were the main factors affecting the growth and development of Larix kaempferi in the selected five site factors. Basis for this three main site factors， the site types of Larix kaempferi plantations in Western Hubei were constructed， which were divided into 16 categories. 16 types of site types were divided into excellent， good， medium and poor 4 grades according to the site quality score， the overall site quality of the study area was above the middle level. [Conclusion]The results of site classification and quality evaluation can provide reference basis for scientific afforestation and sustainable management of Larix kaempferi plantation in the study area.

Key wordsLarix kaempferi plantation；Quantification theoryⅠ；Site classification；Quality evaluation；Western Hubei Province

立地分類與質(zhì)量評價是研究、掌握森林生長環(huán)境及環(huán)境對森林生產(chǎn)力影響的重要手段，科學(xué)的立地分類和質(zhì)量評價既是林業(yè)科學(xué)一項重要的基礎(chǔ)理論研究，也是實現(xiàn)因地制宜、適地適樹、合理利用林地、實現(xiàn)森林集約化經(jīng)營和可持續(xù)經(jīng)營的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[1-3]。我國對森林立地類型的研究與實踐始于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時主要采用蘇聯(lián)立地學(xué)派和林型學(xué)派的方法對我國一些造林地區(qū)的造林類型進(jìn)行典型設(shè)計[4]；20世紀(jì)70年代末，我國根據(jù)造林發(fā)展需要，廣泛開展了符合我國實際的立地分類、評價研究，以南方14?。▍^(qū)）杉木科研協(xié)作組對杉木等造林樹種的立地分類和質(zhì)量評價研究為標(biāo)志，我國森林立地類型定性研究的序幕逐步拉開[5]；20世紀(jì)80年代開始，隨著數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析方法在立地分類及質(zhì)量評價方面的廣泛應(yīng)用，有關(guān)定量的立地質(zhì)量評價研究逐漸增多，相關(guān)研究開始向著綜合系統(tǒng)方向發(fā)展[6]。當(dāng)前隨著林業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是數(shù)量化數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法、計算機技術(shù)及3S技術(shù)在林業(yè)上的廣泛應(yīng)用，我國在立地分類及質(zhì)量評價方面的研究已取得較大進(jìn)展，正朝著多途徑、多方法、多因子、多層次、全面、系統(tǒng)發(fā)展新的發(fā)展方向邁進(jìn)[7-8]。

日本落葉松在我國鄂西山區(qū)既是一種被廣泛引種和栽植的優(yōu)良速生豐產(chǎn)用材樹種，又是該區(qū)天保工程二期中高山地段典型造林樹種之一。近年來，其經(jīng)營規(guī)模和面積呈逐年增長趨勢，在維護(hù)區(qū)域經(jīng)濟、社會發(fā)展和生態(tài)安全中發(fā)揮著重要作用[9-10]。綜合國內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)，目前對鄂西山區(qū)日本落葉松人工林生長規(guī)律[11-13]、密度效應(yīng)[14-16]、撫育間伐[17-19]、混交林營造[20]等方面開展的研究較多，而對與日本落葉松人工林生長息息相關(guān)的立地分類和質(zhì)量評價方面的研究卻鮮見報道。筆者以鄂西山區(qū)日本落葉松人工林為研究對象，通過利用數(shù)量化理論I方法確定影響鄂西山區(qū)日本落葉松人工林生長發(fā)育的主導(dǎo)因子，并對鄂西山區(qū)的日本落葉松人工林的立地質(zhì)量進(jìn)行量化評價，旨在為該區(qū)日本落葉松人工林營林規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計及可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

鄂西地屬湖北省西部，該研究在鄂西山區(qū)日本落葉松主要栽植區(qū)內(nèi)進(jìn)行（襄陽、宜昌、恩施），地理位置為108°21′～110°58′ E，29°27′～31°57 ′ N，該區(qū)地質(zhì)上屬華夏體系第三隆起中段，第二階梯東緣，由秦嶺山脈東延部分的武當(dāng)山、大巴山、荊山山脈以及云貴高原東延部分的齊岳山、八面山、武陵山脈組成。海拔起伏較大，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫為15～18 ℃，年降水量1 000～1 200 mm，相對濕度達(dá)60%～89%，土壤屬于紅黃壤與黃棕壤地帶。該區(qū)植被類型豐富，除典型的亞熱帶常綠闊葉林外，山地垂直帶上還有混交林、亞高山暗針葉林及落葉闊葉林等植被類型，同時，獨特的氣候條件非常適合日本落葉松人工林的引種和栽植。

1.2數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于2016年6月至2017年5月恩施州、宜昌市、襄陽市的日本落葉松專項標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查資料和收集的部分代表性地區(qū)的日本落葉松相關(guān)二類調(diào)查數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)地選擇郁閉度在0.8以上，具有代表性、生長正常、未受到破壞的日本落葉松純林。設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地面積為0.04 hm2，共計143塊。詳細(xì)記錄各標(biāo)準(zhǔn)地的環(huán)境因子（經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向、坡位等）和測樹因子（胸徑、樹高、枝下高、冠幅、健康狀況等），并選擇具有代表性的位置挖土壤剖面，測量土層厚度。標(biāo)準(zhǔn)地基本概況見表1。

1.3研究方法

1.3.1數(shù)量化理論Ⅰ模型。

數(shù)量化方法是分析在數(shù)據(jù)中含有定性因子的一類統(tǒng)計方法。根據(jù)研究問題目的的不同可以分為4種，分別稱為數(shù)量化理論Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。其中，數(shù)量化理論Ⅰ主要研究含有定性變量的建模問題。

一般模型：設(shè)因變量y是定量因子，在第i個樣本中的數(shù)據(jù)為yi（i=1，2，…，n），自變量有h個定量因子，其在第i個樣本中的數(shù)據(jù)為xi（u）（i=1，2，…，n；u=1，2，…，h），有m個定性因子（項目），其中第j項目有rj個類目，它在第i個樣本中的反應(yīng)是δi（j，k）（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m），則有如下線性模型[21]：

yi=hu=1buxi（u）+mj=1rjk=1δi（j，k）bjk+εi

式中，bu（u=1，2，…，h）；bjk（j=1，2，…，m；k=1，2，…，rj）為未知常數(shù)；εi（i=1，2，…，n）是隨機誤差；δi（j，k）為第i個樣本在第j個項目的第k個類目上的反應(yīng)值，該值按如下法則確定：

δi（j，k）=1，當(dāng)?shù)趇個樣本屬于第j個項目的第k個項目0，其他

1.3.2立地因子類目的劃分。

立地因子的選擇既要考慮到各因子對樹木生長的影響，又要便于在林業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用[22]。該研究綜合考慮各立地因子變化對樹木生長發(fā)育的影響，結(jié)合相關(guān)林業(yè)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選用標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查常見立地因子（海拔、坡度、坡向、坡位、土層厚度5個因子），并對各個因子進(jìn)行分級處理，共劃分為14個類目（表2）。

2結(jié)果與分析

2.1立地因子

從樹木生長發(fā)育與立地因子存在相關(guān)性的角度出發(fā)，以日本落葉松人工林優(yōu)勢高為目標(biāo)變量，利用數(shù)量化理論Ⅰ方法建立了優(yōu)勢高與各立地因子之間的回歸關(guān)系，每個立地因子的得分值、得分范圍、偏相關(guān)系數(shù)、復(fù)相關(guān)系數(shù)、t檢驗及判定結(jié)果見表3。由表3可知，5個立地因子中，土層厚度與日本落葉松人工林優(yōu)勢高相關(guān)性最為顯著，偏相關(guān)系數(shù)為0.432，其次為坡向和海拔，偏相關(guān)系數(shù)分別為0.213、0.169，再次為坡度和坡位，偏相關(guān)系數(shù)分別為0105、0.081。表明土層厚度、坡向、海拔3個立地因子對日本落葉松人工林優(yōu)勢高生長的影響較大，占據(jù)前3位。這也恰好驗證了日本落葉松喜光、喜好肥沃、濕潤、排水良好土壤的生物學(xué)特性。

復(fù)相關(guān)系數(shù)是各自變量和因變量的總相關(guān)，反映了各自變量對因變量的綜合影響。預(yù)測模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0923 5，在0.900 0以上，t檢驗結(jié)果t0=29.698>t0.01=2615，表明日本落葉松優(yōu)勢高生長與各立地因子總體上相關(guān)性緊密，該模型預(yù)測值與實際值較為接近，回歸效果較好，模型精度可以滿足研究區(qū)需要。

綜合上述分析，可以判斷出影響日本落葉松人工林優(yōu)勢高生長的最重要因子為土層厚度，重要因子為坡向和海拔，其他為一般影響因子。土層厚度、坡向、海拔三者是影響日本落葉松優(yōu)勢高生長的主導(dǎo)立地因子。

2.2立地分類結(jié)果

基于以上分析，采用海拔、坡向、土層厚度3個主導(dǎo)立地因子分級組合劃分立地類型，共可將各立地因子排列組合成18種立地類型，但鑒于研究區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地中收集到陰坡低海拔厚土層、陰坡低海拔薄土層2種類型，故將該2種立地類型排除在分類結(jié)果中，最終將研究區(qū)立地類型劃分為16類，分類結(jié)果見表4。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年

2.3立地質(zhì)量評價

根據(jù)每個立地因子對日本落葉松人工林優(yōu)勢高生長所發(fā)揮作用的得分值，即可根據(jù)預(yù)測方程分別計算不同立地類型立地質(zhì)量的平均得分情況。另根據(jù)參考文獻(xiàn)并結(jié)合研究區(qū)立地類型劃分實際，立地質(zhì)量評價等級劃分則可依據(jù)不同立地類型得分情況（表5），按照以下原則劃分為優(yōu)、良、中、差4個等級，即

若y≥+△s，則評價為優(yōu)；

若+△s>y≥，則評價為良；

若>y≥-△s，則評價為中；

若 y<-△s，則評價為差。

式中，為被評價標(biāo)準(zhǔn)地的得分值；為各標(biāo)準(zhǔn)地得分平均值；△s為標(biāo)準(zhǔn)差。

經(jīng)過計算，=16.418，△s=2.081，即立地質(zhì)量得分值y≥18.499的標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量為優(yōu)，立地質(zhì)量得分值y為16418～18.499的標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量為良，立地質(zhì)量得分值y為14.337～16.418的標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量為中，立地質(zhì)量得分值y<14.337的標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量為差。由表5可知，立地質(zhì)量評價為優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)地數(shù)為37塊，主要為中等海拔、土層較厚地段，約占總標(biāo)準(zhǔn)地數(shù)的25.87%；立地質(zhì)量評價為良的標(biāo)準(zhǔn)地數(shù)為43塊，約占總標(biāo)準(zhǔn)地數(shù)的30.07%；立地質(zhì)量評價為中的標(biāo)準(zhǔn)地數(shù)為42塊，約占總標(biāo)準(zhǔn)地數(shù)的29.37%；立地質(zhì)量評價為差的標(biāo)準(zhǔn)地數(shù)為21塊，約占總標(biāo)準(zhǔn)地數(shù)的14.69%。立地質(zhì)量評價處于中等以上水平的標(biāo)準(zhǔn)地數(shù)約占總數(shù)的8531%，表明研究區(qū)立地質(zhì)量總體上處于中等水平以上，較適合日本落葉松的發(fā)展。

3結(jié)論與討論

通過利用數(shù)量化理論I方法對鄂西山區(qū)日本落葉松人工林進(jìn)行立地分類與質(zhì)量評價，結(jié)果表明：選取的海拔、坡度、坡向、坡位、土層厚度5個立地因子中，土層厚度、坡向、海拔是影響該區(qū)日本落葉松人工林生長的主導(dǎo)立地因子；依據(jù)該3個主導(dǎo)立地因子分級組合可將研究區(qū)立地類型劃分為16類；根據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量得分值可將研究區(qū)立地質(zhì)量劃分為優(yōu)、良、中、差4個等級，研究區(qū)立地質(zhì)量總體上處于中等水平以上，較適合日本落葉松的發(fā)展。

雖然從立地質(zhì)量評價結(jié)果來看，鄂西山區(qū)獨特的自然地理條件較適合發(fā)展日本落葉松人工林，日本落葉松人工林營造規(guī)模和發(fā)展速度也確實呈逐年增加趨勢，但從經(jīng)營現(xiàn)狀來看，鄂西地區(qū)的日本落葉松營造林主要是以純林為主，純林存在著樹種單一、群落結(jié)構(gòu)簡單、生物多樣性低、抗逆性差等問題，日本落葉松也不例外。研究表明，2008年湖北省主要造林樹種遭受冰雪災(zāi)害調(diào)查中，日本落葉松是湖北省遭受風(fēng)雪自然災(zāi)害最嚴(yán)重的用材樹種之一，造成其受災(zāi)嚴(yán)重的一個重要原因就是未按照林分自然生長規(guī)律科學(xué)經(jīng)營，即大面積單一樹種的純林，有違近自然森林復(fù)層、異齡的合理結(jié)構(gòu)配置，明顯降低了林木抵御冰雪災(zāi)害的能力[23]。另外，根據(jù)近幾年的實地調(diào)查走訪，筆者發(fā)現(xiàn)鄂西山區(qū)日本落葉松純林葉峰蟲害問題越發(fā)凸顯，單建始縣國有長嶺崗林場目前就有約30%面積的日本落葉松林正在遭受葉峰蟲害的威脅；加之，一些地區(qū)長期連作、撫育采伐不規(guī)范、經(jīng)營管理粗放等行為，使得日本落葉松林分生產(chǎn)力及土壤肥力日益下降的潛在風(fēng)險大大增加，這些問題不僅極大阻礙了日本落葉松人工林森林質(zhì)量的精準(zhǔn)提升和可持續(xù)發(fā)展，還對區(qū)域經(jīng)濟、社會及生態(tài)的和諧發(fā)展提出了考驗[24]。因此，加快日本落葉松人工林可持續(xù)經(jīng)營研究，探索一條符合區(qū)域?qū)嶋H、易于操作并行之有效的可持續(xù)經(jīng)營技術(shù)顯得尤為重要和迫切。這就更加要求在大力發(fā)展日本落葉松林時，不僅要遵循“因地制宜，適地適樹”原則，切實根據(jù)研究區(qū)立地分類和質(zhì)量評價結(jié)果，選擇適宜地段科學(xué)規(guī)劃并開展?fàn)I造林；還要重視樹種的合理結(jié)構(gòu)配置，在試驗研究基礎(chǔ)上合理引進(jìn)優(yōu)良鄉(xiāng)土闊葉樹種，如馬褂木、檫木、楓香、光皮樺等，誘導(dǎo)日本落葉松純林向異齡、復(fù)層結(jié)構(gòu)的近自然混交林轉(zhuǎn)變。鑒于開展立地分類與質(zhì)量評價所要求的數(shù)據(jù)量較大，涉及的環(huán)境因子較多，因子相關(guān)性較復(fù)雜，各環(huán)境因子對立地質(zhì)量的影響機理及尺度特性等仍有待進(jìn)一步深入研究[25-26]。

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