氣候因子與西寧市人工青楊林年高生長量的相關(guān)性分析

摘要 為了解氣候變化影響和植被生長響應(yīng)的耦合效應(yīng)，采用主成分分析法研究近10年西寧市主要氣候因子與人工青楊林年高生長量的相關(guān)性。結(jié)果表明，氣候因子影響存在2個主成分，累計貢獻率達80.503%，主成分1（年平均氣溫、年均最低氣溫、3—5月降雨量）的貢獻率為68.592%，主成分2（年均最高氣溫、年均相對濕度）的貢獻率為11.911%。因此，選定主成分1和主成分2作為分析氣候因子對人工青楊林年高生長量影響的主要依據(jù)，通過主成分分析結(jié)果可以得出溫度和水分是影響西寧市人工青楊林年高生長量的兩大主要因子。

關(guān)鍵詞 氣候因子;青楊;人工林;年高生長量;相關(guān)性分析;西寧市

中圖分類號 S716文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）11-0210-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.061

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract In order to understand the coupling effects of the climate change impact and the response of vegetation growth， principal component analysis was used to study the correlation between the main climatic factors and annual height increment of afforestation Populus cathayana in Xining City in the past 10 years.The results showed that there were two principal components， the cumulative contribution rate was 80.503%， the contribution rate of principal component 1 （annual average temperature， annual average minimum temperature， rainfall from March to May） was 68.592%， the contribution rate of principal component 2 （annual average maximum temperature， annual average relative humidity） was 11.911%， therefore， the principal components 1 and principal components 2 were regarded as the main components impacting on annual height increment of afforestation Populus cathayana in Xining City. Through the analysis of principal components， it could be concluded that temperature and moisture were the two main factors affecting the annual height increment of afforestation Populus cathayana in Xining City.

Key words Climatic factor;Populus cathayana;Afforestation;Annual height increment;Correlation analysis;Xining City

基金項目 青海省科技廳項目（2016-HZ-811）。

作者簡介 李永良（1967—），男，青海樂都人，高級工程師，從事生態(tài)保護規(guī)劃工作。

收稿日期 2019-03-29

青楊（Populus cathayana） 屬楊柳科楊屬的落葉喬木，是常見的速生造林樹種，為中國特有種，廣布于東北、華北、西北各地[1]，在青海省大部分地區(qū)也有分布，具有較強的抗寒性、抗旱性和耐瘠薄能力，是西寧市水土保持林和水源涵養(yǎng)林優(yōu)選的鄉(xiāng)土樹種[2]。林木生長受諸多因素的共同作用，其中溫度、降水量、輻射量對林木的分布和生長具有較大的影響[3]。氣候條件是林木生長必不可少的生態(tài)限制因子，研究氣候因子對林木生長的影響以及林木生長對氣候因子的響應(yīng)具有重要的理論和實踐意義[4-5]。目前有關(guān)在高海拔地區(qū)人工青楊林年高生長量與主要氣候因子相關(guān)性研究報道還比較少。因此，筆者采用主成分分析法研究近10年（2009—2018年）西寧市主要氣候因子與人工青楊林年高生長量的相關(guān)性，找出影響人工青楊林生長分布的主要氣候因子，為西寧市人工青楊林的經(jīng)營與管理提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于青海省西寧市，地理坐標(biāo)為101°41′～101°46′E、36°36′～36°38′N，地處青藏高原東北部，屬半干旱高原大陸性氣候，多年平均氣溫為7.6 ℃，極端最高氣溫平均為34.6 ℃，極端最低氣溫平均為-18.9 ℃，氣溫年較差為25.6 ℃，日較差為13.6 ℃，積溫為2 077.5 ℃·d，無霜期約160 d。降水量較小，蒸發(fā)量較大（年蒸發(fā)量約為1 100 mm），年日照時數(shù)為2 600 h。土壤類型以栗鈣土和淡栗鈣土為主，土層厚度30～50 cm。

1.2 試驗設(shè)計

選擇分布在西寧市西山林場的人工青楊林為研究對象，選擇立地條件接近相同的6個小班，在保證撫育管理一致的前提下進行長期監(jiān)測調(diào)查，統(tǒng)計每年的年均樹高生長量（Y）。采用主成分分析法確定影響林木高生長的主要因子。

1.3 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)來自西寧市氣象局長期氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)和從中國科學(xué)氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提取生態(tài)屬性數(shù)據(jù)文件，氣候?qū)傩灾蛋昶骄鶜鉁兀╔1）、年均最高氣溫（X2）、年均最低氣溫（X3）、3—5月降雨量（X4）、6—8月降雨量（X5）、9—11月降雨量（X6）、年相對濕度（X7）、年均風(fēng)力（X8）等因子。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 22.0軟件，采用主成分分析法進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)的無量綱化

根據(jù)調(diào)查資料和測量數(shù)據(jù)（表1），以年均樹高生長（Y）為母數(shù)列，以年平均氣溫（X1）、年均最高氣溫（X2）、年均最低氣溫（X3）、3—5月降雨量（X4）、6—8月降雨量（X5）、9—11月降雨量（X6）、年相對濕度（X7）、年均風(fēng)力（X9）為子數(shù)列進行主成分分析。

為了便于各因子之間的比較，在主成分分析之前，對人工青楊林年高生長量指標(biāo)和氣候因子進行標(biāo)準化處理，見表2。

2.2 相關(guān)分析

對標(biāo)準值進行相關(guān)分析，得到人工青楊林年平均高生長量與氣候因子的相關(guān)系數(shù)矩陣（表3）。從表3可以看出，各氣候因子對青楊影響程度從大到小順序為3—5月降雨量（X4）>年均風(fēng)力（X8）>年均最低氣溫（X3）>平均氣溫（X1）>6—8月降雨量（X5）>9—11月降雨量（X6）>年均最高氣溫（X2）>年相對濕度（X7）。不同年份的氣候因子對林木年高生長量的影響不同;X4是影響人工青楊林樹高生長的主要因子，相關(guān)系數(shù)為0.785，達到了極顯著水平;其次是X1、X3、X8;可見，3—5月降雨量與林木高生長量呈正相關(guān)，即降雨量在一定范圍內(nèi)的增加，會影響人工青楊林的正常生長;X2、X5、X6、X7對林木生長的影響不明顯。顯然，年均最低氣溫（X3）與年均風(fēng)力（X8）的負相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為-0.814，達到了極顯著水平。

2.3 主成分分析

應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計進行主成分分析，選取關(guān)聯(lián)度較大的8個氣候因子的公共成分組成一個新的綜合因子，并對這個綜合因子進行合理分析，其結(jié)果見表4～5。

將生長指標(biāo)和影響因子進行主成分分析，可知存在2個主成分，主成分1的貢獻率為68.592%，主成分2的貢獻率為11.911%，累計貢獻率達80.503%，選定主成分1和主成分2作為分析林木生長影響因子的主要依據(jù)。

從主成分旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣（表5）可以看出，第1主成分里，年平均氣溫（X1）、年均最低氣溫（X3）及3—5月降雨量（X4）的載荷量最大，直接影響其他因子。第2主成分里，載荷量最大的是年均最高氣溫（X2），其次是年相對濕度（X7）。故溫度和水分是影響人工青楊林生長的兩大主要因子，2個主要成分的累計貢獻率為80.503%，可代表8個氣象因子的特性。

3 結(jié)論與討論

通過對主要氣候因子與西寧市人工青楊林年均高生長量的相關(guān)分析，表明不同年份的氣候因子對林木高生長量的影響不同。影響程度從大到小順序為3—5月降雨量（X4）>年均風(fēng)力（X8）>年均最低氣溫（X3）>平均氣溫（X1）>6—8月降雨量（X5）>9—11月降雨量（X6）>年均最高氣溫（X2）>年相對濕度（X7），其中，3—5月降雨量、年均風(fēng)力、年均最低氣溫、平均氣溫是對林木年高生長量影響較大的氣象因子，表現(xiàn)出顯著性差異。從主成分分析的結(jié)果來看，影響林木生長的最主要的因子是溫度，其次是水分。

氣候因子對林木生長的影響作用過程非常復(fù)雜。除所調(diào)查的因子外，林木生長還受日照時間、立地條件、撫育管理等方面的影響。并且對于氣象因子的研究，需要長期的、連續(xù)的監(jiān)測資料，才能找出主導(dǎo)因子及其影響規(guī)律[6-10]。所以，為了林木更好的生長，在保證合適的培育技術(shù)措施的同時，在林木生長期內(nèi)要充分考慮林分內(nèi)的小氣候條件，進而提高樹體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的積累量[7-8]。由于數(shù)據(jù)來源的限制，加入其他因子后的綜合分析，是否導(dǎo)致主導(dǎo)因子的改變，還有待后續(xù)進一步研究。

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