平泉油松建筑材林立地類(lèi)型劃分及立地質(zhì)量評(píng)價(jià)*

張曉文 于青軍 羅桂生 賈 茜 吳丹妮 賈忠奎

(1.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 國(guó)家林業(yè)和草原局油松工程技術(shù)研究中心 北京 100083；2.河北省平泉市國(guó)有黃土梁子林場(chǎng) 平泉 067506)

當(dāng)前，我國(guó)林業(yè)處于一個(gè)重要的轉(zhuǎn)折期，正以木材生產(chǎn)為主向以生態(tài)建設(shè)為轉(zhuǎn)變，以采伐天然林為主向以采伐人工林為主轉(zhuǎn)變。根據(jù)森林起源，我國(guó)人工林面積比重較低，質(zhì)量低下，而且全面實(shí)施天然林保護(hù)政策后，國(guó)內(nèi)將停止7 000多萬(wàn)hm2國(guó)有天然林商業(yè)性采伐，每年會(huì)減少5 000萬(wàn)m3木材供給。在這樣的背景下，我國(guó)木材資源供給遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長(zhǎng)的木材資源需求，木材進(jìn)口量激增，木材對(duì)外依存度持續(xù)增長(zhǎng)，因北，發(fā)展更多的建筑材林對(duì)解決木材供需矛盾、保障國(guó)家生產(chǎn)安全具有重要意義。建筑材林是速生豐產(chǎn)林的一種，不同于一般用材林，其具有定向、速生、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和穩(wěn)定6大特性，以為建筑、家具和裝修等行業(yè)提供原料或大徑材為經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。

我國(guó)建筑材林研究起步較晚，20世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)速生豐產(chǎn)人工林木材性質(zhì)進(jìn)行過(guò)一些探討，并對(duì)建筑材優(yōu)良種源進(jìn)行了評(píng)估。21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)建筑材的研究主要集中在木材性質(zhì)方面，如童方平等(2003)探究間伐對(duì)濕地松(Pinuselliottii)木材材性的影響效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)間伐對(duì)木材干縮率和抗彎強(qiáng)度影響顯著；歐陽(yáng)林男等(2019)分析6個(gè)桉樹(shù)(Eucalyptusspp.)大徑材樹(shù)種木材力學(xué)性質(zhì)差異，結(jié)果表明大花序桉(E.cloeziana)木材綜合性能最優(yōu)，其次為細(xì)葉桉(E.tereticornis)、赤桉(E.camaldulensis)、尾葉桉(E.urophylla)、粗皮桉(E.pellita)和巨桉(E.grandis)。

在國(guó)外，學(xué)者對(duì)各類(lèi)建筑材樹(shù)種木材性質(zhì)進(jìn)行了大量研究。Bhat等(2010)分析化學(xué)改性對(duì)馬占相思(Acaciamangium)木材物理力學(xué)性質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，丙酸酐和琥珀酸酐均能增強(qiáng)木材的耐腐性和機(jī)械性能。Bal等(2013)探究熱處理對(duì)尾巨桉幼齡木和成熟木一些力學(xué)性能的影響表明，在相同處理下，幼齡木的力學(xué)性能下降程度大于成熟木。Kaygin等(2016)研究發(fā)現(xiàn)，海拔對(duì)歐洲赤松(Pinussylvestris)木材性質(zhì)影響顯著。Kiaei等(2018)研究得出，鵝耳櫪葉槭(Acercarpinifolium)被抑制木與優(yōu)勢(shì)木在物理性能方面無(wú)顯著差異，但在力學(xué)性能方面差異顯著。

目前，我國(guó)已對(duì)馬尾松(Pinusmassoniana)(程曦依等， 2017； 丁貴杰等， 2000； 李改云等， 2010)、火炬松(Pinustaeda)(蔣開(kāi)彬等， 2018； 徐有明等， 2007)、杉木(Cunninghamialanceolata)(程琳等， 2017； 尹擁君等， 2001)、濕地松(羅真付等， 2012； 趙奮成等， 2018)、落葉松(Larixspp.)(馬成武等， 2018； 朱玉杰等， 2016)等一系列樹(shù)種的建筑材林培育技術(shù)進(jìn)行了研究，油松(Pinustabulaeformis)作為我國(guó)北方地區(qū)的主要造林樹(shù)種之一，對(duì)其進(jìn)行建筑材林方面的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。油松為松科針葉常綠喬木，樹(shù)皮灰褐色，喜光，耐干旱瘠薄，且材質(zhì)堅(jiān)韌細(xì)致，耐腐耐久用，抗壓力強(qiáng)，可供建筑、車(chē)船和器具等使用，是我國(guó)特有樹(shù)種(鄭萬(wàn)鈞， 1983)。油松開(kāi)始旺盛生長(zhǎng)較早，而衰退慢，這種生長(zhǎng)特性既可培育中、小徑材，也可培育大徑材(鄭均寶， 1998)。因此，開(kāi)展油松建筑材林高效培育技術(shù)研究具有重大意義。

立地質(zhì)量評(píng)價(jià)即對(duì)某一立地單元在采用某種利用方式時(shí)的最大自然生產(chǎn)潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)(詹昭寧, 1989)，其是研究、掌握森林生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)森林生產(chǎn)力影響的一種重要手段，對(duì)林地經(jīng)營(yíng)和決策至關(guān)重要(Louwetal.， 2002)，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)造林和經(jīng)營(yíng)森林的關(guān)鍵。立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法通常可分為生物因子法和地理因子法兩大類(lèi)，其中生物因子法中的地位級(jí)法和立地指數(shù)法最常用，立地指數(shù)法多用于評(píng)價(jià)人工林(吳恒等， 2015)。我國(guó)學(xué)者對(duì)森林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)開(kāi)展過(guò)一些研究，部分學(xué)者采用逐步回歸分析(張超等， 2015)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(鞏垠熙等， 2013)、建立數(shù)學(xué)模型(朱光玉等， 2010)和遙感(李明澤等， 2017； 王永昌等， 2007)等方法對(duì)我國(guó)主要森林立地質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。但隨著國(guó)家對(duì)林業(yè)需求的轉(zhuǎn)變，森林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)要求更加精細(xì)，需要進(jìn)一步量化到二級(jí)林種上，建筑材林作為人工用材林的二級(jí)林種，目前對(duì)其的研究多集中于高效培育技術(shù)或木材基本物理力學(xué)性質(zhì)方面(徐有明等， 2007； 周海賓等， 2012)，未將立地質(zhì)量評(píng)價(jià)與木材材性結(jié)合起來(lái)。鑒于此，本研究對(duì)河北省平泉市油松人工林進(jìn)行立地類(lèi)型劃分和立地質(zhì)量評(píng)價(jià)，并將立地質(zhì)量分級(jí)，以期篩選出適合培育油松建筑材林的林地。

1 研究區(qū)概況

河北平泉(118°21′—119°15′E, 40°24′—40°40′N(xiāo))是河北、遼寧、內(nèi)蒙古三省(自治區(qū))交界地帶，位于燕山山脈末端，平均海拔660 m。該市地處我國(guó)半濕潤(rùn)地區(qū)，年均降水量540 mm，屬溫帶季風(fēng)性氣候，四季分明，春季風(fēng)大干旱、回暖較快，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，年均氣溫7.3 ℃。7月平均氣溫22～32 ℃，降水占全年降水量的68%～74%； 年日照時(shí)數(shù)2 000～2 900 h，年日照率65%，全年無(wú)霜期120～130天。土壤類(lèi)型以褐土為主，森林類(lèi)型為天然次生林，主要樹(shù)種有油松、落葉松、刺槐(Robiniapseudoacacia)等，灌木層主要有胡枝子(Lespedezabicolor)、錦雞兒(Caraganasinica)、繡線菊(Spiraeasalicifolia)、山杏(Armeniacasibirica)等，常見(jiàn)草本有菊葉委陵菜(Potentillatanacetifolia)、細(xì)葉薹草(Carexduriusculasubsp.stenophylloides)和玉竹(Polygonatumodoratum)等。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)與調(diào)查

在平泉市馬家南溝、婁南溝、蘇達(dá)營(yíng)子等地布設(shè)92塊樣地，使其能夠代表平泉油松人工林的生長(zhǎng)狀況。為了保證調(diào)查數(shù)據(jù)的代表性和精確性，并綜合考慮密度、林齡等因素，調(diào)查樣地包含幼齡林、中齡林、近熟林和成熟林，且郁閉度均在0.5以上。同時(shí)要求布設(shè)樣地的造林技術(shù)和經(jīng)營(yíng)措施基本一致，未發(fā)生過(guò)蟲(chóng)害、火災(zāi)等自然災(zāi)害。

在每塊樣地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，實(shí)測(cè)樹(shù)高、胸徑、活枝下高、東西冠幅、南北冠幅，并記錄海拔、坡度、坡向、土層厚度、腐殖質(zhì)厚度、枯落物厚度和土壤類(lèi)型等因子。采用調(diào)查林場(chǎng)小班與生長(zhǎng)錐相結(jié)合的方法確定樣地林齡。每塊樣地內(nèi)選取胸徑最大且最高的5株樹(shù)木取樹(shù)高平均值(段劼等， 2009)。測(cè)量過(guò)程中，每株優(yōu)勢(shì)木最少測(cè)高2次，2次誤差不超過(guò)0.1 m時(shí)取其平均值作為優(yōu)勢(shì)木高。

2.2 樣地?cái)?shù)據(jù)整理

將92塊樣地調(diào)查數(shù)據(jù)匯總成表，按齡階(段劼等， 2009)分別統(tǒng)計(jì)出平均林齡和優(yōu)勢(shì)木平均高，并計(jì)算各齡階的樹(shù)高標(biāo)準(zhǔn)差：

(1)

式中：Si為第i齡階樹(shù)高標(biāo)準(zhǔn)差；Hij為第i齡階中第j株優(yōu)勢(shì)木高(j=1,2,3,…，ni)；ni為第i齡階中優(yōu)勢(shì)木株數(shù)。

各齡階以平均優(yōu)勢(shì)木高為準(zhǔn)，以3倍樹(shù)高標(biāo)準(zhǔn)差為范圍，剔除各齡階內(nèi)數(shù)據(jù)異常的樣地或優(yōu)勢(shì)木，重新統(tǒng)計(jì)樣地?cái)?shù)、優(yōu)勢(shì)木平均高。經(jīng)檢驗(yàn)，在92塊樣地中選取的優(yōu)勢(shì)木均符合條件，滿足立地指數(shù)表編制要求。編表數(shù)據(jù)按齡階整理后，優(yōu)勢(shì)木平均高6～14 m，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

2.3 立地類(lèi)型劃分方法

2.3.1 立地因子分級(jí) 采用主導(dǎo)因子分析法(馬明東， 2006)篩選主導(dǎo)因子，其中類(lèi)目范圍劃分以其對(duì)油松生長(zhǎng)影響是否顯著、實(shí)踐中是否便于調(diào)查和應(yīng)用為依據(jù)(唐誠(chéng)等， 2018)。實(shí)地調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，平泉油松人工林主要分布在海拔720～820 m，且土壤類(lèi)型以褐土為主，故排除海拔和土壤類(lèi)型對(duì)林地的影響；油松人工林分布坡位差異不顯著，故排除坡位對(duì)林地的影響。將坡向、坡度、土層厚度、腐殖質(zhì)厚度、枯落物厚度等立地因子進(jìn)行分級(jí)并賦值(表2)。

2.3.2 主導(dǎo)因子篩選及立地類(lèi)型劃分 采用Forstat軟件，將表2中立地因子與優(yōu)勢(shì)木平均高進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示。

根據(jù)Pr>F判斷因子顯著性，當(dāng)Pr>F<0.01時(shí)極顯著，0.01≤Pr>F<0.05時(shí)顯著，Pr>F≥0.05時(shí)不顯著。由表3可知，坡向和土層厚度對(duì)油松生長(zhǎng)影響顯著，故選擇坡向和土層厚度作為主導(dǎo)因子，據(jù)此將平泉油松人工林立地類(lèi)型劃分為陽(yáng)坡薄土、陽(yáng)坡中土、陽(yáng)坡厚土、陰坡薄土、陰坡中土和陰坡厚土，土層厚度劃分依據(jù)見(jiàn)表2。

表3 立地因子與優(yōu)勢(shì)木平均高的相關(guān)性Tab.3 The correlation between site factors and dominant tree mean height

2.4 立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

2.4.1 基準(zhǔn)年齡的確定 基準(zhǔn)年齡(A0)指林分生長(zhǎng)趨于穩(wěn)定時(shí)的年齡，是立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)(陳永富， 2010)。確定基準(zhǔn)年齡應(yīng)考慮以下幾方面： 1) 基準(zhǔn)年齡時(shí)，林分樹(shù)高生長(zhǎng)已趨于穩(wěn)定，且能反映林分生長(zhǎng)的立地差異(吳中能等， 2010)； 2) 確定基準(zhǔn)年齡前應(yīng)先對(duì)樹(shù)種的生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行分析，還要考慮樹(shù)種的培育目的。段劼等(2009)研究北京地區(qū)油松基準(zhǔn)年齡時(shí)，將其定為20年。本研究在確定基準(zhǔn)年齡時(shí)，首先采用隨機(jī)抽樣方法，在不同立地類(lèi)型林分中各選取1株解析木，共計(jì)42株，分析樹(shù)高0～35年的生長(zhǎng)過(guò)程(圖1)，然后對(duì)全部解析木求樹(shù)高連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量的算數(shù)平均值，再繪制其隨年齡的變化曲線(圖2)。

由圖1可知， 20年后油松樹(shù)高生長(zhǎng)逐漸減緩，趨于穩(wěn)定；由圖2可知，油松樹(shù)高平均生長(zhǎng)量在20年左右達(dá)到峰值，其后逐漸減緩，趨于穩(wěn)定，而連年生長(zhǎng)量在10、20年達(dá)到峰值，其后下降。所以，本研究將平泉油松建筑材林的基準(zhǔn)年齡定為20年。

圖1 各立地類(lèi)型樹(shù)高生長(zhǎng)曲線Fig.1 Tree height growth curves of various site types

圖2 解析木樹(shù)高生長(zhǎng)曲線Fig.2 Analytic tree height growth curves

2.4.2 指數(shù)級(jí)距的確定 指數(shù)級(jí)距指在基準(zhǔn)年齡時(shí)優(yōu)勢(shì)木平均高變幅與指數(shù)級(jí)個(gè)數(shù)的比值。同一森林植被地帶同一樹(shù)種的指數(shù)級(jí)距應(yīng)基本一致，一般來(lái)說(shuō)，集約經(jīng)營(yíng)水平較高、以速生豐產(chǎn)為主的地區(qū)，級(jí)距可以適當(dāng)小些，管理水平較低、立地條件較差、以防護(hù)或其他效能為主的地區(qū)，級(jí)距可以大些(鄭聰慧等， 2013)。本研究用以下2種方法確定指數(shù)級(jí)距。

1) 重點(diǎn)分析油松建筑材林20年(基準(zhǔn)年齡)時(shí)林分優(yōu)勢(shì)木平均高的分布情況，各樣地優(yōu)勢(shì)木平均高變幅為3.2～9.6 m，絕對(duì)變幅ΔH為6.4 m，一般指數(shù)級(jí)個(gè)數(shù)不超過(guò)10個(gè)，采用式(2)計(jì)算指數(shù)級(jí)距：

S=ΔH/k。

(2)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定指數(shù)級(jí)距(S)為1 m，指數(shù)級(jí)個(gè)數(shù)(k)為7，分別為4、5、6、7、8、9、10 m。

2) 根據(jù)唐瑞德(1986)給出的立地指數(shù)級(jí)距計(jì)算公式S=1.5+1/2lnΔA/A0，(ΔA=5，為立地指數(shù)表的齡階；A0=20)，求得指數(shù)級(jí)距S=0.8 m，依據(jù)指數(shù)級(jí)距最小為1 m的原則，確定指數(shù)級(jí)距為1 m。

以上2種方法確定的指數(shù)級(jí)距均為1 m，因此本研究將平泉油松建筑材林的指數(shù)級(jí)距確定為1 m。

2.4.3 導(dǎo)向曲線的擬合 編制立地指數(shù)表時(shí)，導(dǎo)向曲線的選擇至關(guān)重要，其與立地指數(shù)表的精度密切相關(guān)。選擇導(dǎo)向曲線時(shí)既要考慮樹(shù)高生長(zhǎng)規(guī)律，又要保證擬合效果。本研究根據(jù)全部樣地優(yōu)勢(shì)木解析資料，利用各公式對(duì)齡階優(yōu)勢(shì)木平均高數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，常用的導(dǎo)向曲線擬合公式及其參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 導(dǎo)向曲線擬合公式及其參數(shù)①Tab.4 Guiding curve fitting formula and its parameters

由表4可知，線性、對(duì)數(shù)曲線、拋物線、冪函數(shù)、等比級(jí)數(shù)曲線和指數(shù)曲線的R2均超過(guò)0.8，其中R2最大的是冪函數(shù)曲線(0.855)，這是因?yàn)閮绾瘮?shù)只有2個(gè)參數(shù)，冪函數(shù)圖像在林齡為0時(shí)樹(shù)高為0，且冪函數(shù)曲線趨勢(shì)更符合油松生長(zhǎng)規(guī)律。所以本研究選擇冪函數(shù)曲線，導(dǎo)向曲線方程為：

H=0.524A0.815。

(3)

2.4.4 立地指數(shù)表的編制 本研究采用相對(duì)優(yōu)勢(shì)高法編制立地指數(shù)表，具體步驟如下：

1) 計(jì)算各齡階樹(shù)高理論值Hi,將各齡階階值分別代入導(dǎo)向曲線，即可得到樹(shù)高理論值；

2) 計(jì)算基準(zhǔn)年齡時(shí)的樹(shù)高理論值H0；

3) 計(jì)算各齡階調(diào)整系數(shù)Ki：

Ki=Hi/H0×100%；

(4)

4) 計(jì)算各齡階各指數(shù)級(jí)樹(shù)高值Hik：

Hik=Ki×H0k。

(5)

式中：H0k為標(biāo)準(zhǔn)年齡時(shí)第k指數(shù)級(jí)的樹(shù)高值。

由式(3)和(4)計(jì)算得出各齡階樹(shù)高理論值及調(diào)整系數(shù)(表5)，由式(5)和表5整理得到油松人工林立地指數(shù)表(表6)。

表5 各齡階調(diào)整系數(shù)及樹(shù)高理論值Tab.5 Adjust coeffident and tree height in theory of different age classes

表6 平泉油松人工林立地指數(shù)表(A0=20年)Tab.6 Site index table of P. tabulaeformis plantations in Pingquan (A0=20 a) m

2.4.5 立地指數(shù)表的檢驗(yàn) 立地指數(shù)表編制完成必須進(jìn)行檢驗(yàn)，在保證精度和適用性后才能應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。本研究采用卡方檢驗(yàn)，首先利用現(xiàn)有42株優(yōu)勢(shì)木解析木樹(shù)高和年齡，在立地指數(shù)表(表6)中查到相對(duì)應(yīng)的立地指數(shù)，然后將優(yōu)勢(shì)木解析木林齡分別代入導(dǎo)向曲線得到各優(yōu)勢(shì)木解析木樹(shù)高理論值Ht，與優(yōu)勢(shì)木解析木樹(shù)高實(shí)際值Hp進(jìn)行χ2檢驗(yàn)，公式為：

(6)

2.5 油松木材物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定

立地質(zhì)量對(duì)林木生長(zhǎng)影響很大，且其影響將伴隨林木一生，因此，在人工林培育中立地選擇十分重要。實(shí)際應(yīng)用中，木材體積干縮率、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量和順紋抗壓強(qiáng)度是優(yōu)良建筑材選擇的重要參數(shù)(羅彬等， 2008； 周海賓等， 2012)。為了探究不同立地指數(shù)下木材物理力學(xué)性質(zhì)是否存在顯著差異，本研究選取立地條件為差、中、優(yōu)3種類(lèi)型樣地(立地條件劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表7)，每種類(lèi)型樣地3塊，在樣地中伐取1株優(yōu)勢(shì)木作為樣木，對(duì)其進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試。

表7 立地條件劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.7 Site condition division standard

3 結(jié)果與分析

3.1 油松人工林立地類(lèi)型劃分

根據(jù)篩選的主導(dǎo)因子，將平泉油松人工林立地劃分為陽(yáng)坡厚土、陽(yáng)坡中土、陽(yáng)坡薄土、陰坡厚土、陰坡中土和陰坡薄土6種類(lèi)型?；贏rcGIS地理信息系統(tǒng)，結(jié)合立地類(lèi)型劃分結(jié)果，繪制平泉油松人工林立地類(lèi)型分布圖(圖3)。從圖3可以看出，平泉油松人工林主要分布在薄土層和中土層，厚土層分布較少，其中薄土層面積14 239.15 hm2,占油松人工林總面積的27.9%，中土層面積33 355.98 hm2，占油松人工林總面積的65.5%，厚土層面積3 304.67 hm2，占油松人工林總面積的6.6%。由圖3還可以看出，平泉油松人工林陰坡分布較多，陽(yáng)坡分布較少，其中陰坡面積38 976.01 hm2，占油松人工林總面積的76.6%，陽(yáng)坡面積11 920.04 hm2，占油松人工林總面積的23.4%。

圖3 平泉油松人工林立地類(lèi)型分布Fig.3 Site type distribution of P. tabulaeformis plantations in Pingquan

3.2 油松人工林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.2.1 擬合優(yōu)勢(shì)木平均高和林分平均高曲線 為了將平泉油松人工林立地指數(shù)表與油松二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合，需要擬合平泉油松人工林優(yōu)勢(shì)木平均高和林分平均高曲線，以探究油松優(yōu)勢(shì)木平均高與林分平均高的關(guān)系。本研究基于平泉油松人工林優(yōu)勢(shì)木平均高和林分平均高調(diào)查數(shù)據(jù)，以林分平均高為自變量(x)、優(yōu)勢(shì)木平均高為因變量(y)，采用直線型、二次曲線型、三次曲線型、對(duì)數(shù)曲線型、冪函數(shù)型、S型曲線、復(fù)合函數(shù)型、指數(shù)曲線型和邏輯斯特曲線型9種模型擬合平泉油松人工林優(yōu)勢(shì)木平均高與林分平均高的關(guān)系。各曲線模型的相關(guān)系數(shù)和參數(shù)見(jiàn)表8。

表8 優(yōu)勢(shì)木平均高和林分平均高曲線擬合參數(shù)Tab.8 Fitting parameters of dominant tree mean height and stand mean height

通過(guò)R2比較，選擇二次曲線型，得到平泉油松人工林優(yōu)勢(shì)木平均高-林分平均高擬合曲線，公式為：

y=0.512 26+1.563 74x-0.034 67x2。

(7)

3.2.2 立地指數(shù)等級(jí)分布圖的繪制 依據(jù)式(7)和表6，結(jié)合平泉油松二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件，繪制立地指數(shù)等級(jí)分布圖(圖4)。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，立地指數(shù)為9、10的地塊占地面積14 277.665 hm2，占油松人工林總面積的28.1%，其中黃土梁子鎮(zhèn)和柳溪滿族鄉(xiāng)占地面積13 645.96 hm2，說(shuō)明這兩個(gè)地區(qū)立地質(zhì)量較好。立地指數(shù)為6、7、8的地塊占地面積33 648.51 hm2，占油松人工林總面積的66.1%，而立地指數(shù)為4、5的僅有2 973.63 hm2，僅占油松人工林總面積的5.8%。這說(shuō)明河北平泉地區(qū)立地質(zhì)量狀況總體較好，適合培育油松建筑材林。

3.3 油松木材物理力學(xué)性質(zhì)分析

分別計(jì)算各立地質(zhì)量樣地各木材物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)定值的最小值、最大值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果見(jiàn)表9。

圖4 平泉油松立地指數(shù)等級(jí)分布Fig.4 Site index distribution of P. tabulaeformis in Pingquan

表9 各立地質(zhì)量樣地木材物理力學(xué)性質(zhì)①Tab.9 Physical and mechanical properties of wood in various site quality samples

體積干縮率反映木材在干燥過(guò)程中的收縮程度，與木材中射線細(xì)胞數(shù)量和分布有關(guān)(Mohammadetal., 2012)。由表9可知，各樣地體積干縮率均值為0.097%～0.125%，極差為0.028%，立地質(zhì)量?jī)?yōu)的樣地體積干縮率最高，立地質(zhì)量中的樣地體積干縮率次之，立地質(zhì)量差的樣地體積干縮率最低，且兩兩之間在0.05水平上差異顯著，說(shuō)明木材干縮性能隨立地質(zhì)量提升而增強(qiáng)。

抗彎彈性模量和抗彎強(qiáng)度代表木材的抗彎性能(Ruelleetal., 2007)。由表9可知，各樣地抗彎彈性模量均值為10.27～13.79 GPa，極差為3.52 GPa，立地質(zhì)量?jī)?yōu)的樣地抗彎彈性模量最高，立地質(zhì)量中的樣地抗彎彈性模量次之，立地質(zhì)量差的樣地抗彎彈性模量最低，立地質(zhì)量差、立地質(zhì)量中的樣地與立地質(zhì)量?jī)?yōu)的樣地在0.05水平上均差異顯著，說(shuō)明抗彎彈性模量隨著立地質(zhì)量提升而提高，在一定范圍內(nèi)差異顯著。各樣地抗彎強(qiáng)度均值為98.61～119.94 MPa，極差為21.33 MPa，立地質(zhì)量?jī)?yōu)的樣地抗彎強(qiáng)度最高，立地質(zhì)量中的樣地抗彎強(qiáng)度次之，立地質(zhì)量差的樣地抗彎強(qiáng)度最低，立地質(zhì)量差和立地質(zhì)量中的樣地均與立地質(zhì)量?jī)?yōu)的樣地在0.05水平上差異顯著，說(shuō)明木材抗彎強(qiáng)度隨立地質(zhì)量提升而增強(qiáng)。

各樣地順紋抗壓強(qiáng)度均值為56.623～78.612 MPa，極差為21.989 MPa，立地質(zhì)量?jī)?yōu)的樣地順紋抗壓強(qiáng)度最高，立地質(zhì)量中的樣地順紋抗壓強(qiáng)度次之，立地質(zhì)量差的樣地順紋抗壓強(qiáng)度最低，立地質(zhì)量差和立地質(zhì)量中的樣地均與立地質(zhì)量?jī)?yōu)的樣地在0.05水平上差異顯著，而立地質(zhì)量差與立地質(zhì)量中的樣地之間差異不顯著。

綜上所述，木材物理力學(xué)性質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均隨著立地質(zhì)量提升而提高，說(shuō)明立地質(zhì)量好的林地(立地指數(shù)為9、10)更適合培育大、中徑材，而立地質(zhì)量中的林地(立地指數(shù)為6、7、8)適合培育中、小徑材，立地質(zhì)量差的林地(立地指數(shù)為4、5)在木材材性方面不夠穩(wěn)定，不適合培育建筑材，可用作生態(tài)公益林。

3.4 油松建筑材培育分布圖的繪制

基于ArcGIS地理信息系統(tǒng)，從圖4中篩選出立地指數(shù)9、10的林地為適宜培育大、中徑材的林地， 立地指數(shù)6、7、8的林地為適宜培育中、小徑材的林地， 立地指數(shù)4、5的林地為不適宜培育建筑材的林地，繪制出油松建筑材培育分布區(qū)(圖5)。經(jīng)篩選統(tǒng)計(jì)，可用來(lái)培育大、中徑材的地塊占地面積13 645.96 hm2，占油松人工林總面積的28.1%；可用來(lái)培育中、小徑材的地塊占地面積33 648.51 hm2，占油松人工林總面積的66.1%；生態(tài)公益林占地面積2 973.63 hm2，僅占油松人工林總面積的5.8%。這說(shuō)明，河北平泉地區(qū)適合用來(lái)培育建筑材。可用于培育大、中徑材的地塊中，以黃土梁子鎮(zhèn)分布最多，共計(jì)3 697.61 hm2，其次是柳溪滿族鄉(xiāng)占地面積1 897.39 hm2。黃土梁子鎮(zhèn)和柳溪滿族鄉(xiāng)所占比例明顯高于其他地區(qū)，兩地所占比例為油松人工林總面積的42.9%?？捎糜谂嘤?、小徑材的地塊中，黃土梁子鎮(zhèn)占地面積5 570.86 hm2，其次是柳溪滿族鄉(xiāng)占地面積4 770.64 hm2，黃土梁子鎮(zhèn)和柳溪滿族鄉(xiāng)所占比例為油松人工林總面積的30.7%。因此若要在河北平泉地區(qū)培育油松建筑材林，應(yīng)優(yōu)先考慮黃土梁子鎮(zhèn)和柳溪滿族鄉(xiāng)。

圖5 平泉油松建筑材林適宜培育分布區(qū)Fig.5 P. tabulaeformis construction timber cultivation area in Pingquan

4 討論

本研究對(duì)油松建筑材林進(jìn)行立地類(lèi)型劃分和立地質(zhì)量評(píng)價(jià)，基于ArcGIS地理信息系統(tǒng)繪制平泉油松人工林立地類(lèi)型分布圖、立地指數(shù)等級(jí)分布圖以及建筑材林適宜培育區(qū)圖，可以直觀反映出油松人工林立地類(lèi)型分布、立地指數(shù)分布以及建筑材林適宜培育區(qū)分布情況，能為林業(yè)實(shí)踐提供指導(dǎo)。

采用主導(dǎo)因子分析法篩選出影響油松人工林優(yōu)勢(shì)木平均高的主導(dǎo)因子為坡向和土層厚度，據(jù)此將油松人工林立地類(lèi)型劃分為6種。將坡向劃分為陽(yáng)坡和陰坡，并沒(méi)有細(xì)化至半陰坡和半陽(yáng)坡，以后研究中應(yīng)加入該部分探索。本研究中，海拔作為立地類(lèi)型劃分的關(guān)鍵因子并沒(méi)有被篩選出來(lái)，以后研究中應(yīng)注重海拔對(duì)立地質(zhì)量影響方面的分析。

段劼等(2009)選擇雙曲線為導(dǎo)向曲線，采用相對(duì)優(yōu)勢(shì)高法對(duì)北京低山地區(qū)油松進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)，并編制立地指數(shù)表。本研究同樣采用相對(duì)優(yōu)勢(shì)高法，在10種曲線中，經(jīng)對(duì)比分析選擇冪函數(shù)式為導(dǎo)向曲線，并進(jìn)行立地指數(shù)表編制，經(jīng)卡方檢驗(yàn)后合格。前人在進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，多止步于立地指數(shù)表的編制，本研究利用ArcGIS地理信息系統(tǒng)，將立地指數(shù)表與油松小班調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)合，得到包含立地指數(shù)信息的油松小班調(diào)查屬性表，由該表能夠快捷、方便查出某一小班的立地類(lèi)型和立地質(zhì)量。這一結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中能夠大幅度提高工作效率，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

木材化學(xué)性質(zhì)也是影響建筑材性能的重要指標(biāo)，楊昇等(2019)研究熱處理對(duì)進(jìn)口輻射松(Pinusradiata)木材化學(xué)性質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 熱處理會(huì)導(dǎo)致輻射松木材細(xì)胞壁中木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，且隨著熱處理溫度升高，木質(zhì)素結(jié)構(gòu)改變程度逐漸增加。秦理哲等(2019)研究季銨銅防腐劑對(duì)馬尾松木材化學(xué)性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，防腐處理會(huì)引起馬尾松木材酸堿性質(zhì)、化學(xué)元素組成和官能團(tuán)強(qiáng)度的變化，影響其化學(xué)性質(zhì)。本研究?jī)H從物理力學(xué)性質(zhì)方面對(duì)油松木材進(jìn)行研究，沒(méi)有考慮化學(xué)性質(zhì)以及解剖性能，以后研究中可以加入化學(xué)性質(zhì)和解剖性能的探索。

5 結(jié)論

1)河北平泉油松人工林主要分布在薄土層和中土層，厚土層分布較少，其中薄土層面積占油松人工林總面積的27.9%，中土層面積占65.5%，厚土層面積僅占6.6%；陰坡分布較多，陽(yáng)坡分布較少，其中陰坡面積占油松人工林總面積的76.6%，陽(yáng)坡占23.4%。由此可知，平泉地區(qū)的立地特點(diǎn)適合油松林生長(zhǎng)。

2)平泉地區(qū)油松人工林立地指數(shù)為9、10的地塊面積占油松人工林面積的28.1%，立地指數(shù)為6、7、8的地塊面積占66.1%，立地指數(shù)為4、5的地塊面積占5.8%，說(shuō)明河北平泉地區(qū)立地質(zhì)量狀況較好，適合培育油松建筑材林。

3)木材物理力學(xué)性質(zhì)隨立地質(zhì)量提升而提高，說(shuō)明立地質(zhì)量好的林地更適合培育優(yōu)質(zhì)的大、中徑級(jí)建筑材林，立地質(zhì)量中的林地適合培育中、小徑級(jí)建筑材林，立地質(zhì)量差的林地不適合培育建筑材林。黃土梁子鎮(zhèn)和柳溪滿族鄉(xiāng)可作為平泉地區(qū)培育油松建筑材林的主要地點(diǎn)。