湖北省杉木人工林立地类型划分及评价

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　　摘 要：以湖北省杉木人工林为研究对象，选择166块具有代表性的杉木人工林标准地，并测定样地的常规立地因子。利用数量化理论Ⅰ的方法建立了杉木优势高与立地因子之间的关系模型，对研究区杉木人工林进行立地类型划分及立地质量评价。结果表明，所选择的5个立地因子与优势高数量化拟合的复相关系数为0.639;海拔、腐殖层厚度和坡位这3个立地因子对优势高的贡献率达84.99%，且影响均达到极显著水平;采用海拔、腐殖层厚度和坡位3个因子构建研究区杉木人工林立地类型，共划分为22类;按照优、良、中、差4个评价等级对166块样地所属的立地类型进行立地质量评价，得出湖北省杉木人工林在中海拔、土壤湿润、土壤养分含量较高的立地条件下生产力较高，研究区立地质量整体处于中等偏上水平的结论。
　　关键词：杉木人工林;数量化理论Ⅰ;立地分类;立地质量评价
　　中图分类号：S791.27 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2020）02-0001-05
　　Site Classification and Quality Evaluation of Cunninghamia lanceolata Plantation in Hubei Province
　　Li Bincheng（1，2） Du Chaoqun（2） Yuan Hui（2） Wu Chu（1） Xu Yezhou（2）
　　（1.Yangtze University Jingzhou 434025;2.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075）
　　Abstract：Taking Cunninghamia lanceolata plantation in Hubei Province as the research object，166 representative standard plots of Cunninghamia lanceolata plantation were selected and the conventional site factors of sample plots were determined. The relationship model between the dominant height of Cunninghamia lanceolata and the site factors was established by using the method of quantification theory I，and the site classification and site quality evaluation of Cunninghamia lanceolata Plantation in the study area were carried out. The results showed that the complex correlation coefficient of the five selected site factors and the dominant height was 0.639;the contribution rate of the three site factors of altitude，humic layer thickness and slope position to the dominant height was 84.99%，and the influence reached a very significant level;the three factors of altitude，humic layer thickness and slope position were used to construct the site types of Cunninghamia lanceolata plantation in the study area，which were divided into 22 categories;according to the excellent，The site quality of 166 sample plots was evaluated by good，medium and poor four evaluation levels. The results showed that the productivity of Cunninghamia lanceolata plantation was higher under the site conditions of medium altitude，soil moisture and higher soil nutrient content，and the site quality of the study area was in the upper middle level.
　　Key words：Cunninghamia lanceolata plantation;quantification theoryⅠ;site classification;quality evaluation
　　 立地質量是指立地的生产能力，是影响林分生长状况的关键因素，受到多种环境因素共同作用的影响。立地质量评价是合理利用林地的基础，正确的立地质量评价能够为当地的造林提供科学依据，对于林业生产实践以及提高森林经营的各种效益具有现实意义。立地类型划分是立地质量评价的内容之一，科学的立地分类有助于适地适树以及林地的合理使用，是林业生产实践中林木经营方向的重要参考。中国对于森林立地类型的研究始于20世纪50年代，以波氏立地条件类型学说和苏卡乔夫林型学说为理论指导逐渐开展国内森林立地分类的研究[1]。20世纪70年代，在吸收国外先进经验的基础上，结合国内造林发展需要，以南方14省（区）杉木科研协作组开展的杉木产区区划和立地分类及质量评价为标志，逐步开展了黄土高原、珠江三角洲和华北中原平原等地区的森林立地研究工作，在研究过程中，森林立地类型定性研究的方法开始使用[2-3]。1987年，随着研究的不断深入，出现了生态序列法、主导因子法、指示植物种谱应用和数量化分类法等多种立地分类方法，对多种方法的对比分析和综合应用成为立地分类理论研究的一个重要方面[4]。进入21世纪，随着计算机科学、卫星遥感技术以及地理信息科学的快速发展，使得立地信息的获取变得更加方便与精确，利用3S技术结合数量化统计方法可以对大面积林地的立地分类和质量评价做出快速、有效地估测[5]。而数量化理论方法评价作为森林立地质量最经典的方法，国内许多学者已运用这种方法对不同地区、不同树种进行了立地类型划分与评价，取得了不错的效果[6-7]，目前，数量化理论方法在中国森林立地类型划分及评价中仍是使用最为广泛的方法之一。 　　杉木Cunninghamia lanceolata，为中国重要的用材树种之一，为解决其速生丰产问题，1978年，由南方十四省（区）杉木栽培科研协作组主导，对中国杉木的产区立地类型划分进行研究，提出了以地貌、岩性、局部地形和土壤因素为主要依据的三级分类系统。而湖南省[8]、贵州省[9]、广东省[10]、浙江省[11]等省份相继对本区域杉木立地条件类型划分进行了相关研究，湖北省作为杉木栽培的北缘产区，杉木人工林种植面积约2.5×10 5 hm2，但未开展本区域杉木人工林立地类型划分及质量评价的相关研究工作。本研究以林分优势高和样地立地因子为基础，利用数量化理论Ⅰ建立优势木高与各立地因子之间的多元线性回归方程，筛选对湖北杉木人工林立地质量影响明显的主导因子进行立地类型划分，并根据回归方程建立数量化立地质量得分表和数量化立地质量评价表，以期为湖北杉木人工林生产实践提供理论支持与帮助。
　　1 材料与方法
　　1.1 研究区概况
　　湖北省位于长江中游，东经108°21′～116°07′，北纬29°01′～33°6′，属于亚热带季风气候区。省内地貌以山地丘陵为主，处于中国地势第二级阶梯向第三级阶梯过渡地带，东、西、北三面环山，中间低平，地势高低相差较大，最高峰神农顶海拔3 105 m，而平原区海拔约20～100 m。年平均气温16 ℃，年平均降水量800～1 600 mm，气候湿润，雨热同期。
　　1.2 数据来源
　　依据杉木在湖北省的分布特点以及生物学习性，分别在杉木人工林主要分布区的6个地区11个县市区，按典型抽样和随机抽样相结合的方式，在造林面积大于15 hm2的人工林中选取不同年龄、不同立地林相完整的林分设置面积为600 m 2（20 m×30 m）的标准地，标准地内每木检尺，测量胸径、树高、枝下高、冠幅等生长量指标，利用GPS获取样地地理坐标及海拔，并利用罗盘仪测量坡向和坡位，选择具有代表性的海拔、坡度、坡向、坡位、土壤特点等地布设样地，共设置166块。在每个样地内开挖1 m宽，深度为1 m的土壤剖面，记录土壤类型、土层厚度以及腐殖层厚度等信息。样地基本信息见表1。
　　运用Excel 2007、SPSS 21.0等软件进行数据处理和统计分析。
　　1.3 研究方法
　　1.3.1 立地因子类目划分
　　立地因子的选择要综合考虑各因子对树木生长的影响以及便于在实际生产中应用[12]。根据湖北省杉木主产区的地形特点和研究需要，选择海拔、坡度、坡位、坡向、腐殖层厚度等常见立地因子（表2）。
　　1.3.2 数量化理论Ⅰ
　　数量化理论Ⅰ是解决数据中含有定性数据的一类统计方法，采用数量化理论Ⅰ，将各立地因子作为项目，各分级标准作为相应的类目，建立各立地因子与优势高之间的多元线性回归，根据回归结果筛选出主导立地因子。数量化理论Ⅰ模型为：
　　式中：y是自变量，yi是第块地的立地指数（i=1，2，3，…，n为样地数）;b0为常数项;j=1，2，3，…，m为立地因子数;k=1，2，3，…，ri为第k个水平;δi（j，k）为第j个因子第k个水平的等级反映（0或1）;b（ik）为立地因子的第k水平的得分值。
　　2 结果与分析
　　2.1 主导立地因子的筛选
　　结合立地因子类目划分，将定量因子转化为定性因子，利用示性函数将定性因子（0，1）化展开。采用数量化理论Ⅰ将（0，1）化数据与各样地优势高建模，利用偏相关系数和因子得分范围作为判定因子贡献率的依据，相关结果见表3。
　　由表3可以看出，各立地因子得分范围大小为：海拔>腐殖层厚度>坡位>坡度>坡向，前3项因子得分比高达84.99%，说明前3项因子所包含的信息占总体信息的84.99%。海拔是决定土壤、气候的关键因子，海拔的垂直分布会直接影响土壤状况和水湿条件，杉木喜温暖湿润、排水良好的酸性土壤环境，在湖北杉木主产区之一的恩施州，其适生海拔在1 000 m左右，江汉平原及周边低山岗地杉木分布较少，生长较差，说明海拔是影响该区域杉木生长的重要因素;腐殖层厚度会影响土壤肥力，进而影响植物从土壤中获取养分的多少，因此腐殖层厚度也是一个主要因子;坡位会影响土层厚度与土壤水分蓄积，也是影响植物生长的主要因子。因此，选择海拔、腐殖层厚度和坡位这3个因子作为影响湖北杉木立地质量的主导因子。
　　2.2 立地类型划分
　　根据筛选出的主导立地因子，参考分区分类原则，采用立地区划单位和分类单位相统一的分类系统来进行研究区的立地类型划分。选择海拔、腐殖层厚度和坡位3个立地因子对杉木人工林立地类型进行划分，排除研究区标准地中未收集到的立地类型，最终的立地类型划分结果见表4，由表可以看出，166块样地隶属于22种立地类型。
　　2.3 立地质量评价
　　本研究中，数量化立地质量评价方法是将各类目的得分值代数和的极差按照优、良、中、差4个评价等级进行3等分，根据各等级的等分范围对不同立地类型进行评价。经过计算，立地质量得分值y≥16.17的标准地立地质量为优，立地质量得分值14.00≤y≤16.17的标准地立地质量为良，立地质量得分值11.84≤y≤14.00标准地立地质量为中，立地质量得分值y≤11.84的标准地立地质量为差。
　　对22种立地类型进行立地质量评价的结果见表4，由表4可以看出，低海拔的9个立地类型中，“低海拔下坡薄腐殖层”的平均立地得分值最低，评价结果为“差”，“低海拔中坡中腐殖層”的平均立地得分值最高，评价结果为“良”;中海拔的5个立地类型中，“中海拔上坡薄腐殖层”的平均立地得分值最低，评价结果为“良”，“中海拔中坡中腐殖层”的平均立地得分值最高，评价结果为“优”;高海拔的8个立地类型中，“高海拔上坡厚腐殖层”的平均立地得分值最低，评价结果为“良”，[JP2]“高海拔中坡中腐殖层”的平均立地得分值最高，评价结果为“优”。同海拔中坡平均立地得分值要高于上坡和下坡;同海拔中腐殖层厚度的平均立地得分值要高于薄腐殖层和厚腐殖层，由此可见，湖北省杉木人工林在中海拔、中坡、中腐殖层厚度的立地条件下生产力较高。 　　表4中立地类型的评价结果显示，立地质量评价为差的标准地块数有50块，约占总标准地的30.1%，中等偏上的标准地块数有116块，约占总标准地的69.9%，表明湖北省内杉木人工林的立地质量总体处于中等偏上水平，较为适宜杉木人工林的生长。
　　3 讨论与结论
　　运用数量化方法进行立地质量评价，一般采用立地指数作为基准变量与立地因子进行线性拟合[13]，但根据实际情况，有时也可以利用优势高作为基准变量[7，14]。本研究通过利用数量化理论Ⅰ方法建立湖北省杉木人工林优势高与立地因子之间的多元线性回归，根据回归结果进行湖北省杉木人工林立地分类与质量评价，结果表明：影响湖北省杉木人工林立地质量的因子按其得分占比大小排序为海拔>腐殖层厚度>坡位>坡度>坡向，根据因子得分占比，选择海拔、腐殖层厚度和坡位为影响湖北杉木人工林立地质量的主导因子;以海拔划分立地类型区、以坡位划分立地类型组，腐殖层厚度划分立地类型，共得到22个立地类型;根据各标准地立地质量得分值将研究区立地质量划分为优、良、中、差4个等级，[JP2]对所有标准地进行立地质量评价的结果表明，研究区杉木人工林在中海拔、土壤湿润、土壤养分含量较高的立地条件下立地质量得分值较高，说明生长较好，这与李志先[15]的研究结果相一致;另外，研究区所有样地立地质量总体处于中等偏上水平的占69.6%，表明研究区立地质量总体处于中等偏上水平，较适宜杉木人工林的生长。
　　立地质量受气候、土壤、地形等多种环境因素的影响，当研究区域跨度较大时，为保证结果的准确性，应该将气候因子加以考虑[16]。本研究的研究区域地跨湖北省杉木栽培的6个地区11个县市，原则上应该综合考虑气候因子对立地质量的影响，由于是首次尝试研究，本着简明实用的立地类型划分原则，暂时未考虑气候因子，这将是立地质量评价的下一步研究重点。
　　湖北省杉木人工林立地质量虽然总体呈中等偏上水平，但同其它杉木栽培区一样，杉木大径材的出材量仍然极度匮乏。目前中国杉木人工林种植面积超6成以上为幼龄林，而近、成、过熟林面积不足4成，无法满足市场对于大中径材接近75.2%的需求量。因此，如何结合立地质量评价结果，开展大中径材定向培育研究是湖北省杉木人工林培育的重要研究方向。
　　参 考 文 献
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　　（责任编辑：唐 岚）
　　收稿日期：2020-03-01
　　基金项目：“十二五”农村领域国家科技支撑计划子课题（2015BAD09B0104）。
　　作者简介：李斌成（1994～），男，长江大学园艺园林学院，硕士研究生。
　　许业洲为通讯作者。
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