氣象因子對(duì)杉木人工林胸徑生長的影響

王廣勝

(湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430200)

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氣象因子對(duì)杉木人工林胸徑生長的影響

王廣勝

(湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430200)

杉木(CunninghamialanceolataHook)是我國一種重要的造林、用材樹種之一，栽種歷史悠久、分布區(qū)域廣闊[1]。為了更好地尋找各類因子對(duì)杉木人工林生長發(fā)育起到的主次作用，以求指導(dǎo)這類經(jīng)濟(jì)林更好地為國家建設(shè)服務(wù)，中國科學(xué)院會(huì)同森林生態(tài)實(shí)驗(yàn)站試驗(yàn)林場建立了一批杉木人工林綜合觀測場，通過長時(shí)間的氣象、水分、土壤、生物監(jiān)測，力圖尋找各方面的相互關(guān)系和作用。通過長時(shí)間的原始數(shù)據(jù)觀測和積累，發(fā)現(xiàn)氣候是林木生長發(fā)育進(jìn)行正常新陳代謝的主要影響因子之一，以氣象因子變化對(duì)杉木人工林胸徑生長的影響為例，進(jìn)行探討。

氣象因子；杉木人工林；胸徑生長

1 研究方法

研究地點(diǎn)位于中國科學(xué)院會(huì)同森林生態(tài)實(shí)驗(yàn)站試驗(yàn)林場(109°36′E，26°51′N)，海拔200～500 m，低山丘陵地貌，土壤為紅黃壤，氣候?qū)儆趤啛釒駶櫄夂颍哂兴募痉置鳌夂驕睾汀⒂炅砍渑妗⒏邼穸囔F等特點(diǎn)[2]。根據(jù)1998—2015年實(shí)驗(yàn)站氣象統(tǒng)計(jì)資料，年平均氣溫在15.4 ℃～16.8 ℃，最冷月(1月)平均氣溫-3 ℃～8.9 ℃，極端最低溫度-5 ℃，最熱月(7月)平均氣溫25.9 ℃～27.7 ℃，極端最高溫度38.5 ℃；年降雨量766.6～1 502 mm，相對(duì)濕度74.1%以上；年平均風(fēng)速1.41～1.73 m/s。這片區(qū)域氣候條件最適于杉木生長，為杉木生長核心產(chǎn)區(qū)。

研究對(duì)象為1983年?duì)I造的杉木純林。經(jīng)過30多年的自然生長和演替，由最初的純林演變成以杜莖山(Maesajaponica)、毛柞木(Xylosmaracemosum)、烏桕(Sapiumsebiferum)、構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)、格藥柃(Euryamuricata)、千年桐(Verniciamontana)等為伴生種的生態(tài)系統(tǒng)。在一塊杉木純林進(jìn)行長期監(jiān)測調(diào)查，樣地面積2 000 m2，共設(shè)置了25塊固定樣方。樣地內(nèi)樹木按克拉夫特分級(jí)法進(jìn)行每木調(diào)查，統(tǒng)計(jì)每年的年平均胸徑值(Y)。氣象資料來自于會(huì)同站長期氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，共7個(gè)項(xiàng)目，包括年平均降雨量(X1)、年平均氣溫(X2)、年極高氣溫(X3)、年極低氣溫(X4)、年平均相對(duì)濕度(X5)、年平均風(fēng)速(X6)、年平均日照量(X7)，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 相關(guān)分析

利用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件相關(guān)分析模塊對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析[3]，得到杉木年平均胸徑與氣象因子的相關(guān)系數(shù)矩陣，見表2。

表1 會(huì)同站林場杉木人工林綜合觀測場永久樣地年平均胸徑與氣象資料Tab.1 Annual average DBH and meteorological data of permanent comprehensive observation fields of Cunninghamia lanceolata Hook

表2 杉木年平均胸徑與氣候各因子的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.2 Correlation coefficient matrix of average annual DBH and climate factors of Cunninghamia lanceolata Hook

*. 在 0.05 級(jí)別(雙尾)，相關(guān)性顯著。

**. 在 0.01 級(jí)別(雙尾)，相關(guān)性顯著。

由表2數(shù)據(jù)分析結(jié)果可得：氣象因子中的年平均降雨量(X1)、年平均濕度(X5)、年平均風(fēng)速(X6)是影響杉木人工林生物量的主要因素，其相關(guān)系數(shù)分別是0.656、0.758和-0.819，顯著水平分別為0.028、0.007、0.002，都十分顯著。年平均降雨量和年均濕度和生長量(Y)呈正相關(guān)性，即年平均降雨量和年均濕度越大，杉木生長量越高，年平均降雨量和年均濕度越小，生長量越低；年均風(fēng)速和生長量呈負(fù)相關(guān)性，即年均風(fēng)速越大杉木生長量越低，年均風(fēng)速越小杉木生長量越高。年平均氣溫、年極高氣溫、年極低氣溫、年日照量對(duì)杉木生物生長量影響不突出，相關(guān)性不顯著。從各氣象因子之間相關(guān)性來看，年平均濕度和年平均風(fēng)速負(fù)相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為-0.744，顯著性系數(shù)為0.009。由此，可以推出：平均風(fēng)速直接影響了年平均濕度的大小，進(jìn)而間接作用于杉木的生長量；年極低氣溫與年平均風(fēng)速成正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是0.631，顯著水平為0.037；年極高氣溫與年日照量成正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是0.649，顯著水平為0.031。

2.2 主成分分析

應(yīng)用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)進(jìn)行主成分分析，選取關(guān)聯(lián)度大的7個(gè)氣候因子中的公共成分組成一個(gè)新的綜合因子，并對(duì)這個(gè)綜合因子進(jìn)行合理分析，其結(jié)果見表3、表4、圖1。

表3 主成分特征值、貢獻(xiàn)率、累積貢獻(xiàn)率Tab.3 Eigenvalue, contribution rate and cumulative contribution rate of principal component

提取方法：主成分分析法。

表4 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣Tab.4 Composition matrix after the rotation

提取方法：主成分分析法。

旋轉(zhuǎn)方法：凱撒正態(tài)化最大方差法。

a. 旋轉(zhuǎn)在 7 次迭代后已收斂。

其中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分別代表了年平均降雨量、年平均氣溫、年極高氣溫、年極低氣溫、年平均相對(duì)濕度、年平均風(fēng)速、年平均日照量。

圖1 旋轉(zhuǎn)后的空間中組建Fig.1 Formation of the space after the rotation

從主成分旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣可以看出，第一組成分里，年平均降雨量和年相對(duì)濕度的高低呈負(fù)相關(guān)性，直接影響年平均風(fēng)速、年極低氣溫、年平均日照量。第二組成分里，年極高氣溫和和日照量載荷大，相關(guān)性程度高。氣溫在第三組成分上的載荷較大。

通過分析可得，第一主成分為水分，它是影響杉木人工林生物量生長的主要因子，貢獻(xiàn)率為34.766%。第二主成分晴天，天氣晴朗，日照時(shí)間積累量增長，溫度上升，有利于杉木進(jìn)行光合作用，促進(jìn)生物量增長，貢獻(xiàn)率為26.257%。第三主成分溫度，適當(dāng)溫度可提高杉木細(xì)胞酶活性，有利于生物量增加，貢獻(xiàn)率為21.182%。這3個(gè)主要成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)到82.206%，可以完全代表這7個(gè)氣象因子特性。

2.3 回歸分析

應(yīng)用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)全部因子進(jìn)行回歸分析，回歸結(jié)果見表5、表6。

表5 回歸方程的方差分解及檢驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Variance decomposition of regression equation and test results

a. 因變量：Y

b. 預(yù)測變量：(常量)，X7，X4，X2，X1，X3，X5，X6

表6 回歸方程系數(shù)Tab.6 Regression equation coefficients

a. 因變量：Y

其中Y、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分別代表了杉木年平均胸徑、年平均降雨量、年平均氣溫、年極高氣溫、年極低氣溫、年平均相對(duì)濕度、年平均風(fēng)速、年平均日照量。

從表5可知，因變量和被預(yù)測變量的線性關(guān)系是顯著的，顯著系數(shù)為0.012，可建立線性方程。因此，杉木連年平均胸徑值與氣候因子之間的回歸方程為：Y=-1.372+0.005X1+0.92X2-0.625X3-0.529X4+0.29X5+2.628X6+0.057X7。

3 結(jié)論

第一，通過對(duì)會(huì)同站杉木人工林胸徑年平均值與氣候因子相關(guān)分析，表明不同年份的各氣象因子對(duì)杉木的胸徑影響是錯(cuò)綜復(fù)雜的。各氣象因子對(duì)胸徑影響的大小順序?yàn)椋耗昶骄L(fēng)速>年平均相對(duì)濕度>年平均降雨量>年極低氣溫>年平均日照量>年極高氣溫>年平均氣溫，其中年平均風(fēng)速、年平均相對(duì)濕度、年平均降雨量是對(duì)胸徑影響最大的主要?dú)庀笠蜃印?/p>

第二，從主成分分析來看，影響杉木胸徑生長的關(guān)鍵因子是水分，其次是較高的溫度及日照量，這也比較好地解釋了杉木栽培區(qū)域?yàn)槭裁醇性谡麄€(gè)亞熱帶。也就是說，杉木需要在雨水充足、氣候溫暖、濕度大、風(fēng)力弱、光照時(shí)間長的環(huán)境下，才可以快速生長。

第三，通過建立會(huì)同站試驗(yàn)林場杉木人工林胸徑生長與氣象因子之間的回歸模型，能夠合理解釋和預(yù)測杉木胸徑的生長情況，可以有效服務(wù)于該區(qū)域杉木人工林的經(jīng)營和調(diào)控。

[1] 肖復(fù)明，汪思龍，杜天真，等.湖南會(huì)同林區(qū)杉木人工林呼吸量測定[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，(25)：2514-2519.

[2] 汪思龍，黃志群，王清奎，等.凋落物的樹種多樣性與杉木人工林土壤生態(tài)功能[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，(25)：474-480.

[3] 章文波，陳紅艷.實(shí)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析及Spss12.0應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2006.

Effects of meteorological factors on DBH growth ofCunninghamialanceolataHook

WANG Guang-sheng

(Hubei Ecology Vocational College, Wuhan 430200, China)

CunninghamialanceolataHook is one of the important afforestation and timber species in China. It has a long history and wide distribution area[1]. In order to better find all kinds of factors on the growth and development ofCunninghamialanceolataHook, Chinese Academy of Sciences has built a group of comprehensive observation fields in conjunction with the forest ecological experimental station, and tried to find all aspects of the relationship and role through long-time weather, water, soil and biology monitoring. Through the observation and accumulation of raw data for a long time, it is found that climate is one of the main influencing factors of normal metabolism of tree growth and development. The influence of meteorological factors on DBH growth ofCunninghamialanceolataHook is taken as an example.

Meteorological factors;CunninghamialanceolataHook; DBH growth

2016-12-28

王廣勝(1970-)，男，碩士研究生，講師。

S791.27

A

1674-8646(2017)04-0185-04