鄂西山區日本落葉松人工林立地分類及質量評價

孫擁康 湯景明 馮駿 林孝培

摘要[目的]對鄂西山區日本落葉松人工林進行立地分類和質量評價。[方法]以鄂西山區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準地，利用數量化理論I方法對該區日本落葉松人工林進行了立地分類與質量評價研究。[結果]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育的主導立地因子；依據該3個立地因子，構建了鄂西山區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量得分情況共劃分為優、良、中、差4個等級，研究區整體立地質量處于中等水平以上。[結論]立地分類與質量評價結果可為研究區日本落葉松人工林的科學營造及可持續經營提供參考。

關鍵詞日本落葉松人工林；數量化理論Ⅰ；立地分類；質量評價；鄂西山區

中圖分類號S791.22文獻標識碼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

立地分類與質量評價是研究、掌握森林生長環境及環境對森林生產力影響的重要手段，科學的立地分類和質量評價既是林業科學一項重要的基礎理論研究，也是實現因地制宜、適地適樹、合理利用林地、實現森林集約化經營和可持續經營的基礎和關鍵[1-3]。我國對森林立地類型的研究與實踐始于20世紀50年代，當時主要采用蘇聯立地學派和林型學派的方法對我國一些造林地區的造林類型進行典型設計[4]；20世紀70年代末，我國根據造林發展需要，廣泛開展了符合我國實際的立地分類、評價研究，以南方14省（區）杉木科研協作組對杉木等造林樹種的立地分類和質量評價研究為標志，我國森林立地類型定性研究的序幕逐步拉開[5]；20世紀80年代開始，隨著數學統計分析方法在立地分類及質量評價方面的廣泛應用，有關定量的立地質量評價研究逐漸增多，相關研究開始向著綜合系統方向發展[6]。當前隨著林業科學技術的不斷發展，特別是數量化數學統計方法、計算機技術及3S技術在林業上的廣泛應用，我國在立地分類及質量評價方面的研究已取得較大進展，正朝著多途徑、多方法、多因子、多層次、全面、系統發展新的發展方向邁進[7-8]。

日本落葉松在我國鄂西山區既是一種被廣泛引種和栽植的優良速生豐產用材樹種，又是該區天保工程二期中高山地段典型造林樹種之一。近年來，其經營規模和面積呈逐年增長趨勢，在維護區域經濟、社會發展和生態安全中發揮著重要作用[9-10]。綜合國內外相關研究文獻，目前對鄂西山區日本落葉松人工林生長規律[11-13]、密度效應[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的立地分類和質量評價方面的研究卻鮮見報道。筆者以鄂西山區日本落葉松人工林為研究對象，通過利用數量化理論I方法確定影響鄂西山區日本落葉松人工林生長發育的主導因子，并對鄂西山區的日本落葉松人工林的立地質量進行量化評價，旨在為該區日本落葉松人工林營林規劃、優化設計及可持續經營提供科學依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

鄂西地屬湖北省西部，該研究在鄂西山區日本落葉松主要栽植區內進行（襄陽、宜昌、恩施），地理位置為108°21′～110°58′ E，29°27′～31°57 ′ N，該區地質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，屬北亞熱帶季風氣候區，年均氣溫為15～18 ℃，年降水量1 000～1 200 mm，相對濕度達60%～89%，土壤屬于紅黃壤與黃棕壤地帶。該區植被類型豐富，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數據來源

數據來源于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準地調查資料和收集的部分代表性地區的日本落葉松相關二類調查數據。標準地選擇郁閉度在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。設置標準地面積為0.04 hm2，共計143塊。詳細記錄各標準地的環境因子（經緯度、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。標準地基本概況見表1。

1.3研究方法

1.3.1數量化理論Ⅰ模型。

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

一般模型：設因變量y是定量因子，在第i個樣本中的數據為yi（i=1，2，…，n），自變量有h個定量因子，其在第i個樣本中的數據為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；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個類目上的反應值，該值按如下法則確定：

δi（j，k）=1，當第i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，又要便于在林業生產中應用[22]。該研究綜合考慮各立地因子變化對樹木生長發育的影響，結合相關林業調查技術標準，選用標準地調查常見立地因子（海拔、坡度、坡向、坡位、土層厚度5個因子），并對各個因子進行分級處理，共劃分為14個類目（表2）。

2結果與分析

2.1立地因子

從樹木生長發育與立地因子存在相關性的角度出發，以日本落葉松人工林優勢高為目標變量，利用數量化理論Ⅰ方法建立了優勢高與各立地因子之間的回歸關系，每個立地因子的得分值、得分范圍、偏相關系數、復相關系數、t檢驗及判定結果見表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勢高相關性最為顯著，偏相關系數為0.432，其次為坡向和海拔，偏相關系數分別為0.213、0.169，再次為坡度和坡位，偏相關系數分別為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勢高生長的影響較大，占據前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特性。

復相關系數是各自變量和因變量的總相關，反映了各自變量對因變量的綜合影響。預測模型的復相關系數R=0923 5，在0.900 0以上，t檢驗結果t0=29.698>t0.01=2615，表明日本落葉松優勢高生長與各立地因子總體上相關性緊密，該模型預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需要。

綜合上述分析，可以判斷出影響日本落葉松人工林優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勢高生長的主導立地因子。

2.2立地分類結果

基于以上分析，采用海拔、坡向、土層厚度3個主導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，但鑒于研究區標準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果中，最終將研究區立地類型劃分為16類，分類結果見表4。

安徽農業科學2017年

2.3立地質量評價

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

若y≥+△s，則評價為優；

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，為被評價標準地的得分值；為各標準地得分平均值；△s為標準差。

經過計算，=16.418，△s=2.081，即立地質量得分值y≥18.499的標準地立地質量為優，立地質量得分值y為16418～18.499的標準地立地質量為良，立地質量得分值y為14.337～16.418的標準地立地質量為中，立地質量得分值y<14.337的標準地立地質量為差。由表5可知，立地質量評價為優的標準地數為37塊，主要為中等海拔、土層較厚地段，約占總標準地數的25.87%；立地質量評價為良的標準地數為43塊，約占總標準地數的30.07%；立地質量評價為中的標準地數為42塊，約占總標準地數的29.37%；立地質量評價為差的標準地數為21塊，約占總標準地數的14.69%。立地質量評價處于中等以上水平的標準地數約占總數的8531%，表明研究區立地質量總體上處于中等水平以上，較適合日本落葉松的發展。

3結論與討論

通過利用數量化理論I方法對鄂西山區日本落葉松人工林進行立地分類與質量評價，結果表明：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、海拔是影響該區日本落葉松人工林生長的主導立地因子；依據該3個主導立地因子分級組合可將研究區立地類型劃分為16類；根據各標準地立地質量得分值可將研究區立地質量劃分為優、良、中、差4個等級，研究區立地質量總體上處于中等水平以上，較適合日本落葉松的發展。

雖然從立地質量評價結果來看，鄂西山區獨特的自然地理條件較適合發展日本落葉松人工林，日本落葉松人工林營造規模和發展速度也確實呈逐年增加趨勢，但從經營現狀來看，鄂西地區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、群落結構簡單、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害調查中，日本落葉松是湖北省遭受風雪自然災害最嚴重的用材樹種之一，造成其受災嚴重的一個重要原因就是未按照林分自然生長規律科學經營，即大面積單一樹種的純林，有違近自然森林復層、異齡的合理結構配置，明顯降低了林木抵御冰雪災害的能力[23]。另外，根據近幾年的實地調查走訪，筆者發現鄂西山區日本落葉松純林葉峰蟲害問題越發凸顯，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，一些地區長期連作、撫育采伐不規范、經營管理粗放等行為，使得日本落葉松林分生產力及土壤肥力日益下降的潛在風險大大增加，這些問題不僅極大阻礙了日本落葉松人工林森林質量的精準提升和可持續發展，還對區域經濟、社會及生態的和諧發展提出了考驗[24]。因此，加快日本落葉松人工林可持續經營研究，探索一條符合區域實際、易于操作并行之有效的可持續經營技術顯得尤為重要和迫切。這就更加要求在大力發展日本落葉松林時，不僅要遵循“因地制宜，適地適樹”原則，切實根據研究區立地分類和質量評價結果，選擇適宜地段科學規劃并開展營造林；還要重視樹種的合理結構配置，在試驗研究基礎上合理引進優良鄉土闊葉樹種，如馬褂木、檫木、楓香、光皮樺等，誘導日本落葉松純林向異齡、復層結構的近自然混交林轉變。鑒于開展立地分類與質量評價所要求的數據量較大，涉及的環境因子較多，因子相關性較復雜，各環境因子對立地質量的影響機理及尺度特性等仍有待進一步深入研究[25-26]。

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