遼寧西北部地區喬木群落與環境關系研究

李寧

（遼寧林業調查規劃院，沈陽110122）

遼寧西北部地區喬木群落與環境關系研究

李寧

（遼寧林業調查規劃院，沈陽110122）

為解決遼寧省西北部地區造林困難的問題，對喬木林群落與環境的關系進行研究，采用DCCA排序法分析喬木與環境因子的關系，應用Canoco軟件進行數據處理。經過結果分析得出，環境因子之間存在顯著的相關性，坡位、坡度、海拔、土壤類型是影響喬木植物分布的主要因子。根據樹種和樣地的DCCA排序圖，劃分出5種群落的劃分，明確了群落適宜的生長環境。通過環境因子對物種分布格局的解釋能力分析，環境因子解釋了45.3%的植被格局。

喬木群落；DCCA排序；環境因子；相互關系

0 引言

遼西北地區是遼寧省沙化比較嚴重的區域，也是遼寧省造林的重要區域[1]。因此仔細分析喬木群落與環境之間的關系有利于更好地實行適地適樹的原則，為這一地區的植樹造林提供科學有效的技術指導。

研究植被與環境關系目前比較先進的方法有趨勢典范對應分析(DCCA)[2-3]、雙向指示種分析(TWINSPAN)[4]和典范對應分析(CCA)法[5]，單變量O-ring統計方法[6]等。邵方麗等[7]對北京山區防護林優勢樹種分布于環境的關系進行了DCCA排序研究。李偉[8]于2010年利用TWINSPAN和CCA排序的方法，對北京西卓家營采砂跡地型退化濕地植被進行了群落類型劃分，并探討了濕地植被空間分布與土壤環境因子關系，確定了影響濕地植被空間分布的關鍵因子。2010年，隋珍等[9]綜合運用相關分析、CCA排序和TWINSPAN分類方法，研究了牛蒡群落分布、物種組成和生態環境因子之間的關系。霍萌萌等[10]參照CTFS技術規范對靈空山自然保護區的喬木進行每木調查的基礎上分析了不同喬木樹種的群落學特征及空間分布格局。遼西北地區造林困難的問題一直以來都是林業工作的重點[11]，目前國內對這方面的研究主要體現在造林技術的研究[12]，造林樹種生物學特性的研究[13]，森林經營方法的研究[14-15]，以及國家一些大的技術支持項目的建設[16-17]。針對遼西地區自身環境特點與優勢樹種之間的關系研究較少，只有針對阜新露天煤礦植被恢復有這方面的研究[18]。要解決遼西北造林困難的問題，根本方法還是環境與樹種的相互適應，本文就主要從這方面入手，借鑒簡敏菲[19]、朱軍濤[20]等運用的目前比較先進的DCCA方法結合前人的樣方方法[21]進行研究。通過對該地區環境與優勢樹種關系的研究，以期進一步實現適地適樹的原則，提高遼西地區造林成活率。

1 試驗地概況

試驗區域主要是遼寧西北部地區的朝陽、阜新2個市，該地區屬于低山丘陵區，呈兩翼高中間低形態，地表起伏，峽谷相間，溝壑縱橫，也有山間平地和沿河沖擊平原。有努魯兒虎山、松嶺2條主要山脈橫貫于朝陽全境及阜新縣內。遼西北屬于北溫帶大陸季風氣候區，冷、暖、干、濕四季分明，雨熱同季，光照充足；氣溫、降水實際變化大，區域性差異明顯。春秋兩季多風易旱，風力一般2～3級，冬季盛行西北風，風力較強。

2 材料與方法

2.1 樣地分布

在朝陽、阜新機械布點，平均分布，按4 km×8 km網格設立樣地點，每個樣地面積0.08 hm2（與國家林業局森林資源連續清查樣地面積相同），共布設612塊樣地，其中喬木林128塊。樣地分布見圖1。

2.2 數據采集

針對胸徑≥5 cm的喬木進行調查，每木檢尺，調查樹種、胸徑、郁閉度、年齡、株數、蓄積。調查的環境因子主要包括樣地的地貌、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤類型、土層厚度等，用GPS測量海拔，用羅盤測定坡向、坡位、坡度，挖取土壤剖面確定土層厚度，根據海拔坡度測定地貌。

2.3 數據處理

重要值是物種在群落中的優勢度指標，表達不同物種在群落中的功能地位，以及反映其在群落中的分布格局狀況，計算公式如式(1)～(4)。通過每塊樣地中喬木的重要值來構建樹種環境矩陣。

2.4 環境因子

圖1 樣地分布圖

遼西北地區是溫帶半干旱半濕潤地區，針對這一地區氣候水文因子總體相差不大的特點，只針對影響植被生長的立地因子進行分析。對包括海拔、坡度、坡向、坡位、土層厚度、土壤類型、地貌在內的7個因子進行分析。對環境因子進行量化轉換，海拔每50 m為一個分級。1代表0～50 m，2代表51～100 m，依次類推（表1）。

2.5 研究方法

應用DCCA分析法對優勢樹種群落與環境的關系進行分析，應用目前國際上比較先進的生物學分析軟件Canoco.4.5軟件[22]進行計算。

本研究需要環境數據和物種數據2個數據矩陣。對每塊樣地的重要值進行計算，得出樣地與樹種的矩陣，進而得出物種數據。同時通過對每塊樣地的環境因子進行記錄，將環境因子進行轉換，實現數值化，進而形成樣地與環境因子的矩陣，得到環境數據。將環境數據與物種數據帶入到Canoco 4.5軟件中進行經計算，選擇DCCA分析方法，進一步得出分析結果。

3 結果與分析

遼西北地區喬木林樣地點128個，優勢樹種包括油松(Pinus tabuliformis)、國槐(Sophora japonica)、柳樹(Salix caprea)、梨 (Pyrus)、核桃 (Juglans regia)、側 柏(Platycladusorientalis)、 楊 樹 (Populus)、 楓 楊(Pterocarya stenoptera)、杏 (Prunus ameniaca)、刺 槐(Pobinia pseudoacacia)、榆 樹 (Ulmus pumila)、蘋 果(Malus pumila)、棗(Zizyphus jujube)。

3.1 環境因子的相互關系

通過對喬木林樣地數據進行處理分析得到表2，可以看出地貌因子與海拔因子之間存在顯著負相關，與土壤類型因子存在極顯著正相關，與土層厚度因子存在顯著正相關。海拔因子與坡位、土壤類型顯著負相關。坡向與坡位極顯著正相關，與土壤類型顯著正相關。坡位與坡度顯著負相關，與土壤類型極顯著正相關。坡度與土壤類型顯著負相關。由此可見喬木林樣地的立地因子之間存在顯著的交互關系。

3.2 喬木林地環境因子與排序軸的相互關系

表1 環境因子轉換表

表2 喬木林樣地環境因子之間的相互關系

對128塊喬木林樣地進行DCCA排序，樹種與環境因子的第1排序軸和第2排序軸的相關系數分別為0.901和0.915，達到顯著相關，說明排序效果理想，樹種群落分布于環境因子有顯著相關性。現主要分析第1排序軸和第2排序軸。

表3顯示，7個環境因子中海拔、坡度與第1排序軸達到顯著正相關，坡向、坡位、土壤類型與第1排序軸顯著負相關。因此第1排序軸主要反映坡位、土壤類型、坡向、坡度對樹種群落的影響，其中坡位的相關系數最大-0.838，其次是土壤類型(-0.6428)、坡向(-0.6409)和坡度(0.6066)。第2排序軸土壤類型相關系數最大(-0.2385)，其次是海拔(-0.2164)，因此第2排序軸主要反映土壤類型、海拔對樹種群落的影響。第3排序軸主要反映坡位地貌與樹種群落之間的關系，其中頗位相關系數最大(-0.2207)，其次是地貌(-0.1174)。

通過排序分析綜合表3和圖2可得，第1排序軸主要反映出坡位、土壤類型、坡度、坡向幾個因子的綜合梯度，是所有立地因子綜合作用的結果。第2排序軸主要反映海拔與土壤類型這3個因子的綜合梯度。總的來說在7項因子中，坡位、坡度、海拔、土壤類型是影響喬木植物分布的主要因子。

表3 喬木林環境因子與DCCA排序軸的相關系數

3.3 喬木林群落的DCCA排序

在喬木樹種的DCCA排序圖（圖2）中可以看出，各種群落能夠較好地劃分出來，而且分布有規律。結合樣地點的DCCA排序圖（圖3）分析，將喬木林劃分為5個群落，油松與柏樹是群落Ⅰ，刺槐與國槐是群落Ⅱ，楊樹與榆樹是群落Ⅲ，柳樹與楓楊是群落Ⅳ，經濟類樹種是群落Ⅴ。第1排序軸的群落分布，從左到右分別是群落Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅴ，其中群落Ⅰ、Ⅱ相距較近，表明群落分布隨坡位、坡度、坡向呈現有規律變化，這,3個因子對群落分布影響較大。第2排序軸的群落分布，從下到上分別是群落Ⅴ、Ⅲ、Ⅰ、Ⅳ、Ⅱ，其中Ⅰ、Ⅲ分布較近。表明群落分布隨海拔呈規律變化，這個因子對群分布有顯著影響。

DCCA排序圖綜合了植被與環境因子，反映出群落分布與環境因子之間的關系，可以直觀地看出植被類型間的關系和影響群落分布格局的主要因素[23]。圖中箭頭表示環境因子，箭頭連線的長度表示群落與環境因子相關性的大小，越長影響越大；箭頭與排序軸的斜率表示環境因子與排序軸相關性的大小[24]。通過樣地群落在圖上的區域，判讀出對應的環境因子值。

群落Ⅰ落于排序圖的右下方比較靠近中心的位置，優勢樹種是油松，代表林種是針葉林。主要分布在中下坡位，海拔100～400 m，坡度15°～34°，坡向主要分布在東南、西南、東、西幾個方向，土壤類型主要為褐土，土層厚度30 cm以上的丘陵地帶。

群落Ⅱ分布于排序圖的右上方，在第1排序軸偏近中心位置，優勢樹種是刺槐，代表林種是闊葉林。主要分布在下坡和平坡，海拔100～650 m，坡度5°～24°，陽坡、陰坡都有分布，土壤類型主要為褐土，土層厚度30 cm以上的丘陵、平原地帶。

群落Ⅲ落于排序圖的中心點左方，優勢樹種是楊樹，代表林種是闊葉林。主要分布在下坡和平地，海拔50～250 m，坡度0°～15°，坡向主要分布在東南、西南2個方向，土壤類型主要為沙土，土層厚度30 cm以上的丘陵、平原地帶。

群落Ⅳ落于排序圖的中心點上方比較靠近中心的位置，優勢樹種是柳樹，代表林種是闊葉林。主要分布在中下坡位，海拔100～300 m，坡度5°～24°，主要分布在陽坡，土壤類型主要為褐土，土層厚度30 cm以上的丘陵、平原地帶。

群落Ⅴ落于排序圖的右下方，遠離中心的位置，優勢樹種是經濟闊葉樹，代表林種是喬木經濟林。主要分布在中下坡位，海拔150～600 m，坡度0°～34°，陰坡和陽坡都有分布，土壤類型主要為褐土，土層厚度30 cm以上的低山、丘陵地帶。

3.4 樣地與環境關系的DCCA排序

對喬木樣地點與環境的關系進行排序（圖3），結合圖2可以得出，一個群落類型樣地分布相對集中，有少量或者沒有在其他樣地群落中分布，那么該樣地群落優勢樹種或亞優勢樹種中心相近，一般以優勢樹種為中心，如群落Ⅱ、Ⅲ；一個群落類型樣地分布相對分散，有較多穿插分布時群落的中心位于優勢樹種與亞優勢樹種分布的幾何中心，如群落Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ。

3.5 環境變量對物種分布格局影響的定量分離

環境變量對物種分布格局影響的定量分離分為4步[2]：（1）環境約束下物質的典范對應分析；（2）空間約束下物種的典范對應分析；（3）剔除空間影響后環境約束下物種的典范對應分析；（4）剔除環境影響后空間約束下物種的典范對應分析。將環境因子分成2組，坡向、坡位、坡度、海拔為地形因子，土層厚度、土壤類型和地貌為土壤因子[25]。按照上面的4組分類進行分離，喬木群落土壤因子單獨對物種分布的解釋能力為11%，地形因子單獨對植物分布的影響為21.9%，土壤因子與地形因子相互作用的影響為12.4%，不能解釋部分為54.7%。環境因子解釋了45.3%的植被格局，高于北京地區防護林優勢樹種分布的43.19%[7]。

圖2 喬木林地樹種與環境的DCCA分布

圖3 喬木林養地點與環境關系DCCA排序圖

4 結論

通過軟件計算環境因子之間的相互關系進行分析，得出環境因子間存在顯著相關。通過DCCA排序分析環境因子與排序軸之間的關系，得出坡位、坡度、海拔、土壤類型是影響喬木植物分布的主要因子，再根據樹種和樣地的DCCA排序圖，得出5種群落德劃分和群落分別適宜的生長環境。最后通過分析環境因子對物種分布格局的解釋能力分析，喬木群落環境因子解釋了45.3%的植被格局，不能解釋部分為54.7%。顯示出本研究得結果較好的排序效果，能夠客觀準確反映優勢樹種群落與環境之間的關系。

5 討論

針對遼寧西北地區造林困難的問題，國內有過很多研究，主要是針對造林困難的原因分析、造林方式方法等的研究。遼西北地區造林困難主要是氣候干旱少雨引起的，但就目前情況看，改變該地區的水文條件是不現實的，因此應該在現有條件基礎上，從人為易改變的方面努力。因此，筆者就遼西地區現有的優勢樹種群落與環境關系進行研究，希望通過研究能夠在遼西現有立體條件下實現樹種的最優化選擇，通過適地適樹，提高造林的成活率。此外，由于本研究應用的數據來自目前遼寧西部已經成林的林地，因此在樹種的選擇方面有局限性，希望以后能夠拓寬樹種選擇的范圍。

[1]蘇振海.遼西北困難立地造林技術研究與應用[J].防護林科技,2014,6:61-62.

[2]王國宏,楊利民.祁連山北坡中段森林植被梯度分析及環境解釋[J].植物生態學報,2001,25(6):733-740.

[3]劉金福,朱德煌,蘭思仁,等.戴云山黃山松群落與環境的關聯[J].生態學報,2013,33(18):5731-5736.

[4]王振錫,潘存德.塔里木河下游荒漠-綠洲過渡帶植物群落分布及其環境解釋[J].新疆農業科學,2009,46(3):25-27.

[5]拉多,John B,普布,等.拉薩市拉魯濕地植物群落與環境因素之間的關系及其分布格局[J].西藏大學學報:自然科學版,2009(1):13-16.

[6]閆海冰,韓有志,楊秀清,等.華北山地典型天然次生林群落的樹種空間分布格局及其關聯性[J].生態學報,2010,30(9):2311-2321.

[7]邵方麗,余新曉,鄭江坤,等.北京山區防護林優勢樹種分布與環境的關系[J].生態學報,2012,32(19):6092-6099.

[8]李偉,崔麗娟,趙欣勝,等.采砂跡地型濕地恢復過程中植物群落分布與土壤環境因子的關系[J].生態環境學報,2010(10):40-43.

[9]隋珍,常禹,李月輝,等.牛蒡群落分布、物種組成與生態環境因子的關系[J].生態學雜志,2010(2):34-38.

[10]霍萌萌,郭東罡,張婕,等.靈空山油松-遼東櫟林喬木樹種群落學特征及空間分布格局[J].生態學報,2014(20):15-18.

[11]劉曉艷.遼西北困難立地造林有關建議[J].北京農業,2011,30:70.

[12]趙寶忠.遼西北地區歐洲投資銀行貸款生態造林示范項目造林技術分析[J].防護林科技,2016,1(148):78-79.

[13]于慶福,董勝君,盧彩云,等.遼西地區主要闊葉造林樹種光和特性研究[J].中國農學通報,2016,32(22):42-45.

[14]趙琳,鄧繼峰,周永斌,等.基于灰色理論分析遼西北半干旱地區適地適樹造林決策[J].林業資源管理,2016,10(5):77-84,102.

[15]張文臣,李樹民,洪新.新時期遼西地區應用性林業科研工作的創新與發展[J].遼寧林業科技,2016,5:45-51.

[16]王嬌,李智勇,胡丹.遼寧省森林成本補償標準研究[J].林業經濟,2015,7:108-111.

[17]馬文元.三北防護林林分退化及更新改造調研報告(一)[J].林業科技通訊,2016,3:10-15.

[18]郭祥云,李道亮.阜新海州露天煤礦排土場植被與土壤環境關系[J].遼寧工程技術大學學報:自然科學版,2009,28(5):823-82.

[19]簡敏菲,徐鵬飛,余厚平,等.樂安河-鄱陽湖濕地植物群落分布及其環境影響因子[J].環境科學研究,2015(3):41-44.

[20]朱軍濤,于靜潔,王平,等.額濟納荒漠綠洲植物群落的數量分類及其與地下水環境的關系分析[J].植物生態學報,2011,35(5):480-489.

[21]林珊,劉金福,付達靚,等.戴云山羅浮栲林群落主要樹種空間分布格局[J].福建林學院學報,2010,30(1):12-15.

[22]賴江山.生態學多元數據排序分析軟件Canoco5介紹[J].生物多樣性,2013,21(6):765-768.

[23]張家城,陳力,郭泉水,等.演替頂極階段森林群落優勢樹種分布的變動趨勢研究[J].植物生態學報,1999,23(3):256-268.

[24]程煜,閆淑君,洪偉,等.檫樹群落主要樹種分布格局及其動態分析[J].植物資源與環境學報,2003,12(1):32-37.

[25]姜萍,葉吉,王紹先,等.長白山南坡森林群落組成、結構以及樹種多樣性的垂直分布[J].北京林業大學學報,2008(S1):21-24.

The Relationship Between Arbor Communities and Environment in the Northwest of Liaoning Province

Li Ning

(Liaoning Forestry Investigation and Planning Institute,Shenyang 110122,Liaoning,China)

In order to solve the problems in afforestation in the northwest of Liaoning Province,the paper studied the relationship between arbor communities and environment by DCCA,and used Canoco software to process the data.It is concluded that environmental factors have significant correlations among themselves.The main factors affecting the arbor community distribution are the altitude,slope,slope position and soil type.According to the DCCA sequence diagram of species and sample plots,it is found that there are five arbor communities,and the suitable growth environment of each arbor community is identified.Through the quantitative analysis of the explanation of species distribution by environment variables,the environmental factor explained 45.3%of the vegetation pattern.

Arbor Communities;DCCA Sorting Method;Environmental Factor;Relationship

S718

B論文編號：cjas16120015

林業公益性行業科研專項“森林資源優化配置”(201204051)。

李寧，女，1981年出生，遼寧人，工程師，碩士研究生，主要從事林業調查規劃研究。通信地址：110122遼寧省沈陽市沈北新區建設路71號遼寧省林業調查規劃院，E-mail：lnnvk_58866@163.com。

2016-12-16，

2017-02-20。