魯中山區不同立地條件下側柏、赤松、刺槐生長研究

羅軍偉,郭廷松,卞金莉,王 丹,魯法典*

1.山東農業大學林學院,山東 泰安 271018

2.山東省泰安市徂徠山林場,山東 泰安 271027

側柏、赤松和刺槐是山東省主要造林樹種。側柏(Platycladus orientalis)是山東省主要造林樹種之一，對土壤要求不嚴，極耐干旱，尤其在石灰巖山地，廣泛分布，對凈化空氣、保持水土及荒山綠化等都有重要意義[1,2]；赤松（Pinus densiflora）面積7.20萬hm2、蓄積為134.97萬m3，總體面積分布較大[3]；刺槐（Robinia pseudoacacia）是我國落葉闊葉林中栽植范圍最廣泛的人工林樹種，分布在北緯23°～46°,東經84°～124°的廣大區域[4]，具有抗旱、耐貧瘠、生長快、干形良好、耐水濕、萌蘗力強、耐鹽堿等特點，是保持水土、防風固沙、改良土壤和四旁綠化的優良樹種[5,6]。

樹木的生長與其所處的立地條件密切相關。曾有學者對山東省某一局部地區某一樹種進行調查,分析了不同立地條件下樹種的適宜性，但對于魯中山區三個樹種的生長狀況及其影響因子全面系統的研究并未見報道。本文采用山東省魯中山區側柏、赤松和刺槐的解析木數據，按照不同的立地條件，分析側柏、赤松和刺槐的生長狀況及其影響因子，提出不同樹種適宜生長的立地條件。此研究結果可以為魯中山區側柏、赤松和刺槐的造林與經營管理提供理論依據和實踐參考。

1 研究地區概況

本文以山東省魯中山區為研究范圍，涉及濟南、泰安、臨沂、淄博等八個地市。魯中山區又稱魯中南山地丘陵區，面積約6.5萬km2，北部泰山、魯山、沂山構成了魯中山區的主體，主峰海拔高度均在1400 m以上,地勢陡峭,南部有徂徠山、蒙山等，地勢相對北部較緩，魯中山區西側為魯西北平原，東側為濰、沭河谷地和漫長的海岸，北臨萊州灣，南面與蘇北平原接壤，全省3/4以上的山地以近圓形集中于該區，四周皆為平原，形成一個孤立的、典型的中尺度地形[7,8]。本區氣候屬暖溫帶濕潤氣候，年平均氣溫12℃～14.5℃，≥10℃積溫4100℃～4600℃，年降水量為700 mm～900 mm，雨量多集中在6月～9月，無霜期為190 d～220 d。區內土壤以棕壤與褐土為主，土壤受母質的影響，酸性巖區基本發育為棕壤，石灰巖及黃土分布區基本發育成褐土。植被為各種落葉闊葉林和溫性針葉林。其中棕壤上以刺槐（R.pseudoacacia）、麻櫟(Quercus acutissima Carr)、油松(Pinus tabulaef ormis Carr)、赤松（P.densiflora）為代表,褐土上則以榆(Ulmus p umila L.)和側柏(P.orientalis)為主[9-13]。

2 材料與方法

2.1 研究材料

本研究利用山東省林業監測規劃院第八次森林資源一類清查數據和國家林業局948項目中側柏、赤松和刺槐解析木數據，從濟南、濟寧、萊蕪、臨沂、泰安、濰坊、棗莊、淄博選取標準地588塊，解析木166株，其中側柏90株、赤松50株、刺槐26株，主要分布在大峰山林場、許家崖林場、魯山林場、原山林場、徂徠山林場、泰山林場、山亭林場、九山林場、嵩山林場、沂山林場、太平山林場、塔山林場、馬鞍山林場。側柏解析木50 a～115 a，赤松解析木年齡32 a～60 a，刺槐解析木年齡30 a～42 a。

2.2 研究方法

2.2.1 數據來源 本研究在收集原有426塊樣地資料前提下，新增162個臨時典型樣地，樣地面積20 m×30 m，測量并記錄各項調查因子。選取坡向和土壤厚度兩個立地條件，按照《山東省森林資源調查操作細則》，將立地條件分成六個類型：I類（陽坡厚土）、Ⅱ類（陽坡中土）、Ⅲ類（陰坡厚土）、Ⅳ類（陽坡薄土）、V類（陰坡中土）、Ⅵ類（陰坡薄土），通過控制變量法篩選樣地調查表，在目標樣地內選取能代表整個林分平均水平且正常生長的標準木1株作為解析木。按照樹干解析法要求，分別在0.0 m、1.3 m、3.6 m處取圓盤．之后每隔2 m截取，剩余不足一個區分段作為梢頭木，在梢底直徑截取圓盤。圓盤經砂光機打磨后測定每年胸徑生長量，繪制胸徑-樹高生長過程曲線，區分求積。

2.2.2 數據處理 在收集的樣地中，剔除林分因子記錄不詳和超過N-D-A(N，D，A分別為林分每公頃平均株數、胸徑、和年齡)曲線平均值3倍標準差的地塊。根據統計學原理,將166株解析木數據采用t檢驗(3S準則),設定顯著度α=0.05,剔除19組異常數據[14]。處理后得到147株符合本次研究的解析木數據（側柏81株、赤松46株、刺槐20株）。所有數據采用EXCEL進行統計，用SPSS 20.0進行方差分析和多重比較。

3 結果與分析

3.1 魯中山區側柏、赤松、刺槐解析木總體生長狀況

魯中山區30 a生側柏、赤松和刺槐解析木總體生長狀況：側柏平均樹高為4.71 m，樹高平均生長量為0.16 m；平均胸徑為5.77 cm，胸徑平均生長量為0.19 cm；平均材積為0.009835 m3，材積平均生長量為0.004027 m3。赤松平均樹高為7.79 m，樹高平均生長量為0.26 m；平均胸徑為11.46 cm，胸徑平均生長量為0.38 cm；平均材積為0.050587 m3,材積平均生長量為0.001686 m3。刺槐平均樹高為14.1 m，樹高平均生長量為0.47 m；平均胸徑為14.57 cm，胸徑平均生長量為0.49 cm；平均材積為0.134249 m3，材積平均生長量為0.004474 m3。

按照樹木生長規律，樹木的連年生長量與平均生長量隨年齡增加而逐漸上升，至一定年齡后開始下降，連年生長量增長速度快且達到高峰時間比平均生長量早，對于材積而言，兩曲線相交時的樹齡即為數量成熟齡[15]。從魯中山區側柏、赤松、刺槐的材積生長曲線(圖1)得知：側柏的數量成熟齡在65 a，赤松數量成熟齡在50 a，由于刺槐屬溫帶落葉闊葉樹種，對立地條件要求較低，生存能力強，研究調查刺槐林只有30 a生，數量成熟齡并未出現。

圖1 魯中山區側柏、赤松、刺槐材積生長曲線Fig.1 Volume growth curves of Platycladus orientalis,Pinus densiflora,Robinia pseudoacacia

3.2 同一樹種在不同立地類型下生長比較

以胸徑、樹高為調查因子，通過樹干解析和區分求積，分別計算30 a、40 a、50 a生側柏人工林單株材積和赤松人工林單株材積，10 a、20 a、30 a刺槐人工林單株材積，經過方差分析與多重比較，結果見表1、表2、表3。

表1 不同立地類型30 a、40 a、50 a生側柏生長比較Table 1 30a,40a,50a growth comparison under different site type of Platycladus orientalis

從表1可知，不同立地類型的30 a生、40 a生、50 a生側柏平均胸徑和平均材積差異不顯著。I、Ⅱ立地類型的側柏樹高平均生長量大于總平均值，I立地類型的胸徑平均生長0.23 cm，是Ⅳ立地類型(0.19)的121%，I、Ⅱ、Ⅲ立地類型的側柏胸徑年均生長量大于總平均值(0.21 cm)，不同立地類型的側柏平均樹高30 a生差異不明顯，40 a生差異顯著，50 a生差異極顯著。說明側柏生長中后期，隨著樹齡增大，立地條件差別對魯中山區側柏的樹高生長影響越來越明顯。50 a生側柏在立地類型I，平均樹高達8.6 m、平均胸徑達11.46 cm、平均單株材積達0.05226 m3，三種生長量均大于其他立地類型下的生長量，在Ⅵ立地類型各項生長量值最小。從以上分析可知，側柏在陽坡厚土生長相對最好，在陽坡薄土生長相對最差。

從表2可知，不同立地類型的30 a生、40 a生、50 a生赤松平均樹高、平均胸徑和平均材積差異均不顯著。說明本研究選取立地條件因子對魯中山區赤松生長無顯著影響。30 a、40 a、50 a生赤松在魯中山區陽坡（I、Ⅱ、Ⅳ），各項生長量均值大于陰坡條件（Ⅲ、V、Ⅵ）各項生長量均值，與赤松為喜陽樹種相吻合，從以上分析可知，赤松在陽坡生長會更好。

表2 不同立地類型30 a、40 a、50 a生赤松生長比較Table 2 30 a,40 a,50 a growth comparison under different site type of Pinus densiflora

表3 不同立地類型10 a、20 a、30 a生刺槐生長比較Table 3 30 a,40 a,50 a growth comparison under different site type of Robinia pseudoacacia

從表3可知，不同立地類型的10 a生、20 a生、30 a生刺槐平均樹高和平均胸徑均差異顯著。不同立地類型10 a生的刺槐平均材積生長差異達極顯著水平，20 a、30 a生刺槐平均材積差異顯著，說明立地條件差別影響魯中山區刺槐生長。30 a生刺槐在立地類型I，樹高平均生長量0.36 m、胸徑平均生長量0.36 cm、材積平均生長量0.00537 m3、平均樹高18.07 m、平均胸徑18.2 cm、平均單株材積0.26869 m3，各項生長量高于其他立地類型生長量，10 a生和20 a生刺槐在立地類型I各生長量大于其立地類型生長量，從以上分析可知，刺槐在陽坡厚土生長最好。

3.3 不同樹種在同一立地類型下生長比較

對20 a、30 a生的側柏、赤松、刺槐人工林平均樹高、平均胸徑和平均材積進行方差方析與多重比較，結果見表4。

表4 20 a、30 a生側柏、赤松、刺槐不同立地類型生長比較Table420a,30aPlatycladusorientalis,Pinusdensiflora,Robiniapseudoacacia’sgrowthcomparisonunderdifferentsitetypes

3.3.1 在I立地類型的生長比較 經方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達極顯著水平。用最小顯著差數法進行多重比較，結果表明：刺槐的樹高、胸徑、材積與側柏和赤松的樹高、胸徑、材積有極顯著差異，側柏的樹高和材積與赤松沒有顯著差異。赤松的胸徑與側柏有極顯著差異。20 a生刺槐材積是側柏材積的2886%，是赤松的578%，赤松的材積是側柏的499%；30 a生刺槐材積是側柏的1906%，是赤松的563%，赤松材積是側柏的338%。說明在立地類型I，刺槐相對于側柏和赤松是最優選擇。

3.3.2 在Ⅱ立地類型的生長比較 經方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達極顯著水平。用最小顯著差數法進行多重比較，結果表明：20 a和30 a刺槐與側柏樹高、胸徑、材積均達到極顯著差異，與赤松20 a、30 a樹高和30 a材積達到極顯著差異，與赤松20 a、30 a胸徑無顯著差異，與赤松20 a材積有顯著差異。赤松20 a、30 a的樹高、胸徑、材積與側柏均達到極顯著差異。20 a生刺槐材積是側柏的849%，是赤松的153%，赤松材積為側柏的554%；30 a刺槐材積為側柏的821%，是赤松的171%，赤松材積是側柏的482%。說明在立地類型Ⅱ，刺槐是最優選擇。

3.3.3 在Ⅲ立地類型的生長比較 經方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達極顯著水平。用最小顯著差數法進行多重比較，結果表明：20 a和30 a生刺槐樹高、胸徑、材積與側柏和赤松均達到極顯著差異；20 a生赤松樹高和胸徑與側柏有顯著差異，材積無顯著差異，30 a生赤松與側柏之間各項生長量均無顯著差異。20a生刺槐材積是側柏的945%，是赤松的279%，赤松材積是側柏的338%。30 a生刺槐材積是側柏的700%，是赤松的315%，赤松材積是側柏的222%。說明立地類型Ⅲ，刺槐優于側柏和赤松，赤松優于側柏。

3.3.4 在Ⅳ立地類型的生長比較 經方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達極顯著水平。用最小顯著差數法進行多重比較，結果表明：20 a和30 a生刺槐樹高、胸徑、材積與側柏和赤松均達到極顯著差異，20 a、30 a生赤松樹高和材積與側柏無顯著差異，胸徑均達極顯著差異。20 a生刺槐材積是側柏的3505%，是赤松的526%，赤松材積是側柏的666%。30 a生刺槐材積是側柏的3283%，是赤松的560%，赤松的材積是側柏的586%。說明立地類型Ⅳ，刺槐優于側柏和赤松。

3.3.5 在V立地類型的生長比較 經方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達極顯著水平。用最小顯著差數法進行多重比較，結果表明：20 a和30 a生刺槐的樹高、材積與側柏和赤松均達極顯著差異，刺槐樹高與側柏極顯著差異，與赤松無顯著差異；20 a、30 a生赤松樹高、胸徑、材積與側柏均達到極顯著差異。20 a生刺槐材積是側柏的1104%，是赤松的197%，赤松材積是側柏的559%。30 a生刺槐材積是側柏的1053%，是赤松的168%，赤松的材積是側柏的627%，說明立地類型Ⅳ，刺槐優于側柏和赤松。

3.3.6 在Ⅵ立地類型的生長比較 經方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達極顯著水平。用最小顯著差數法進行多重比較，結果表明：20 a、30 a生刺槐樹高、材積與側柏均達極顯著差異，與赤松胸徑和材積均無顯著差異，20 a生刺槐樹高與赤松存在顯著差異，30 a刺槐樹高與赤松無顯著差異；20 a、30 a生赤松樹高、胸徑、材積與側柏均達到極顯著差異。20 a生刺槐材積是側柏的1062%，是赤松的103%，赤松材積是側柏的1032%。30 a生刺槐材積是側柏的642%，是赤松的102%，赤松的材積是側柏的630%。說明立地類型Ⅳ下，刺槐生長優于側柏和赤松，赤松優于側柏，刺槐與赤松平均單株材積接近，在立地類型Ⅵ，刺槐與赤松可作主要造林樹種。

4 討論

本文通過樹干解析對刺槐、側柏、赤松進行生長過程研究。同一樹種在不同立地條件下的生長分析選用了3個年齡節點的生長量進行比較分析，至于其他年齡節點之間的比較，未來需要進一步研究；刺槐屬于溫帶落葉闊葉樹種，生長速度高于側柏和赤松，數量成熟齡比二者小，受限于魯中山區刺槐人工林普遍為二代林，林分年齡基本在30 a左右，刺槐的數量成熟齡在本次研究中未出現，樹種之間比較分析選用三個樹種存在可比性的兩個年齡節點生長量，導致側柏和赤松用于分析的數據并非包含完整的生長階段，樹種間的生長對比結果存在一定的局限。

另外，本文選擇坡向和土壤厚度兩個立地因子進行樹種之間的生長比較研究，關于海拔、坡位、坡度等立地因子沒有作為考慮的條件，需要繼續深入研究。

5 結論

本研究利用山東省魯中山區不同立地條件下588塊標準地、166株解析木數據，涉及8個地市、18個林區，研究區域面積6.5萬km2，克服了以往研究數據量偏小、地區局限、缺乏代表性的問題。采用樹干解析確保數據生長量測定的準確性，利用方差分析和多重比較系統的研究了刺槐、赤松、側柏在六種立地類型下種內和種間的生長狀況，研究結果表明：

1）魯中山區30 a生刺槐總體生長狀況優于赤松和側柏，50 a生赤松優于側柏。赤松數量成熟齡為50 a，側柏數量成熟齡為65 a。20 a、30 a刺槐在立地類型I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、Ⅵ的各項生長量均高于赤松和側柏,且差異極顯著，說明不同的立地類型對不同樹種生長存在較大影響，刺槐在魯中山區表現最好，可以作為主要造林樹種的選擇；赤松在六種立地類型下，各項生長量高于側柏，造林時，側重于栽植赤松；在立地類型Ⅵ，赤松與刺槐各項生長量非常接近，表明在陰坡薄土下刺槐與赤松都可作為主要造林樹種選擇；

2）從側柏在6種不同立地類型生長分析中可知,不同立地類型30 a生、40 a生、50 a生側柏平均胸徑和平均材積差異不顯著，說明本研究選取立地條件因子對魯中山區側柏的生長無顯著影響。50 a生側柏在魯中山區立地類型I各項生長量值最大，在立地類型Ⅳ各項生長量值最小。說明側柏在陽坡厚土生長最好；

3）從赤松在6種不同立地類型生長分析中可知，不同立地類型30 a生、40 a生、50 a生赤松平均胸徑和平均材積差異不顯著，說明本研究選取立地條件因子對魯中山區赤松的生長無顯著影響。赤松在魯中山區陽坡（I、Ⅱ、Ⅳ），各項生長量指標均值優于陰坡（Ⅲ、V、Ⅵ）生長量，說明赤松在陽坡生長更好；

4）從刺槐在6種不同立地類型生長分析中可知,不同立地類型10 a生、20 a生、30 a生刺槐平均胸徑和平均材積差異顯著，說明立地條件差別影響魯中山區刺槐的生長，在陽坡厚土生長最好。

[1]山東森林編輯委員會.山東森林[M].北京：中國林業出版社,1986

[2]王 斐,侯立群,葛忠強,等.山東省側柏生態公益林區域劃分的研究[J].山東林業科技,2016,46(5)：1-9

[3]王玉濤,郭衛華,劉 建,等.昆崳山自然保護區生態系統服務功能價值評估[J].生態學報,2009,29(1)：523-531

[4]中國森林編輯委員會.中國森林第3卷闊葉林[M].北京：中國林業出版社,2000：1420-1427

[5]程積民,程杰,高陽.渭北黃土區不同立地條件下刺槐人工林群落生物量結構特征[J].北京林業大學學報,2014,36(2)：15-21

[6]單長卷.黃土高原不同立地刺槐林水分關系研究[D].西安：西北農林科技大學,2004

[7]張可欣,湯劍平,邰慶國,等.魯中山區地形對山東省一次暴雨影響的敏感性數值模擬試驗[J].氣象科學,2007,27(5)：510-515

[8]張可欣,邰慶國,裴洪芹,等.魯中山區地形對一次臺風暴雨影響的數值試驗[J].山東氣象,2006,26(1)：18-21

[9]張永利,張憲強,王仁卿.魯中山區植物區系初步研究[J].山東林業科技,2005(1)：1-5

[10]姜倩倩.徂徠山不同立地條件下油松、麻櫟和側柏對氣象因子的響應[D].泰安：山東農業大學,2012

[11]曹 寧.山東省主要樹種的含碳量方程構建[D].泰安：山東農業大學,2015

[12]連相汝.泰山側柏人工林天然更新動態及幼樹分布規律研究[D].泰安：山東農業大學,2014

[13]馬玉輝,李風梅,田娜娜,等.徂徠山生態公益林健康評價及經營決策[J].山東農業大學學報：自然科學版,2010,41(4)：489-494

[14]焦 醒,劉廣全.黃土高原刺槐生長狀況及其影響因子[J].國際沙棘研究與開發,2009,7(2)：42-48

[15]孟憲宇.測樹學[M].北京：中國林業出版社,1996：191-202

[16]林賢山.不同立地條件下引種禿杉試驗初報[J].福建林業科技,2010,37(1)：93-95

[17]陳黑虎.不同立地條件下福建柏造林試驗初報[J].林業勘察設計,2014(2)：158-161

[18]吳繼林.三種速生桉樹在不同立地條件下的生長差異[J].林業實用技術,1999(5)：31-33

[19]Jama B,Nair PKR,Kurira PW.Comparative growth performance of some multipurpose trees and shrubs grown at Machakos,Kenya[J].Agroforestry Systems,1989,9(1)：17-27