丹江口庫區柏樹生長主導因子及生長過程研究

李細牛 劉學全 王常紅 韓錦菊

摘 要： 為給困難立地造林提供技術支撐，筆者對丹江口庫區柏樹生長的主導因子和生長過程進行了分析。結果表明，丹江口庫區的柏樹生態林優勢樹種以柏木和側柏為主（分別占60.87%和36.25%）。影響側柏林分平均高的主導因子為土層厚度、土壤類型和坡度;最宜于側柏生長的主導因子組合分別為：土層>20 cm，黃棕壤類，坡度≤15°;土層>20 cm，石灰土類，坡度≤15°。無論側柏還是柏木，都更適宜于黃棕壤類土壤，但在石灰土類土壤上造林，選擇側柏比選擇柏木成活率高，成林更早，后期生長更快。

關鍵詞： 柏樹生態林;主導因子;生長過程;丹江口庫區

中圖分類號：S727.21?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1004-3020（2021）02-0006-05

Study on Dominant Factors and Growth Process of Cupressus funebris Ecological

Forest in Danjiangkou Reservoir Area

Li Xiniu（1） Liu Xuequan（2） Wang Changhong（3） Han Jinju（4）

（1.Shiyan City Forestry Technology Promotion Center Shiyan 442000; 2.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075;

3.Hubei Daba Mountain Forest Ecosystem Research Station Shiyan 442000;

4.Shiyan City Forestry Survey Planning and Design Institute Shiyan 442000;

5.Shiyan City Yunyang District Forestry Bureau Shiyan 442000）

Abstract： In order to provide technical support for afforestation on difficult sites， the dominant factors and growth process of cypress ecological forest in Danjiangkou Reservoir Area were analyzed. The results showed that the dominant species of cypress ecological forest in Danjiangkou Reservoir Area were mainly Cupressus funebris and Platycladus orientalis（60.87% and 36.25%）.? The main factors affecting the mean height of Platycladus orientalis stand were soil layer thickness， soil type and slope. The most suitable combination of dominant factors for the growth of Platycladus orientalis is： The thickness of soil layer is more than 20 cm， the soil type is yellow brown soil， the slope is less than 15 degrees， and the thickness of soil layer is more than 20 cm， the soil type is calcareous soil， the slope is less than 15 degrees.Both Platycladus orientalis and Cupressus funebris are more suitable for yellow brown soil， but in calcareous soil， platycladus orientalis is more suitable for afforestation than for Cupressus funebris.

Key words： Cupressus funebris ecological forest;dominant factors;growth process;Danjiangkou Reservoir Area

丹江口庫區是南水北調中線工程核心水源地。歷史上，庫區曾水土流失嚴重，生態一度惡化。經過九十年代消滅荒山、綠化達標和防護林工程建設大力造林，庫區生態得到根本改善，森林覆蓋率大幅提高。但由于區域內局部地段土層薄，坡度大，自然稟賦極差，雖經多年多次造林，卻始終未能成林達標。為了啃下庫區造林綠化的硬骨頭，各級林業部門啟動了精準滅荒三年行動，在丹江口庫區造林困難地段興建精準滅荒示范點。筆者對丹江口庫區柏樹Cupressus funebris生態林的立地因子和生長過程進行分析，為給困難立地造林提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 區域概況

丹江口湖北庫區，包括十堰市張灣區、丹江口市、鄖西縣和鄖陽區（110°48′～ 111°35′E，32°14′～ 32°58′N），屬于亞熱帶半濕潤季風氣候區，四季分明，熱量豐富，雨熱同季，年降雨量750 mm左右，年蒸發量為1 979.1 mm。土壤構成大部分為黃棕壤、黃壤，成土母質由石灰巖、片麻巖等發育而成[1]。

1.2 數據調查與處理

（1）數據調查。收集區域內2009年森林資源清查小班數據，包括權屬、地類、林種等管理因子，坡向、坡度等立地因子。小班因子調查方法遵照森林資源規劃設計調查技術規程和湖北省森林資源普查操作細則。海拔、坡度、坡位、坡向等立地因子通過現場調查、查地形圖、查詢DEM數據確定。平均樹高為小班內各調查點平均樹高的算術平均值。平均胸徑為小班內各調查點平均胸徑的算術平均值。平均年齡通過訪問、查經營檔案的辦法獲得。

（2） 數據處理步驟。①對丹江口庫區內2 438個柏樹生態林小班數據進行預處理，剔除異常數據后，用于各種柏樹分類面積匯總和林齡分布情況分析。②在全部小班中篩選年齡為20 a、優勢樹種為側柏的小班，篩選出128個小班樣本用于主導因子分析。③根據各種柏樹分類匯總情況和主導因子分析結果，提取側柏和柏木不同土壤類型上的年齡與小班平均樹高和平均直徑數據，用于柏樹生態林在不同土壤類型上生長模型分析。

1.3 分析方法

（1） 數據預處理和分類匯總采用Excel相關功能。

（2）柏樹生態林的主導因子分析采用數量化逐步回歸分析[2]。選取坡度、坡向、坡位、海拔、土壤類型、土層厚度等立地因子作為建模自變量，小班平均高作為因變量。將小班立地因子按照分類分級標準進行數量化轉換，確定立地因子及其分類（分級）標準（如表1）。編制原始數據反應表，計算特征值和相關矩陣，用F檢驗逐步引入主導因子，求得回歸模型系數。

（3） 研究柏樹生態林在不同土壤類型上生長模型采用多項式回歸、邏輯斯蒂模型和Richards等多種數學模型進行擬合，結合相關性檢驗結果確定最佳擬合方程[3]。

2 結果與分析

2.1 丹江口庫區柏樹生態林優勢樹種組成及其分類比例

如表2，庫區柏樹生態林的優勢樹種有側柏、柏木、刺柏Juniperus formosana、圓柏Sabina chinensis四種，柏木和側柏分別占各類柏樹生態林總面積60.87%和36.25%。

按起源分類，丹江口庫區柏樹生態林主要是人工林，占63.26%;在土壤類型分布上，黃棕壤類占50.47%，石灰土類占48.87%。

2.2 側柏生態林面積按林齡分段分布情況

丹江口庫區林齡為20 a的側柏生態林面積占比最大，達到14.5%。按齡級期限20 a、齡組40 a的標準劃分，丹江口庫區側柏生態林皆處于幼齡林階段。若按10年期分段匯總計算比例，如圖1所示，丹江口庫區側柏生態林林齡主要處于11～20年段和21～30年段。

2.3 影響柏樹生態林生長的主導因子分析

運用數量化逐步回歸分析方法對影響庫區柏類生態林主要生態因子進行分析，在F0.10檢驗水平下，經3次相關矩陣變換和顯著性檢驗，x7、x5和x1三個變量按偏相關系數大小先后被引入方程，表明影響庫區柏類生態林生長的主導因子按相關程度大小分別為土層厚度、土壤類型和坡度。回歸方程式為：

┌Y= 0.5979f（x1）+0.6753f（x5）+0.7846f（x7）+-4.1719

│

│????? ┌Ci1???? 當Xi取第1類時

│????? │Ci2???? 當Xi取第2類時

│????? │...???? ...

└f（xi）=│Cij???? 當Xi取第j類時

│...???? ...

└Cik???? 當Xi取第k類時

回歸分析各次變換后的F檢驗值如表3。回歸方程方差分析結果如表5。

運用回歸方程計算主導因子18個組合對應的側柏生態林20 a時樹高理論值見表5。由表可知，林分高最大的兩個組合是：土層>20 cm，坡度≤15度，土壤類型分別為黃棕壤類和石灰土類，說明側柏的適宜立地條件為坡緩、土層深厚，土壤類型為黃棕壤類土或石灰土類土。

2.4 柏樹生態林在不同土壤類型上的生長模型

運用多項式回歸、邏輯斯蒂模型和Richards等多種數學模型對側柏和柏木在不同土壤類型上的樹高和直徑生長規律進行回歸分析，結果見表7和表8。

綜合表7和表8分析可知，側柏和柏木在不同土壤類型上，樹高與樹齡的相關性整體上比直徑與樹齡的相關性要高。三種擬合方法中，樹高適用多項式擬合，直徑適用Richards模型方法。

繪制側柏、柏木在黃棕壤和石灰土上林分平均高函數圖。如圖2所示：①相同林齡，無論是側柏還是柏木，黃棕壤上的高生長大于石灰土上的高生長;②側柏在石灰土上的高生長，在20 a時出現拐點，到接近30 a時與在黃棕壤上的高生長達到一致。③在石灰土上，側柏造林后5 a內和30 a后，高生長皆大于柏木。表明在石灰質土壤上選擇側柏造林比選擇柏木造林成活、成林早，后期生長快。④柏木在黃棕壤上的高生長，17 a時超過側柏;在石灰質土壤上的高生長，26 a時卻落后于側柏。

3 結論與討論

（1）丹江口庫區柏樹生態林的優勢樹種有側柏、柏木、刺柏、圓柏四種，面積占比最大的是柏木和側柏（60.87%和36.25%）;起源為人工林的柏樹生態林占63.26%;主要分布在黃棕壤類和石灰土類土壤上，分別占比50.47%和48.87%。側柏林齡主要處于20～30 a，其中，林齡為20 a的占比最大（14.5%）。

（2）影響丹江口庫區柏樹生態林生長的主導因子按相關程度大小分別為土層厚度、土壤類型和坡度。最適宜于側柏生長的主導因子組合分別為：土層>20 cm，黃棕壤類，坡度≤15度;土層>20 cm，石灰土類，坡度≤15度。說明側柏的適宜立地條件為土層深厚、坡度平緩的黃棕壤類土壤或石灰土類土壤。

（3）從柏樹生態林的生長過程看，無論側柏還是柏木，在黃棕壤類土壤上比在石灰土類土壤上生長更快。然而，對于在石灰土類土壤上造林，選擇側柏比選擇柏木，成活、成林更早，后期生長更快。

（4）研究柏樹生態林的生長過程和影響柏樹生長的主導因子，對于在實施困難立地造林工程中正確選擇造林樹種，做到適地適樹，以及科學指導柏樹生態林的經營管理，具有現實作用。若應用多期連清調查數據對柏樹生態林在多個時間段的消長變化情況結合同期林業政策和措施進行對比分析，對于掌握森林資源增長的外在推動力亦有十分重要意義。

參考文獻

[1]劉學全，唐萬鵬，崔鴻俠. 丹江口庫區主要植被類型水源涵養功能綜合評價[J]. 南京林業大學學報（自然科學版）， 2009（1）：59-63.

[2]計合憲，李細牛.數量化逐步回歸的初步探討[J].湖北林業科技， 1995（4）：6-9.

[3]唐啟義. DPS數據處理系統：實驗設計、統計分析及數據挖掘[M].北京：科學出版社，2010.

（責任編輯：唐 嵐）

收稿日期：2020-08-25

基金項目：中央財政林業科技推廣示范資金項目“丹江口庫區水源涵養林營建技術推廣示范（鄂[2018]TG03號）”。

作者簡介：李細牛（1962～），男，高級工程師，主要從事林木栽培技術研究和推廣等工作。