渾善達克沙地東南緣立地條件對樟子松人工林生長影響研究

孫艷麗，黨曉宏,2，田子金

(1.內蒙古農業大學 沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010018; 2.內蒙古杭錦荒漠生態系統國家定位觀測研究站，內蒙古 鄂爾多斯 017400；3.赤峰市翁牛特旗毛山東鄉人民政府，內蒙古 赤峰 024005)

1 引言

渾善達克沙地位于我國北方典型草原區向旱作農業區過渡地帶，不僅是中國北方荒漠化最嚴重的地區之一，而且也是沙塵暴主要沙塵源之一。其荒漠化和沙化災害使得草場資源被破壞，植被覆蓋率僅有15%，造成的經濟損失達55675萬元/年，沙塵暴波及北京等地，嚴重威脅當地及周邊地區人民的生產生活。為此，我國于2000年、2011年分別啟動京津風沙源治理工程、百萬畝樟子松造林工程，減緩渾善達克沙地荒漠化和沙化災害對當地及周邊地區生態環境的破壞[1～4]。

樟子松(Pinussylvestrisvar.Mongolica)，屬松科(Pinaceae Lindl.)、松屬(PinusLinn)的常綠喬木，具有喜光性強、耐寒性強、抗逆性強、壽命長等特點，在我國北方沙區廣泛栽植并起到了防風固沙、改善小氣候等顯著作用[5～7]。前人對沙地樟子松生長狀況的研究包括：樟子松在榆林天然固定沙地上的長勢優于人工固定沙地[8]；羅玲等[9]對榆林沙區5種立地條件下樟子松生長特性研究發現，丘間低地樹高和胸徑生長狀況最好，沙丘頂部樹高和胸徑生長狀況最差；在章古臺沙地丘間低地、迎風坡、丘頂三種立地條件下，丘間低地樟子松長勢最好，其余兩種立地由于水分條件的惡化，生長受到抑制[10]。由此可知，立地條件是影響林木生長和林分生產力的重要因素。樟子松作為渾善達克沙地東南緣主要防風固沙造林樹種之一[11]。前人研究了渾善達克沙地東南緣樟子松人工林群落演替、更新狀況、土壤水分動態對降雨入滲的響應等內容[11，12]，對于渾善達克沙地東南緣不同立地條件下樟子松人工林生長狀況的研究相對較少。

本文通過對渾善達克沙地東南緣6種立地條件下(平坡地、陽陡坡底、陽陡坡中、坡頂、陰陡坡中、陰陡坡底)栽植的樟子松人工林生長狀況進行實地調查，不僅可以從宏觀上了解森林的總體生長狀況，得出最適合樟子松生長的立地條件，且為渾善達克沙地樟子松人工林的撫育和營林措施提供策略，有助于今后沙地人工林的栽植[13，14]。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

試驗地位于渾善達克沙地東南緣(115°52′～117°04′E，41°45′～42°39′N)，海拔1150～1800 m。試驗地屬于中溫帶半干旱向半濕潤過渡區的典型大陸性季風氣候，具有春季多大風(最大風速可達24 m/s)，夏季時間短，冬季漫長的氣候特征。年降水量385 mm，年均氣溫1.6 ℃，年日照時數3073 h，無霜期100 d左右。試驗地地貌復雜多樣，土壤類型主要以栗鈣土、風沙土為主[15～18]，栽植的人工植被包括樟子松、油松、紅松、山杏等，天然植被有沙地榆、樺樹、云杉、楊樹等[19，20]。

2.2 試驗材料

試驗材料為2011年栽植的樟子松人工林，樟子松栽植前需在苗圃適應性撫育2～3 a，起苗前澆足水，運苗時做到不脫杯，栽植方式為開溝栽植，株行距為1 m×3 m。

2.3 試驗方法

對試驗地內立地條件進行調查并劃分，各立地條件下分別設置20 m×20 m的喬木樣方，樣方內每隔2棵測定其生長指標，每個樣方內共測定30株。

2.3.1 立地條件的劃分

研究區立地條件劃分遵循綜合性、主導因素、多級序、簡明實用性原則，結合研究區地質地貌特點，選取坡度、坡位、坡向為主導因素，依據《森林資源規劃設計調查主要技術規定》，將研究區劃分為平坡地、陽陡坡底、陽陡坡中、坡頂、陰陡坡中、陰陡坡底6種立地條件[21]。

2.3.2 徑級的劃分

根據統計學原理，樟子松的徑級采用上限排外法劃分[22]，將樟子松的徑級結構劃分為8級，Ⅰ級：<5 mm；Ⅱ級：5～10 mm；Ⅲ級：10～15 mm；Ⅳ級：15～20 mm；Ⅴ級：20～25 mm；Ⅵ級：25～30 mm；Ⅶ級：30～35 mm；Ⅷ級：>35 mm。

2.3.3 高度級的劃分

根據統計學原理，樟子松的高度級采用上限排外法劃分[22]，將樟子松的高度級結構劃分為9級，Ⅰ級：<1.0 m；Ⅱ級：1.0～1.3 m；Ⅲ級：1.3～1.6 m；Ⅳ級：1.6～1.9 m；Ⅴ級：1.9～2.2 m；Ⅵ級：2.2～2.5 m；Ⅶ級：2.5～2.8 m；Ⅷ級：2.8～3.1 m；Ⅸ級：>3.1 m。

2.3.4 樹冠冠幅分級

根據統計學原理，樟子松的冠幅級采用上限排外法劃分[22]，將樟子松的冠幅級結構劃分為10級，Ⅰ級：<60 cm；Ⅱ級：60～70 cm；Ⅲ級：70～80 cm；Ⅳ級：80～90 cm；Ⅴ級：90～100 cm；Ⅵ級：100～110 cm；Ⅶ級：110～120 cm；Ⅷ級：120～130 cm；Ⅸ級：130～140 cm；Ⅹ級：>140 cm。

2.4 項目測定

用精度為0.1 cm的卷尺測量樣方內樟子松株高、冠幅和節間距，用游標卡尺測定其胸徑和節間直徑。節間距和節間直徑由下至上測量，最底層主枝上兩個側枝的距離為一級節間距，一級節間距的徑粗為一級節間直徑，以此類推，由于研究區樟子松人工林進行過補植，所以本實驗只選取了由下至上共7個節間距、節間直徑進行分析。

2.5 數據分析

運用Excel 2010對樟子松生長指標數據進行整理，對不同立地條件下樟子松各生長指標進行分級，采用SPSS 25.0軟件對各指標進行相關性分析和單因素方差分析(One-way ANOVA)。并運用Origin 2021對株高、冠幅、胸徑進行回歸分析和繪圖。

3 結果與分析

3.1 不同立地條件樟子松生長指標比較

如圖1所示，坡頂樟子松平均高度為1.40 m，Ⅲ級最多，占總株數的8.99%；陽陡坡中樟子松平均樹高為1.76 m，Ⅳ級最多，占比為6.11%；陽陡坡底樟子松平均樹高為2.14 m，Ⅳ、Ⅵ級最多，共占總株數的4.44%；陰陡坡中樟子松平均樹高為2.00 m，Ⅴ級最多，占比為6.11%；陰陡坡底樟子松平均樹高為1.98 m，Ⅳ級最多，占總株數的6.11%；平坡地樟子松平均樹高為1.87 m，Ⅴ級最多，占比為4.44%。由此可以看出，由于所處的立地條件不同，導致土壤養分、水分、光照強度等產生差異，陽陡坡底樟子松平均樹高最大。

坡頂樟子松平均冠幅為78.15 cm，Ⅲ級最多，占總株數的4.44%；陽陡坡中樟子松平均冠幅為93.58 cm，Ⅴ級最多，占比為5.00%；陽陡坡底樟子松平均冠幅為108.65 cm，Ⅴ、Ⅷ級最多，共占總株數的3.33%；陰陡坡中樟子松平均冠幅為99.78 cm，Ⅴ級最多，占總株數的5.00%；陰陡坡底樟子松平均冠幅為103.07 cm，Ⅵ級最多，占比為4.44%；平坡地樟子松平均冠幅為89.93 cm，Ⅴ級最多，占總株數的3.89%。綜上可知，陽陡坡底樟子松平均冠幅最大，坡頂樟子松平均冠幅最小，相比陽陡坡底小18.72 cm。

坡頂樟子松平均胸徑為12.45 mm，Ⅲ級最多，占總株數的11.67%；陽陡坡中樟子松平均胸徑為18.72 mm，Ⅲ級最多，占比為5.56%；陽陡坡底樟子松平均胸徑為25.05 mm，Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ級最多，共占總株數的3.33%；陰陡坡中樟子松平均胸徑為22.30 mm，Ⅴ級最多，占比為5.56%；陰陡坡底樟子松平均胸徑為22.28 mm，Ⅴ級最多，占總株數的6.11%；平坡地樟子松平均胸徑為19.51 mm，Ⅳ級最多，占比為3.89%。結果表明：不同立地條件下樟子松平均胸徑具有差異，樟子松平均胸徑呈陽陡坡底>陰陡坡中>陰陡坡底>平坡地>陽陡坡中>坡頂的趨勢。

3.2 不同立地條件樟子松生長指標的相關性

由表1可知，各立地條件下樟子松株高、胸徑、冠幅間顯著相關，R值均在0.86以上。其中，陽陡坡底樟子松株高、胸徑、冠幅間相關系數最大，均為0.99；樟子松節間距與節間直徑間呈現顯著負相關(-0.56≤R≤-0.28)。樟子松株高、冠幅、胸徑與節間距、節間直徑之間不相關。

圖1 不同立地條件樟子松高度級、冠幅級、徑級比較

表1 不同立地條件樟子松生長指標相關性分析

對渾善達克沙地東南緣6種立地條件下樟子松株高、胸徑、冠幅分析可知(圖2)，坡頂、陽陡坡底樟子松株高、胸徑、冠幅與其它立地樟子松株高、胸徑、冠幅之間基本表現為差異顯著(P<0.05)，陽陡坡中、陰陡坡中、陰陡坡底、平坡地樟子松株高、胸徑、冠幅之間基本表現為差異不顯著(P>0.05)。

各立地條件下均表現為第六、七節間距最大(圖3)，第二、三、四、五節間距相對較小；6種立地條件間第一節間距均無顯著差異(P>0.05)；坡頂、陽陡坡中、陽陡坡底、陰陡坡中、陰陡坡底5種立地樟子松第一、七節間直徑差異極顯著(P<0.05)；第三、四節間直徑表現為陽陡坡底、陰陡坡底分別與平坡地差異顯著。各立地條件下，節間直徑由下至上呈遞減趨勢。

注：圖中標不同小寫字母表示各立地條件間株高、胸徑、冠幅差異顯著

注：圖中標不同大寫字母表示同一立地不同指標間差異顯著，不同小寫字母表示不同立地同一指標間差異顯著

3.3 不同立地條件樟子松生長指標回歸分析

各立地條件下樟子松株高與胸徑、株高與冠幅、胸徑與冠幅間相關關系較高(圖4)，其中，陽陡坡底樟子松株高與胸徑間相關系數R2=0.98，為最大值，比平坡地樟子松株高與胸徑間相關系數最小值R2=0.68大0.2；各立地條件下樟子松株高與冠幅間相關系數(R)呈陽陡坡底R2=0.98>陰陡坡底R2=0.97>陽陡坡中R2=0.95>坡頂R2=0.91>陰陡坡中R2=0.90>平坡地R2=0.67的趨勢；各立地條件下樟子松胸徑與冠幅間相關系數(R)值由大到小的排序為：陽陡坡底R2=0.98>平坡地R2=0.97>坡頂(R)R2=0.96>陰陡坡底、陽陡坡中R2=0.93>陰陡坡中R2=0.75。結果表明，樟子松株高、胸徑、冠幅間相互制約，共同成長。

4 討論

4.1 不同立地條件下樟子松人工林長勢

本研究顯示，樟子松人工林坡頂的長勢最差，坡底的長勢最好。在干旱、半干旱地區，水分是影響植被生存和生長的重要因素[23，24]，土壤含水量與植被的生長呈正相關關系[25]，由于重力作用，坡頂儲存雨水量較小，大部分雨水順流而下，儲存在坡底，這就造成了不同立地水分空間分布的差異性[26]。經實地調查后可知，坡頂植被蓋度為39.20%，陽陡坡中植被蓋度為49.28%，陽陡坡底植被蓋度為59.92%，陰陡坡中植被蓋度為56.00%，陰陡坡底植被蓋度為55.44%，平坡地植被蓋度為52.36%，坡頂植被蓋度最低，對雨水攔截作用小，陽陡坡底植被蓋度最高，對雨水攔截作用很大，這可能是導致樟子松在坡底長勢好、坡頂長勢差的原因之一。

圖4 不同立地條件下樟子松株高與胸徑、株高與冠幅、胸徑與冠幅擬合關系

4.2 不同立地條件下樟子松人工林節間距

各立地條件下樟子松第二、三、四節間距相對較短，第七節間距較長，主枝節間距代表1年的生長量，第二、三、四、七節間距分別對應代表2012、2013、2014、2017年樟子松的生長量。降水作為植被生長的主要限制因子，對植被生長影響作用較大，植被的光合作用、蒸騰作用等生理生化過程需要水分參與，水分減少會導致植被光合速率下降，有機物產量降低[27～30]。由圖5可知，2012、2013、2014年多倫縣降水量較其它年份低，2017年降水量為歷年最高，這可能是導致樟子松由下至上第二、三、四節間距最短，第七節間距最長的原因之一。6種立地條件間第一節間距均無顯著差異(P>0.05)，經實地調查并訪問當地技術員，樟子松在栽植第一年，為保證其成活，會根據當年的降雨決定是否澆水，所以可能會導致栽植第一年各立地間樟子松生長量無顯著差異。

圖5 多倫縣2011～2019年均降水量

5 結論

(1)各立地條件下樟子松人工林平均株高、胸徑、冠幅均表現為陽陡坡底最大，坡頂最小，樟子松節間直徑由下至上呈遞減趨勢，且坡底直徑最大，坡頂最小。

(2)各立地條件下樟子松株高、胸徑、冠幅間呈顯著正相關(0.86≤R2≤0.99)，節間距、節間直徑間呈顯著負相關(-0.56≤R2≤-0.28)。

(3)綜合分析認為，陽陡坡底樟子松人工林相比于其他立地條件長勢最好，坡頂樟子松人工林長勢最差，從人工林撫育和營林措施角度，建議加強對坡頂樟子松的撫育營林措施。