低山丘陵區(qū)坡向、坡位對泡桐幼齡林生長的影響1)

張順平

(北京林業(yè)大學(xué)，北京，100083)

喬 杰 王保平

(國家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心)

孫向陽

(北京林業(yè)大學(xué))

泡桐(Paulownia spp.)是我國重要的優(yōu)質(zhì)、速生、多用途樹種，在我國農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)工程和出口創(chuàng)匯方面一直發(fā)揮著十分重要的作用。南方低山丘陵區(qū)是適宜建立泡桐速生豐產(chǎn)商品林基地的重要區(qū)域，在林業(yè)和生態(tài)建設(shè)工程的推動下，近幾年的泡桐發(fā)展十分迅速，僅在湖北省咸寧市和江西省上饒市的栽培面積已超過1.33 hm2。隨著泡桐在該區(qū)域的發(fā)展，盲目選地整地、盲目購苗栽植等問題日益突出。

正確地劃分與評價造林地的立地狀況，是保障造林樹種決策和造林密度、整地技術(shù)、幼林撫育等造林技術(shù)設(shè)計的關(guān)鍵[1]，而立地選擇是營造速生豐產(chǎn)林的重要基礎(chǔ)，可充分利用自然資源的潛力，是一種不增加投入，取得較大幅度增產(chǎn)的有效途徑[2]。目前，眾多學(xué)者針對馬尾松(Pinus massoniana)、桉樹(Eucalypt)、麻櫟(Quercus acutissima Carr.)、楊樹(Poplar)、沙羅竹 (Schizostachyum funghomii Mc-Clure)、紅皮云杉(Picea koraiensis Nakai)等人工林生長狀況受坡向、坡位等立地因子的影響做了相關(guān)研究[3－7]，但對低山丘陵區(qū)泡桐人工林立地狀況與立地選擇研究尚少。本文以咸寧市石城鎮(zhèn)低山丘陵區(qū)的泡桐人工林為對象，研究坡向坡位對泡桐幼林生長的影響，旨在揭示本區(qū)域范圍內(nèi)立地條件與泡桐人工林生長的關(guān)系，為當(dāng)?shù)氐呐萃┌l(fā)展選擇適宜的立地條件。

1 試驗地概況

試驗地位于湖北省咸寧市崇陽縣石城鎮(zhèn)，海拔180 m，為典型的低山丘陵區(qū)，坡度15°～25°，土壤為黃紅壤，質(zhì)地為中壤土。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，日照充足，雨量充沛，平均氣溫15.8℃，年均降水量1988.5 mm，相對濕度為80%。自然植被主要為杉木(Cvnninghamia lanceolata)、櫟類(Quercus)、胡枝子(Lespedeza)、芒(Miscanthus)為主的稀樹灌草叢及小塊雷竹(C.Ventricousinternode)叢。在2008年春按梯田狀整地，活土層厚度為30～50 cm，同年4月統(tǒng)一采用9501泡桐無性系1年生根樁造林，根樁基徑為3～4 cm，株行距4 m×5 m。

2 試驗設(shè)計與方法

在該泡桐試驗基地范圍內(nèi)，按4個坡向(東坡、南坡、西坡、北坡)、3個坡位(上部、中部、下部，各部均占坡面長度的1/3)、3次重復(fù)設(shè)立固定觀測標(biāo)準(zhǔn)地36塊，每塊標(biāo)準(zhǔn)地的面積為0.06 hm2(長、寬各25 m)，調(diào)查測定株數(shù)統(tǒng)一為25～30株。

2.1 測定指標(biāo)

2011年3月，對試驗區(qū)范圍內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)地的泡桐生長狀況進行全面調(diào)查測定。根據(jù)泡桐主干生長特點，在確定測定和計算指標(biāo)時，同時考慮了原苗干和接干兩部分，因此確定為5項主干徑生長指標(biāo)(胸徑(D1.3)、2.6 m 徑(D2.6)、苗干頂部徑(Dt)、接干基部50 cm處徑(Dj50))，接干基部150 cm處徑((Dj150)，均使用圍徑尺測量)、3項高生長指標(biāo)(苗干高度(Hm)、接干高度(Hj)、主干高(H=Hm+Hj)，均使用10 m高釣魚竿測量)、3項材積生長指標(biāo)(苗干材積(Vm)、接干材積(Vj)、主干總材積((V=Vm+Vj)，均采用區(qū)分求材積法[8])和4項主干質(zhì)量指標(biāo)(苗干削度(Tm)、接干削度(Tj)、樹體形數(shù)(f)和接干形率(FQj))。其中，Tm=(D1.3－Dt)/(Hm－1.3)，反映樹干直徑隨苗干高度增加的變化程度;Tj=(Dj50－Dj150)/1，反映直徑隨接干高度增加的變化程度;f=(Vj+V0)/((Hm+Hj)S1.3)，反映樹干自下而上的飽滿程度;FQj=Dj50/D1.3，用以衡量接干的完滿度、體現(xiàn)接干徑生長的質(zhì)量[9]。

2.2 分析方法

數(shù)據(jù)處理和分析采用Excel2007和 SPSS15.0軟件。

坡向、坡位間各生長指標(biāo)、質(zhì)量指標(biāo)及其差異性采用方差分析方法。在此基礎(chǔ)上，選擇相關(guān)指標(biāo)，將其統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化到均值為1的范圍內(nèi)，采用分層聚類法中的最遠鄰法[10]對12個坡向和坡位進行綜合分類、評價和選擇。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同坡向、坡位對泡桐各生長指標(biāo)的影響

各生長指標(biāo)均能直觀地反映不同坡向和坡位泡桐生長情況。本試驗區(qū)36個樣地的 D1.3均值為(10.51±0.66)cm，變異系數(shù)為 6.28%;Dt均值為(9.23±0.59)cm，變異系數(shù)為 6.39%;D2.6均值為(9.13±0.69)cm，變異系數(shù)為 7.56%;Dj50均值為(5.37±1.07)cm，變異系數(shù)為 19.93%;Dj150均值為(4.42±1.00)cm，變異系數(shù)為 22.62%;Hm均值為(2.48±0.3)m，變異系數(shù)為12.1%;Hj均值為(3.25±0.32)m，變異系數(shù)為 9.85%;Vm均值為(0.0222±0.0043)m3，變異系數(shù)為 19.24%;Vj均值為(0.0056±0.0020)m3，變異系數(shù)為 35.46%。除接干高度外，接干部分其余各項生長指標(biāo)變異系數(shù)整體高于原苗干部分，說明接干部分相比原苗干部分更易受到坡向坡位的影響，且隨著樹齡的增加，接干部分受坡向坡位的影響逐漸加劇。上述指標(biāo)在12個坡向、坡位的均值變化如表1所示。

表1 不同坡向坡位泡桐生長指標(biāo)的均值變化

為探究坡向、坡位對泡桐生長指標(biāo)的影響及其顯著性水平，對泡桐各生長指標(biāo)作坡向、坡位雙因素方差分析，結(jié)果見表2。

方差分析結(jié)果顯示:坡向、坡位對Hj的影響均極顯著(P＜0.01)，但二者交互作用對Hj的影響不顯著，可能是因為坡向、坡位對Hj的影響在不同水平上具有相互抵消作用。坡位對Dt的影響以及坡向與坡位的交互作用對Dj50的影響顯著(P＜0.05)，其它各項指標(biāo)在坡向間、坡位間和坡向與坡位的交互作用間的差異性均達到極顯著(P＜0.01)程度，由此表明坡向坡位在該試驗區(qū)域范圍內(nèi)對泡桐的各項生長指標(biāo)具有顯著影響。

表2 12個坡向坡位泡桐生長的差異性分析

3.2 不同坡向、坡位對泡桐各質(zhì)量指標(biāo)的影響

本試驗區(qū)36個樣地內(nèi)泡桐樹體形數(shù)f均值為(0.5457±0.0274)，變異系數(shù)為 5.02%;接干形率FQj均值為(0.5099±0.0910)，變異系數(shù)為 17.84%;苗干削度 Tm均值為(1.0624±0.0888)cm·m－1，變異系數(shù)為8.36%;接干削度Tj均值為(0.9515±0.6525)，變異系數(shù)為 68.57%。Tj變異系數(shù)遠大于Tm，同樣說明接干部分的質(zhì)量相對苗干部分更易受到坡向坡位的影響。上述指標(biāo)在各坡向、坡位上的均值變化見表3。

表3 不同坡向坡位泡桐質(zhì)量指標(biāo)f、FQj、Tm、Tj的均值變化

為探究坡向、坡位對泡桐質(zhì)量指標(biāo)的影響及其顯著性水平，對泡桐各項質(zhì)量指標(biāo)作坡向、坡位雙因素方差分析，結(jié)果見表4。

表4 12個坡向坡位泡桐生長的差異性分析

方差分析結(jié)果顯示:FQj與Tj在坡向、坡位及其二者的交互作用間均達到極顯著(P＜0.01)差異，f和Tm僅在坡向間差異達極顯著(P＜0.01)程度，而在坡位及其坡向坡位的交互作用，差異未達顯著程度。由此可見，相對于坡位而言，質(zhì)量指標(biāo)整體更易受到坡向的影響。因此，泡桐人工林經(jīng)營管理中，若能充分考慮坡向坡位的影響，優(yōu)化經(jīng)營方式，將有助于提高泡桐人工林的質(zhì)量狀況。

3.3 適宜坡向坡位的綜合選擇

在分析坡向坡位間生長差異性的基礎(chǔ)上，選擇其中 5 個徑生長指標(biāo)(D1.3、Dt、D2.6、Dj50、Dj150)、2 個高生長指標(biāo)(Hm、Hj)、3 個材積生長指標(biāo)(Vm、Vj、V)、2個主干質(zhì)量指標(biāo)(f、FQj)等12項指標(biāo)，采用最遠距離聚類方法對12個坡向坡位的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進行聚類。聚類分析的結(jié)果表明，12個坡位可分為3類(見圖1)，其中:第1類為東坡中部和東坡下部;第2類為北坡上部、北坡中部、北坡下部、南坡中部、南坡下部、西坡下部;第3類為南坡上部、東坡上部、西坡上部、西坡中部。

圖1 12個坡向和坡位的聚類分析

對該3類坡向坡位的泡桐生長狀況進行比較和分析表明(見表5)，第1類東坡中部和東坡下部，除生長指標(biāo) Dj50、Dj150、Vj，質(zhì)量指標(biāo) FQj、f分別略低于第2 類坡向坡位10.49%、7.26%、4.41%、18.84%、7.59% 外，其余各生長指標(biāo)均為最高，D1.3高 10.02%、Dt高 6.15%、D2.6高 12.65%、Hm高 20.47%、Hj高12.04%、H 高15.59%，Vm高35.62%、V 高26.13%，而且反映質(zhì)量的Tm和Tj均最低，分別低7.06%、27.4%，綜合考量可確定為最適宜坡向坡位;第2類坡向坡位，除Tm略高于第3類坡向坡位0.23%外，其余各生長指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)均優(yōu)于第3類坡向坡位，其中，D1.3高 5.1%、D2.6高 5.89%、Dm高4.42%、Dj50高 39.63%、Dj150高 54.52%、Hm高 3.35%、Hj高 14.17%、H 高 9.34%、Vm高 15.87%、Vj高112.5%、V 高29.86%、f高 6.06%、FQj高 33.4%、Tj低7.44%，整體考慮亦可作為適宜坡向坡位;第3類的各項生長指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)整體表現(xiàn)最差。

表5 3類坡向坡位的生長比較

4 結(jié)論和討論

研究表明，試驗區(qū)范圍內(nèi)9501無性系的11項生長指標(biāo)和4項質(zhì)量指標(biāo)，除Hj在坡向與坡位的交互作用間，f在坡位和坡向與坡位的交互作用間，Tm在坡位和坡向與坡位的交互作用間未達顯著程度外，其它各項指標(biāo)在坡向間、坡位間和坡向與坡位的交互作用間的差異性均達到顯著以上程度。

選擇12項指標(biāo)對12個坡向坡位的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進行聚類分析，結(jié)果可劃分為3類，其中第1類包括東坡中部和東坡下部，為最適宜坡向坡位;第2類的北坡上部、北坡中部、北坡下部、南坡中部、南坡下部和西坡下部為較適宜坡向坡位;第3類包括東坡上部、南坡上部、西坡上部和西坡中部，泡桐各生長指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)整體表現(xiàn)最差。以上聚類結(jié)果總體表現(xiàn)為同一坡向的中下部比上部更適宜泡桐的生長，這與郭文福[11]在米老排人工林生長與立地的關(guān)系的研究和盧立華[12]等在坡位對灰木蓮生長的影響的研究中所得的結(jié)論一致。

坡向坡位作為重要的立地因子，直接或間接地影響樹木的生長，營養(yǎng)狀況以及林分發(fā)展[13－14]，坡向的影響可能通過接受光照的變化來體現(xiàn)，而坡位在地形要素中，不僅是一個位置的概念，它代表著水分、養(yǎng)分等的生態(tài)梯度變化[15]。許多研究表明:坡位對土壤養(yǎng)分的剖面分布有著重要影響，且不同坡位土壤養(yǎng)分剖面分布的差異主要是由坡面土壤性質(zhì)和坡面養(yǎng)分在降雨侵蝕過程中的再分配所造成的[16－17]。鑒于此，在后期試驗中，有必要針對坡向坡位(尤其是坡位)如何通過影響土層有效厚度、土壤養(yǎng)分含量、石粒含量、水分狀況等立地因子進而影響泡桐生長做更為深入的研究。

由于本次試驗觀測數(shù)據(jù)源于3年生泡桐人工林，尚處幼林階段，其結(jié)果為初步的，幼林期表現(xiàn)出的生長優(yōu)劣趨勢往往會貫穿整個生長周期，因此對于南方低山丘陵區(qū)泡桐人工林立地選擇仍具有一定實踐指導(dǎo)意義。對坡向坡位影響泡桐后期生長的綜合分析和選擇，以及林分生長與立地條件之間的關(guān)系是否會隨林齡而發(fā)生變化，也將在以后的研究中對這些結(jié)論作進一步驗證。

[1]譚偉，馮仲科，張雁，等.基于組件GIS的立地決策支持模型的研究[J].林業(yè)科學(xué)，2006，42(S1):106－110.

[2]倪柏春，倪薇，鄭在軍，等.紅松速生豐產(chǎn)林立地選擇技術(shù)[J].林業(yè)科技，2012，37(1):38－40.

[3]凌子燕，岑巨延，韋金麗，等.森林生產(chǎn)力與立地條件的相關(guān)性分析:以寧明縣的馬尾松和桉樹森林生產(chǎn)力為例[J].廣西林業(yè)科學(xué)，2012，41(2):124－127.

[4]唐羅忠，虞木奎，嚴(yán)春風(fēng)，等.立地條件及撫育措施對麻櫟人工林生長的影響[J].福建林學(xué)院學(xué)報，2008，28(2):130－135.

[5]謝寶東，方升佐，綦山丁，等.南方山地立地條件對楊樹人工林生長的影響[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2006，30(4):55－58.

[6]林蘭穩(wěn)，余煒敏，肖振奇，等.沙羅竹人工林生長與立地條件的關(guān)系研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2011，20(1):88－90.

[7]朱虹，楊凱.紅皮云杉人工林立地分類與質(zhì)量評價[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，36(5):4－6.

[8]孟憲宇.測樹學(xué)[M].3版.北京:中國林業(yè)出版社，2006.

[9]譚伯禹，蔣建平，竺肇華.泡桐文集[M].北京:中國林業(yè)出版社，1982.

[10]杜強，賈麗艷.SPSS統(tǒng)計分析從入門到精通[M].北京:人民郵電出版社，2010.

[11]郭文福.米老排人工林生長與立地的關(guān)系[J].林業(yè)科學(xué)研究，2009，22(6):835－839.

[12]盧立華，何日明，農(nóng)瑞紅，等.坡位對灰木蓮生長的影響[J].林業(yè)科學(xué)研究，2012，25(6):789－794.

[13]Ayed A l Omary.Effects of aspect and slope position on growth and nutritional status of planted Aleppo pine(Pinus halepensis Mill.)in a degraded land semi-arid areas of Jordan[J].New Forests，2011，42(3):285－300.

[14]Tsuji T，Ishii H，Kanazawa Y.The relationship between slope position and stand structure of an old Chamaecyparis obtusa plantation in northern Kyoto prefecture，Japan[J].Journal of the Japanese Forest Society，2007，89(3):160－166.

[15]張燕平，趙粉俠，劉秀賢，等.干熱河谷印楝生長與立地條件關(guān)系[J].林業(yè)科學(xué)研究，2005，18(1):74－79.

[16]林葆，林繼雄，李家康.長期施肥作物產(chǎn)量和土壤肥力變化[M].北京:農(nóng)業(yè)科技出版社，1996.

[17]吳景貴，姜巖，姜亦梅，等.非腐解有機物培肥對水田土壤生物量態(tài)碳、氮的影響[J].土壤通報，1998，29(4):158－160.