岷江上游干旱半干旱河谷區(qū)生境分類研究——以雜谷腦河為例

廖清貴，陳俊華，謝天資，黎燕瓊，龔固堂，卿 剛，慕長龍*

（1.四川省林業(yè)科學研究院，四川成都 610081；2.理縣環(huán)境保護和林業(yè)局，四川理縣 623100）

岷江上游干旱半干旱河谷區(qū)生境分類研究——以雜谷腦河為例

廖清貴1，陳俊華1，謝天資1，黎燕瓊1，龔固堂1，卿 剛2，慕長龍1*

（1.四川省林業(yè)科學研究院，四川成都 610081；2.理縣環(huán)境保護和林業(yè)局，四川理縣 623100）

以岷江上游雜谷腦干旱河谷區(qū)作為研究對象，利用實地調(diào)查資料，結合森林資源二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)和林地保護利用資料，根據(jù)地形、土壤、水分、植被等因子對該區(qū)域河谷地帶、陰坡和陽坡的生境分別進行了分類，為該區(qū)域的生境質量評價提供依據(jù)，也為人工造林中樹種選擇及造林模式提供科學依據(jù)和理論指導，同時也為類似困難立地條件地區(qū)的人工植被恢復提供參考依據(jù)。

岷江上游；雜谷腦河；干旱半干旱河谷區(qū)；生境分類；主成份分析法；層次分析法

岷江上游干旱河谷是我國西部生態(tài)環(huán)境最惡劣的地區(qū)之一，強烈的水土流失，頻繁的滑坡、泥石流等自然災害，導致該區(qū)域成為我國最困難的造林地區(qū)之一［1］。干旱河谷由于受“焚風效應”的影響，其蒸發(fā)量遠大于降雨量，土壤干旱缺水是該地區(qū)的主要自然特點，加之山體陡峭，土壤瘠薄，植被主要以干旱灌草叢為主。生態(tài)環(huán)境質量的改善是干旱河谷區(qū)生存和發(fā)展的根本，同時也是影響整個長江流域生態(tài)環(huán)境質量的關鍵因素，干旱半干旱河谷區(qū)退化植被的恢復重建是該區(qū)域生態(tài)環(huán)境重建的基礎和前提。干旱河谷的生境作為干旱河谷區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為生物提供了生存所需的環(huán)境和物質條件，是構成該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)完整性和維護其健康的必要條件。本文以岷江上游雜谷腦干旱河谷區(qū)作為研究對象，利用實地調(diào)查資料，結合森林資源二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)和林地保護利用資料，根據(jù)地形、土壤、水分、植被等因子對該區(qū)域的生境進行了分類，為該區(qū)域人工造林中樹種選擇及造林模式提供科學依據(jù)和理論指導，同時也為類似困難立地條件地區(qū)的人工植被恢復提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

雜谷腦河是四川岷江的一級支流，發(fā)源于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣西北的鷓鴣山北麓的紅水溝，從海拔4 451 m由西北向東南奔流而下，縱貫理縣全境，流經(jīng)理縣的米亞羅、夾壁、沙壩、樸頭、雜谷腦、甘堡、薛城、木卡、通化、桃坪等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，至汶川縣城匯入岷江，全長157 km。歷年平均流量為63.9 m3·s－1，其特點是水流湍急，落差大，流量隨雨季而變化。多年平均總輸沙量2.10×106t左右。山地為燥褐土（過去曾稱灰褐土），是發(fā)育在干燥河谷地帶旱生灌木草叢植被下的土壤，主要分布在海拔2 000 m以下的河谷地帶。由于受焚風的影響，土壤水分蒸發(fā)強烈，整個土體中聚積著大量的游離碳酸鈣，且很少有分層現(xiàn)象，全剖面呈堿性反應，pH值7.4～8.4。雜谷腦河干旱河谷從理縣樸頭鄉(xiāng)（海拔2 000 m）開始直至岷江入口地段—汶川縣城（海拔1 444.5 m）處，分布于河面以上海拔高度2 000 m以下的河床兩側山坡范圍內(nèi)，陽破比陰坡的分布海拔一般要高出100 m～200 m［2～3］。

2 研究方法

2.1 樣地設置

按照地形、海拔、坡度、坡位、坡向選取具有代表性的59個樣地，運用GPS測定各樣地的海拔和經(jīng)緯度，并對坡度、坡向、坡位進行標注。其中1號～15號位于二道河至薛城一帶河谷地帶區(qū)域，16號～38號位于理縣雜谷腦河域左岸熊耳山（陽坡），39號～59號位于理縣雜谷腦河域右岸耳埔（陰坡）。

2.2 樣地調(diào)查

在河谷地帶每隔30 m～50 m、山麓坡地50 m左右（間隔的大小根據(jù)實際情況而定），從地面向下垂直方向挖一斷面，長寬以人能蹲進去為宜，利用GPS記錄下每個樣地的位置，詳細記錄各剖面的層次、各個層次土壤的質地、顏色、緊實度、石礫大小，同時記錄周圍灌草蓋度和植被情況。樣地基本情況見表1。

表1 樣地概況

（續(xù)表1）

2.3 土壤理化學性質測定

對各樣地不同層次的土壤采樣，編號后送實驗室分析。測量以下的指標：土壤含水率、土壤質地、pH值、有機質含量、全N、全P、全K等。

2.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用主成份分析法和聚類分析法對生境因子進行分類，層次分析法對生境進行質量評價。其中，主成份分析法和聚類分析在SPSS18.0中進行，層次分析法用Microfost Excel 2007編制模塊處理。

3 結果與分析

3.1 生境因子的主成份分析

3.1.1 因子的選取與量化

調(diào)查區(qū)域位于岷江上游雜谷腦河干旱河谷，根據(jù)其地域的特殊性和選擇的因子要易于調(diào)查、具有穩(wěn)定性，且所選擇的主導因子對生境類型的劃分能起到?jīng)Q定性的作用（假設試驗區(qū)的氣候條件基本一致，沒有微地形的差別，因此不考慮氣候因子），根據(jù)不同的生境類型組分別選擇，其中河谷地帶選取土層厚、干濕度、有機質含量、緊密度、土壤質地和灌草蓋度等6個土壤和植被因子；山麓坡地選取坡度、坡向、坡位、土層厚、干濕度、有機質含量、緊密度、土壤質地和灌草蓋度等9個地形、土壤和植被因子。這些因子中有的是定性指標，有的是定量指標，在做分析前必須對它們賦值量化（表2）。

3.1.2 河谷地帶生境因子的主成分分析

在SPSS 18.0下用Analyze-Data Reduction-Factor，選用“Pricinpal components”，得出結果如表3所示。

表2 因子的賦值量化

從表3可以看出第1個主成分的特征值大于2，其方差貢獻率為42.964%，再選擇第2和第3個主成分后，這3個主成分的累積方差貢獻率達到了90.336%，這表明前3個主成分已經(jīng)代表了全部立地性狀（原變量）的90.336%的綜合信息，因此選擇前3個主成分對于描述岷江上游雜谷腦河干旱河谷的河谷地帶的生境性狀已經(jīng)足夠了。

在第1主成分中，土壤緊密度的系數(shù)最大，為0.822，其次為土壤質地，系數(shù)為0.8180。說明第1主成分是一個反映土壤緊密度和土壤質地的綜合指標。

第2主成分中，有機質的系數(shù)最大，為0.739，其次是干濕度，分別為0.716，土壤質地和土層厚的系數(shù)也較大，分別為0.511和0.490，說明第2主成份反映的是有機質、干濕度、土壤質地和土層厚的綜合指標。

第3主成分中，灌草蓋度的系數(shù)最大，為0.641，說明第3主成分反映的是灌草蓋度的指標（表4）。

3.1.3 坡地生境因子的主成分分析

從坡地生境因子的主成分來看（表5），前3個因子的特征值均大于1，因此SPSS 18.0提取了3個主成份。3個主成分的累積方差貢獻率達到了72.473%，表明前3個主成分代表了全部生境性狀72.473%的綜合信息，已經(jīng)足夠用來描述生境的情況了。根據(jù)各指標系數(shù)的大小可以知道該主成分所代表的意義。

表3 河谷地生境因子主成分的方差解釋表

表4 河谷地生境因子相關矩陣的特征向量

在第1主成分中，有機質的系數(shù)最大，為0.971，其次是坡位和干濕度，均為0.963，此外，坡向的系數(shù)也較大，為0.486。說明第1主成分是反映有機質、坡位、干濕度和坡向的綜合指標。

第2主成分中，土層厚的系數(shù)最大，為0.810，其次是灌草蓋度和土壤質地，分別為0.692和0.665，坡度的系數(shù)也較大，為0.533。說明第2主成份反映的是土層厚、灌草蓋度和土壤質地的綜合指標。

表5 坡地生境因子主成分的方差解釋表

第3主成分中，緊密度的系數(shù)最大，為0.764，其次分別是坡向和坡度，說明第3主成分反映的是緊密度、坡向和坡度的綜合指標（表6）。

表6 坡地生境因子相關矩陣的特征向量

3.2 生境類型劃分

3.2.1 立地指標的選擇

在進行生境分類時，可選擇的因子較多，如氣候、地形、土壤、植被等，各因子起的作用差異也較大，有的因子起著決定性作用，有的因子卻微不足道。所以沒有必要用所有生境因子進行分析，只要找出其中的主導因子即可。通過分析可以看出，土層厚、干濕度、有機質、緊密度、土壤質地、灌草蓋度這6個指標對河谷地的作用較大；坡向、坡度、坡位、土層厚、干濕度、有機質、緊密度、土壤質地、灌草蓋度這9個指標對坡地的影響較大。在劃分生境類型及評價生境質量時，只需考慮上述指標就可以了，其他指標對立地的影響很小，可以忽略不計。

3.2.2 河谷地生境類型的劃分

在spss18.0中，選擇“Analyze”菜單下的“classify”里的“Hierarchical cluster”，聚類方法選“between groups linkage”（最短距離法），用歐式距離法求各元素之間的最短距離，畫出樹狀聚類圖。聚類的結果見圖1。

圖1 河谷地生境類型劃分樹狀圖

根據(jù)圖1可以把河谷地的生境類型劃分為3類，能夠比較客觀地反映出生境土層厚、干濕度、有機質、緊密度等指標的變化情況，對于造林措施的選擇可以提供便利的參考。生境類型及其特征見表7。

表7 河谷地生境類型分類及特征表

根據(jù)表7可以看出，第Ⅰ類是土層厚，土壤潮濕，土壤質地較好的類型；第Ⅱ類是薄土層、土壤較潮潤、松散、石礫含量較高的類型；第Ⅲ類是土壤較薄、較潮潤、松散、石礫含量高、灌草蓋度低的類型。

3.2.3 坡地生境類型的劃分

（1）陽坡

根據(jù)陽坡生境類型劃分樹狀圖（圖2）可以將陽坡的生境類型劃分為3類便能夠比較客觀地反映出生境坡度、坡向、坡位、土層厚、干濕度、有機質、緊密度等指標的變化情況，對于坡地造林措施的選擇可以提供便利的參考。生境類型及其特征見表8。

圖2 陽坡生境類型劃分樹狀圖

表8 陽坡生境類型分類及特征表

（2）陰坡

根據(jù)陰坡生境類型劃分樹狀圖（圖3）可以將陰坡的生境類型劃分為3類便能夠比較客觀地反映出生境坡度、坡向、坡位、土層厚、干濕度、有機質、緊密度等指標的變化情況，對于坡地造林措施的選擇可以提供便利的參考。生境類型及其特征見表9。

圖3 陰坡生境類型劃分樹狀圖

表9 陰坡生境類型分類及特征表

3.2.4 岷江上游干旱半干旱河谷區(qū)生境類型系統(tǒng)

在地形調(diào)查的基礎上，根據(jù)因子分析、聚類分析和土體構型的結果，可以得到具體的立地類型（表10）。

表10 岷江上游干旱半干旱河谷區(qū)生境類型

4 討論

本文中坡向、坡位、土壤質地等屬于定性指標，在分析前必須進行量化。關于定性指標的量化方法主要有3種，即數(shù)量化理論I法、直接賦值打分法和專家評分法。三種方法各有優(yōu)缺點。數(shù)量化理論Ⅰ法是生境或立地分類與評價中常用的方法，它是通過建立樹木優(yōu)勢高和各立地因子的預測方程，把定性指標和定量指標統(tǒng)一起來，計算出生境或立地因子的得分，結果可靠，避免了打分的隨意性；直接打分法簡便易行，缺點是隨意性較大；專家評分法結果可靠，但人為評分仍然不能避免具有隨意性。岷江上游干旱半干旱河谷區(qū)的許多生境上的植被較為稀少，主要以灌草為主，因此數(shù)量化理論Ⅰ方法不適用。本文選用專家評分法，首先咨詢專家，判斷立地因子對立地的重要性，然后在此基礎上打分賦值。

對岷江干旱河谷生境進行分類研究，能夠*根據(jù)不同生境選擇適宜當?shù)睾妥钣猩a(chǎn)力的造林樹種，提出適宜的育林措施，并預估將來的森林生產(chǎn)力及木材產(chǎn)量，能夠對森林經(jīng)營的各種效益、木材生產(chǎn)成本以及育林投資進行預測。通過對生境的研究，對植被恢復和擴大森林資源、提高育林質量以及發(fā)展持續(xù)高效的林業(yè)均具有重要的作用。近些年來，國內(nèi)專家對岷江干旱河谷區(qū)進行了大量的研究，主要包括植被特征［2～5］、土壤水分及肥力［6～8］以及喬（灌）樹種的抗旱性［9，10］等，但對該區(qū)域的生境或立地分類未見報道。本文用地形、土壤、水分和植被因子，采用聚類分析法對岷江上游干旱半干旱河谷區(qū)的生境進行了分類，為其生境質量評價和育林樹種選擇提供了科學依據(jù)。

［1］ 宴兆莉，陳克明，陳建中，等.岷江干旱河谷的生態(tài)特征與植被恢復研究［J］.世界科技研究與發(fā)展，2000，（1）：36～38.

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Research on Habitat Classification in Arid and Sem i-arid Valley Areas of the Upper Reaches of the M injiang River—Using the Zagunao River as an Exam p le

LIAO Qing-gui1CHEN Jun-hua1XIE Tian-zi1LIYan-qiong1GONG Gu-tang1QING Gang2MU Chang-long1*
（1.Sichuan Academy of Forestry，Chengdu 610081，China；2.Environmental Protection and Forestry Bureau of Lixian County，Lixian 623100，Sichuan）

In this paper，selecting the Zagunao River arid valley areas in the upper reaches of the Minjiang River as the research object，using the data of field investigation，combined with investigation subcompartment data of forest resources and forest land use data protection，and based on factors such as topography，soil，water，vegetation in the region river valley，slope and slope of habitat，respectively，the classification work was done in order to provide the basis for the area of habitat quality evaluation，as well as artificial afforestation tree species selection and afforestation patterns，and a scientific basis and theoretical guidance.Besides，thiswork but also provided reference for artificial vegetation restoration in the similar difficult site conditions.

The upper reaches of the Minjiang River，The Zagunao river，Arid and semi-arid valley area，Habitat classification，Principal component analyticalmethod，Analytic hierarchy processmethod

10.16779／j.cnki.1003－5508.2016.04.001

S718

A

1003－5508（2016）04－0001－07

2016-02-03

四川省省財政專項“岷江流域干旱半干旱河谷區(qū)生境分類及應用研究”（ZL2015－17）。

廖清貴（1963-），男，四川雙流人，高級工程師，主要從事森林資源調(diào)查與管理工作。

慕長龍（1964-），男，重慶江津人，博士，研究員，博士生導師，主要從事森林生態(tài)、森林培育和城市森林研究工作。