遼西北地區(qū)防護(hù)林樹(shù)種與環(huán)境關(guān)系研究

李寧

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

遼西北地區(qū)防護(hù)林樹(shù)種與環(huán)境關(guān)系研究

李寧

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

為了解決遼寧省西北部地區(qū)防護(hù)林造林的問(wèn)題，對(duì)防護(hù)林樹(shù)種與環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行研究，采用DCCA排序法分析喬木與環(huán)境因子的關(guān)系。結(jié)果表明：環(huán)境因子之間存在顯著的相關(guān)性，坡位、坡向、海拔、地貌是影響防護(hù)林樹(shù)種生長(zhǎng)的主要因子。根據(jù)樹(shù)種和樣地的DCCA排序圖，得出防護(hù)林適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。通過(guò)分析環(huán)境因子對(duì)物種分布格局的解釋能力分析，環(huán)境因子解釋了42.7%的植被格局。

防護(hù)林；DCCA排序；環(huán)境因子；關(guān)系

遼西北地區(qū)是遼寧省沙化比較嚴(yán)重的區(qū)域[1]，也是我省防風(fēng)固沙重要區(qū)域。因此仔細(xì)分析防護(hù)林與環(huán)境之間的關(guān)系有利于更好地實(shí)行適地適樹(shù)的原則，為這一地區(qū)的防護(hù)林工程提供科學(xué)有效的技術(shù)指導(dǎo)。關(guān)于植被與環(huán)境關(guān)系的研究，目前比較先進(jìn)的方法有除趨勢(shì)典范對(duì)應(yīng)分析(DCCA)[2]、雙向指示種分析(TWINSPAN)[3]和典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)法[2]等。本文借鑒簡(jiǎn)敏菲[4]、朱軍濤[5]等人運(yùn)用的DCCA方法，結(jié)合前人的樣方方法[6]進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)該地區(qū)環(huán)境與防護(hù)林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種關(guān)系的研究，進(jìn)一步提高遼西地區(qū)防護(hù)林的成活率。

1 試驗(yàn)地簡(jiǎn)介

試驗(yàn)區(qū)域主要是遼寧西北部地區(qū)的朝陽(yáng)、阜新2個(gè)市，該地區(qū)屬于低山丘陵區(qū)，呈兩翼高、中間低形態(tài)，地表起伏，峽谷相間，溝壑縱橫，也有山間平地和沿河沖積平原。有努魯兒虎山、松嶺2條主要山脈橫貫于朝陽(yáng)全境及阜新縣內(nèi)。遼西北屬于北溫帶大陸季風(fēng)氣候區(qū)，冷、暖、干、濕四季分明，雨熱同季，光照充足；氣溫、降水變幅大，區(qū)域性差異明顯。春秋兩季多風(fēng)易旱，風(fēng)力一般2～3級(jí)，冬季盛行西北風(fēng)，風(fēng)力較強(qiáng)。

2 研究方法

2.1 樣地分布

我們對(duì)朝陽(yáng)、阜新兩地范圍防護(hù)林均勻布點(diǎn)，每個(gè)樣地面積0.08 hm2,共布設(shè)28塊樣地。

2.2 數(shù)據(jù)采集

喬木我們針對(duì)胸徑≥5 cm的樹(shù)木進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)行每木檢尺，調(diào)查它的樹(shù)種、胸徑、郁閉度、年齡、株數(shù)、蓄積。調(diào)查環(huán)境因子主要包括樣地的地貌、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤類(lèi)型、土層厚度等，用GPS測(cè)量海拔，用羅盤(pán)測(cè)定坡向、坡位、坡度，挖取土壤剖面確定土層厚度，根據(jù)海拔坡度測(cè)定地貌。

2.3 數(shù)據(jù)處理

重要值是物種在群落中的優(yōu)勢(shì)度指標(biāo)，表達(dá)不同物種在群落中的功能地位，以及反映其在群落中的分布格局狀況。其計(jì)算公式為：

喬木層重要值=(相對(duì)頻度+相對(duì)多度+相對(duì)顯著度)/3

相對(duì)顯著度=(某種個(gè)體的胸徑斷面積之和/所有種個(gè)體的胸徑斷面積總和)×100

相對(duì)蓋度=(某種的蓋度/所有種的蓋度總和)×100

相對(duì)多度=(某種的個(gè)體數(shù)之和/所有種的個(gè)體數(shù)總和)×100

我們通過(guò)每塊樣地中防護(hù)林的重要值來(lái)構(gòu)建樹(shù)種環(huán)境矩陣。

2.4 環(huán)境因子

遼西北地區(qū)是溫帶半干旱半濕潤(rùn)地區(qū)，針對(duì)這一地區(qū)氣候水文因子總體相差不大，所以沒(méi)有考慮氣候因子，只針對(duì)影響植被生長(zhǎng)的立地因子進(jìn)行分析。包括海拔、坡度、坡向、坡位、土層厚度、土壤類(lèi)型、地貌這7個(gè)因子進(jìn)行分析。

2.5 研究方法

應(yīng)用DCCA分析法對(duì)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種群落與環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行分析，應(yīng)用Canoco.4.5[7]軟件進(jìn)行計(jì)算。

教師利用文具、玩具、食品和標(biāo)價(jià)簽等，創(chuàng)設(shè)了“有趣的超市”情境，請(qǐng)學(xué)生們分別擔(dān)任營(yíng)業(yè)員、顧客等角色進(jìn)行游戲。學(xué)生們?cè)谳p松、愉快的情境游戲中學(xué)會(huì)了人民幣換算、找零等，建立數(shù)學(xué)意識(shí)，提高數(shù)學(xué)思考和推理能力。

本研究需要兩個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，環(huán)境數(shù)據(jù)和物種數(shù)據(jù)，我們對(duì)每塊樣地的重要值進(jìn)行計(jì)算，得出樣地與樹(shù)種的矩陣，進(jìn)而得出物種數(shù)據(jù)。同時(shí)通過(guò)對(duì)每塊樣地的環(huán)境因子進(jìn)行記錄，我們將環(huán)境因子進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)值化，進(jìn)而形成樣地與環(huán)境因子的矩陣，得到環(huán)境數(shù)據(jù)。將環(huán)境數(shù)據(jù)與物種數(shù)據(jù)帶入到canoco 4.5軟件中進(jìn)行經(jīng)計(jì)算，選擇DCCA分析方法，進(jìn)一步得出分析結(jié)果。

3 數(shù)據(jù)結(jié)果與分析

28塊樣地共有4個(gè)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，分別為油松、楊樹(shù)、刺槐、荊條。油松對(duì)應(yīng)的樣地號(hào)為6、13、14、20、16，楊樹(shù)對(duì)應(yīng)的樣地號(hào)為2、3、4、5、9、11、12、15、17、21、23、24、25、26，刺槐對(duì)應(yīng)的樣地號(hào)為10、19、22、27，荊條對(duì)應(yīng)的樣地號(hào)為7、8、18、28。

3.1 環(huán)境因子的相互關(guān)系

通過(guò)對(duì)防護(hù)林樣地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，我們得出表1。通過(guò)表1我們可以看出，海拔與土層厚度顯著正相關(guān),坡向與坡位極顯著正相關(guān),坡位與坡度顯著負(fù)相關(guān)。由此可見(jiàn)防護(hù)林樣地的立地因子之間存在顯著的交互關(guān)系。

表1 防護(hù)林樣地環(huán)境因子之間的相互關(guān)系

3.2 喬木林地環(huán)境因子與排序軸的相互關(guān)系

對(duì)28塊防護(hù)林樣地進(jìn)行DCCA排序，樹(shù)種與環(huán)境因子的第一排序軸和第二排序軸的相關(guān)系數(shù)分別為0.921和0.935，達(dá)到顯著相關(guān)，說(shuō)明排序效果理想，樹(shù)種群落分布于環(huán)境因子有顯著相關(guān)性。我們主要分析第一排序軸和第二排序軸。

表2 防護(hù)林環(huán)境因子與DCCA排序軸的相關(guān)系數(shù)

表2顯示，7個(gè)環(huán)境因子中坡向、坡位與第一排序軸達(dá)到顯著正相關(guān)，地貌與第一排序軸顯著負(fù)相關(guān)。第二排序軸與海拔顯著負(fù)相關(guān)。第一排序軸主要反映坡向、坡位、地貌與防護(hù)林群落的關(guān)系，其中與坡向的相關(guān)系數(shù)最大0.461 9，其次是地貌-0.351 6，坡度0.344。第二排序軸主要反映海拔與防護(hù)林群落的關(guān)系，其與海拔相關(guān)系數(shù)最大-0.306 1。第三排序軸主要反映海拔地貌與樹(shù)種群落之間的關(guān)系，其中海拔相關(guān)系數(shù)最大-0.302 9，其次是坡向0.205 8。

3.3 防護(hù)林與環(huán)境關(guān)系的DCCA排序

DCCA排序圖綜合了植被與環(huán)境因子，反映出群落分布與環(huán)境因子之間的關(guān)系，可以直觀地看出植被類(lèi)型間的關(guān)系和影響群落分布格局的主要因素[23]。圖中箭頭表示環(huán)境因子，箭頭連線(xiàn)的長(zhǎng)度表示群落與環(huán)境因子相關(guān)性的大小，越長(zhǎng)影響越大；箭頭與排序軸的斜率表示環(huán)境因子與排序軸相關(guān)性的大小。通過(guò)樣地群落在圖上的區(qū)域，判讀出對(duì)應(yīng)的環(huán)境因子值。

對(duì)防護(hù)林樣地點(diǎn)與環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行排序(圖1)，結(jié)合圖2樹(shù)種的分布圖分析，可以得出：一個(gè)群落類(lèi)型樣地分布相對(duì)集中，有少量或者沒(méi)有在其他樣地群落中分布，那么該樣地群落優(yōu)勢(shì)樹(shù)種或亞優(yōu)勢(shì)樹(shù)種中心相近。一般以?xún)?yōu)勢(shì)樹(shù)種為中心如荊條、楊樹(shù)；一個(gè)群落類(lèi)型樣地分布相對(duì)分散，有較多穿插分布時(shí)群落的中心位于優(yōu)勢(shì)樹(shù)種與亞優(yōu)勢(shì)樹(shù)種分布的幾何中心，如油松、刺槐。由環(huán)境因子箭頭長(zhǎng)度可以看出坡位、坡向、海拔、地貌是影響防護(hù)林樹(shù)種分布的主要因子。

圖1 防護(hù)林樣地與環(huán)境的DCCA分布

圖2 樹(shù)種的分布圖

分析圖2樹(shù)種的分布圖，結(jié)合圖1第一排序軸的群落分布，從左到右分別是油松、荊條、刺槐、楊樹(shù) ，其中刺槐、楊樹(shù)相距較近。表明群落分布隨坡位、坡向、地貌呈現(xiàn)有規(guī)律變化，這三個(gè)因子對(duì)樹(shù)種分布影響較大。第二排序軸的群落分布，從下到上分別是群落油松、楊樹(shù)、荊條、刺槐，其中荊條、楊樹(shù)分布較近，表明群落分布隨海拔呈規(guī)律變化。

綜合以上分析，結(jié)合排序圖我們得出，油松位于排序圖左下方，主要分布在中下坡位，海拔：100～400 m,坡度：15～34°，坡向：陽(yáng)坡，土壤類(lèi)型主要為褐土，土層厚度30 cm以上的丘陵地帶。楊樹(shù)位于排序圖的中心偏右，主要分布在下坡和平地，海拔：50～250 m,坡度：0～15°，坡向：主要分布在東南、西南兩個(gè)方向，土壤類(lèi)型主要為沙土，土層厚度30 cm以上的丘陵、平原地帶。刺槐位于排序圖右上方，主要分布在下坡和平坡，海拔：100～650 m,坡度：5～24°，坡向：陽(yáng)坡、陰坡都有分布，土壤類(lèi)型主要為褐土，土層厚度30 cm以上的丘陵、平原地帶。荊條位于排序圖中心偏左，主要分布在中上坡位，海拔：200～700 m,坡度：5～44°，坡向：主要分布在陰坡，土壤類(lèi)型主要為褐土，土層厚度60 cm以下的低山、丘陵地帶。

3.4 環(huán)境變量對(duì)物種分布格局影響的定量分離

我們將環(huán)境因子分成2組，坡向、坡位、坡度、海拔為地形因子，土層厚度、土壤類(lèi)型和地貌為土壤因子。按照環(huán)境變量對(duì)物種分布的定量分離方法[2]的四組分類(lèi)進(jìn)行分離：土壤因子單獨(dú)對(duì)物種分布的解釋能力為8.6%；地形因子單獨(dú)對(duì)植物分布的影響為23.7%；土壤因子與地形因子相互作用的影響為10.4%，不能解釋部分為57.3%。空間因子解釋了42.7 %的植被格局，高于祁連山北坡植被的環(huán)境解釋23.98%[2]。顯示本研究有較好的排序效果。

4 結(jié)論

通過(guò)軟件計(jì)算環(huán)境因子之間的相互關(guān)系進(jìn)行分析，得出環(huán)境因子間存在顯著相關(guān)。通過(guò)DCCA排序分析環(huán)境因子與排序軸之間的關(guān)系，得出坡位、坡向、海拔、地貌是影響防護(hù)林分布的主要因子；根據(jù)樹(shù)種分布圖和樣地的DCCA排序圖，我們得出4種樹(shù)種分別適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。最后通過(guò)分析環(huán)境因子對(duì)物種分布格局的解釋能力分析，環(huán)境因子解釋了42.7%的植被格局，不能解釋部分為57.3%。顯示出本研究結(jié)果較好的排序效果。能夠客觀準(zhǔn)確反映優(yōu)勢(shì)樹(shù)種群落與環(huán)境之間的關(guān)系。

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Relationship Between Protection Forest Species and Environment in Northwestern Liaoning Province

Li Ning

(Liaoning Forestry Investigation and Planning Institute,Shenyang 110122,China)

In order to solve the problem of protection forest afforestation in northwestern Liaoning Province,the relationship between protection forest species and environment was studied.Relationship between tree and environment was analyzed by adoptingDCCA ranking method;data were processed by using Canoco software.Result shows that the environmental factors have significant correlations;altitude,slope positions,landform,and exposure are the main factors influencing the growth of protection forest tree species.According to the species and sample DCCA sequence diagram,suitable growth environment of protection forest species could be found.Through analyzing inetpretation capability of environment factor on distribution pattern of species,it can be seen that the environmental factor explained 42.7% of the vegetation pattern.

protection forest; DCCA ranking Method; environmental factor; relationship

1005-5215(2017)03-0008-03

2017-01-10

李寧(1981-)，女，遼寧阜新人，碩士，工程師，現(xiàn)從事林業(yè)調(diào)查工作.

S727.2

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.03.003