華北落葉松人工林在山西的適應(yīng)性

馬佳琳，李新平，賀義才，王建義，郭 斌

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

華北落葉松人工林在山西的適應(yīng)性

馬佳琳，李新平，賀義才，王建義，郭 斌

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

以山西省華北落葉松人工林為研究對象，通過調(diào)查華北落葉松人工林在不同立地、不同氣象因子條件下的生長差異，分析華北落葉松人工林在山西的適應(yīng)性。結(jié)果表明：在緯度36°30′～39°00′，海拔1 900 m～2 200 m間，最適宜發(fā)展華北落葉松人工林。海拔1 400 m以下，不適宜發(fā)展華北落葉松人工林。華北落葉松在適宜的環(huán)境中，坡向、坡位、坡度等不是其生長的限制因子，生態(tài)位幅度較大。年降水量550 mm是華北落葉松人工林正常生長的下限，適宜的年均溫為2 ℃～8 ℃,1月均溫為-14.0 ℃～-7.0 ℃.

華北落葉松；人工林；適應(yīng)性；山西

不同的緯度和經(jīng)度對水熱條件的分配有很大影響，從而形成了不同的氣候區(qū)域。影響林分生長的生態(tài)因素有氣候、地形和土壤，所以，要找出氣象因子中與樹木生長關(guān)系密切的因子，進(jìn)而找出適合樹木生長的最適環(huán)境因子。同時(shí)，一定氣候區(qū)域范圍內(nèi)林分的生長也受海拔、坡向、坡度、坡位、土壤類型和土層厚度等地形和土壤因子的影響。通過分析林分生長量與立地因子之間的相關(guān)關(guān)系，可以找出影響林分生長的主要立地因子，并找出主要立地因子對林分生長影響的規(guī)律性。這對于林木的引種栽培、適地適樹、造林地選擇以及科學(xué)評價(jià)林分的立地質(zhì)量都具有重要的實(shí)踐意義。

華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr)作為我國主要樹種之一，在中國針葉林中占有重要地位，它是寒溫帶針葉林和其它地區(qū)高海拔森林的重要組成成分。華北落葉松具有速生、材質(zhì)好、用途廣、耐腐蝕、涵養(yǎng)水源等優(yōu)點(diǎn)，是營造速生豐產(chǎn)林和水源涵養(yǎng)林的良好樹種。筆者以山西省華北落葉松人工林為研究對象，分析華北落葉松人工林在不同立地、氣象因子條件下的生長差異，以提出華北落葉松人工林在山西的生境選擇和對立地條件的生長響應(yīng)機(jī)制。

1 研究區(qū)自然概況

山西省地處黃河中游、黃土高原東部，北緯34°34′48″～40°43′24″，東經(jīng)110°14′36″～114°33′24″，總面積15.66×104km2.大部分地區(qū)海拔都在1 000 m以上，山地、丘陵占總面積的80.3%.屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫-4 ℃～14 ℃，年降水量400 mm～650 mm.

土壤地帶性規(guī)律在山西表現(xiàn)為明顯的緯度地帶性，省境中南部為森林草原褐土地帶，北部為干旱草原栗鈣土地帶，呂梁山以西是由森林草原向干旱草原過渡的灰褐土地帶。在植被分布上，恒山以北屬溫帶草原地帶，旱生和旱中生草原植物區(qū)系成分的種類占優(yōu)勢；恒山以南屬暖溫帶夏綠闊葉林地帶。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

在中條山、太行山、太岳山、呂梁山、關(guān)帝山、管涔山以及雁北山地華北落葉松人工林集中栽培區(qū)，根據(jù)海拔、坡向、坡位等設(shè)置樣地，每種類型樣地不少于3塊，每塊樣地面積600 m2，共設(shè)置42塊，分別調(diào)查樣地的各項(xiàng)立地因子和林木的各項(xiàng)生長因子。

2.2 調(diào)查方法

2.2.1 樹木解析

選擇平均標(biāo)準(zhǔn)木，在0.0 m，1.3 m，3.6 m，5.6 m，7.6 m處各取一圓盤，齡階為3 a，對所選取平均標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行樹干解析，分析單木胸徑、樹高、蓄積生長過程。

2.2.2 環(huán)境因子

用GPS記錄樣地的經(jīng)度、緯度、海拔、坡向、坡位、坡度等環(huán)境因子。

2.2.3 氣象因子

調(diào)查收集樣地附近縣、市近30 a的氣象資料，利用插值法推算樣地的氣象值，對各樣地的年均溫、1月均溫、年降水量與樹木生長量之間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

為了數(shù)據(jù)間的一致性，利用樹木解析所得生長曲線，對樹高和胸徑的生長量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化?？紤]落葉松屬速生樹種，調(diào)查及收集的落葉松以35 a為標(biāo)準(zhǔn)年齡。

根據(jù)不同立地條件標(biāo)準(zhǔn)木的樹干解析結(jié)果繪制樹高生長曲線圖。根據(jù)每個樣地平均標(biāo)準(zhǔn)木的樹高、胸徑及材積，對照樹高、胸徑及材積生長曲線，用等比內(nèi)插法找出各樣地平均標(biāo)準(zhǔn)木的標(biāo)準(zhǔn)齡樹高、胸徑及材積。

2.3.2 數(shù)學(xué)分析方法

利用SPSS 20.0軟件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、多重比較等處理。

3 結(jié)果分析

3.1 水平分布

3.1.1 經(jīng)緯度分析

華北落葉松人工林樹高、胸徑在經(jīng)度上的分布規(guī)律見圖1，圖2.

圖1 華北落葉松人工林樹高在經(jīng)度上的分布規(guī)律

圖2 華北落葉松人工林胸徑在經(jīng)度上的分布規(guī)律

從圖1，圖2來看，華北落葉松人工林在山西的東西向分布不連續(xù)，集中在111°10′，111°30′，112°00′，113°30′ 4條經(jīng)度帶上，對應(yīng)著呂梁、關(guān)帝、中條、太岳、管涔及太行、長城山和恒山，中間空白為平川盆地。表明華北落葉松人工林主要集中在山地。從生長量來看，無論是樹高還是胸徑，在經(jīng)度上均沒有表現(xiàn)出規(guī)律性。

華北落葉松人工林樹高、胸徑在緯度上的分布規(guī)律見第13頁圖3，圖4.

從圖3，圖4可以看出，華北落葉松人工林在緯度35°00′～40°30′都有分布。樹高生長呈現(xiàn)出偏左正態(tài)型，隨緯度的增加先從低變高，到37°時(shí)達(dá)到最高值，38°后逐漸變低。胸徑生長呈拋物線型，隨緯度的增加從低變高，到37°時(shí)達(dá)到最高，之后逐漸平緩。緯度 36°30′ ～ 39°00′對應(yīng)著太行山、太岳山、呂梁山、關(guān)帝山和管涔山地區(qū)，從生長量來看，華北落葉松人工林分布集中，樹高、胸徑生長量較大。

圖3 華北落葉松人工林樹高在緯度上的分布規(guī)律

圖4 華北落葉松人工林胸徑在緯度上的分布規(guī)律

提取經(jīng)度 112°00′左右的中條、太岳及管涔山樣地進(jìn)行緯度變化分析，見圖5.

圖5 經(jīng)度112°00′時(shí)華北落葉松在緯度上的分布特征

由圖5可以看出，樹高的變化趨勢隨緯度的增加呈拋物線型，到 36°40′時(shí)達(dá)到最高值，之后逐漸平緩。

以上分析可以看出，華北落葉松人工林在山西的水平分布與山脈走向一致，集中于太行山、太岳山、呂梁山、關(guān)帝山和管涔山地區(qū)，與經(jīng)度變化基本沒有相關(guān)性。

3.1.2 山地之間分析

通過經(jīng)緯度分析可以看出華北落葉松人工林集中分布的范圍，為進(jìn)一步了解各山地華北落葉松人工林生長量間的差異性，對華北落葉松樹高、胸徑做單因素方差分析，見表1.

表1 各山地間方差分析

由表1可知，山地間華北落葉松樹高差異極顯著，胸徑差異不顯著。進(jìn)一步進(jìn)行多重比較(p<0.05)，見表2.

表2 各山地間華北落葉松樹高多重比較

由表2可以看出，各山地間華北落葉松樹高之間存在明顯差異。太行林局、呂梁林局、太岳林局、管涔林局樹高較大，一般在16 m以上；關(guān)帝林局、平順縣、恒山林場次之，樹高在12.5 m左右；靜樂縣、長城山林場、中條林局樹高最低，一般在11 m以下。這表明華北落葉松喜涼濕生境，在干熱、寒旱地區(qū)生長情況較差。

3.2 垂直分布

3.2.1 海拔影響

華北落葉松在山地的分布，主要隨海拔而變化。以每100 m為1個梯度對各海拔華北落葉松的樹高、胸徑進(jìn)行方差分析，見表3.

由表3可知，不同海拔間華北落葉松樹高差異極顯著，胸徑差異不顯著。進(jìn)一步進(jìn)行多重比較(p<0.05)，見表4.

表3 不同海拔范圍內(nèi)方差分析

表4 華北落葉松不同海拔樹高多重比較

各海拔華北落葉松樹高之間存在明顯差異。海拔1 900 m～2 200 m，樹高可達(dá)17 m以上；海拔1 400 m～1 900 m，樹高在15 m左右；海拔>2 200 m，樹高在14 m左右；海拔<1 400 m，樹高一般在10 m以下。另外，海拔1 700 m～1 800 m之間有2塊樣地在中條林局的山坡上部，樹高僅8 m左右，對這個區(qū)間的總體樹高產(chǎn)生了影響。

上述差異性表明，在緯度36°30′～39°00′，海拔1 900 m～2 200 m，最適宜發(fā)展華北落葉松人工林；海拔1 400 m以下，不適宜發(fā)展華北落葉松人工林。

3.2.2 坡向、坡位、坡度的影響

在海拔數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，剔除1 400 m以下的數(shù)據(jù)，對坡向、坡位、坡度進(jìn)行差異性分析,見表5.

表5中樹高、胸徑都沒有顯著差異，表明華北落葉松在適宜的環(huán)境中，坡向、坡位、坡度等不是其生長的限制因子，生態(tài)位幅度較大。

3.3 主要?dú)庀笠蜃优c植物因子的相關(guān)性

植物的地帶性分布規(guī)律是其隨水、熱條件變化分異的表征。影響植物分布的主要?dú)庀笠蜃佑心昃鶞亍?月均溫、7月均溫、年積溫、年降水、年均濕度等。取年均溫、1月均溫、年降水3個氣象因子，分析其與華北落葉松生長量的關(guān)系。

表5 坡向、坡位、坡度方差分析

3.3.1 年均溫的影響

用年均溫作自變量，分別與華北落葉松的樹高、胸徑進(jìn)行相關(guān)性分析，經(jīng)多種模型擬合后，其多項(xiàng)式表達(dá)如圖6，圖7.

圖6 年均溫與樹高的相關(guān)性分析

圖7 年均溫與胸徑的相關(guān)性分析

從圖6，圖7可以看出，年均溫對華北落葉松樹高、胸徑生長的影響一致。在年均溫2 ℃～8 ℃之間，華北落葉松樹高、胸徑較大，當(dāng)年均溫<2 ℃或>8 ℃時(shí)，樹高、胸徑較小。

3.3.2 1月均溫的影響

1月均溫對華北落葉松樹高、胸徑的影響趨勢與年均溫一致，如圖8，圖9.

圖8 1月均溫與樹高的相關(guān)性分析

圖9 1月均溫與胸徑的相關(guān)性分析

由圖8，圖9可以看出，當(dāng)1月均溫大于-7.0 ℃或小于-14.0 ℃時(shí)，華北落葉松樹高、胸徑較小。說明華北落葉松不適宜在極端低溫及較高低溫環(huán)境下生長。

3.3.3 年降水量的影響

經(jīng)多種模型擬合，冪函數(shù)對降水量與華北落葉松樹高、胸徑相關(guān)性的擬合程度最好，如圖10，圖11.

圖10，圖11中，年降水量550 mm以上，華北落葉松樹高、胸徑隨降水量增加基本呈直線上升趨勢。表明，年降水量550 mm是保證華北落葉松人工林正常生長的最低值。

圖10 降水量與樹高的相關(guān)性分析

圖11 降水量與胸徑的相關(guān)性分析

4 結(jié)論

1) 華北落葉松人工林在緯度36°30′～39°00′，海拔1 900 m～2 200 m之間，樹高可達(dá)17 m以上。海拔1 400 m以下，不適宜發(fā)展華北落葉松人工林。華北落葉松在適宜的環(huán)境中，坡向、坡位、坡度等不是其生長的限制因子，生態(tài)位幅度較大。

2) 年降水量550 mm是華北落葉松人工林正常生長的下限，適宜的年均溫為2 ℃～8 ℃，1月均溫為-14.0 ℃～-7.0 ℃.

[1] 劉紅霞.氣象因子對華北落葉松生長量影響研究[D].河北：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[2] 荀守華,曹漢玉,吳德軍.日本落葉松生長量與立地因子的相關(guān)分析[J].山東師大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1995,10(3)：264-266.

[3] 吳中倫.針葉林[M].北京：中國林業(yè)出版社，2003.

[4] 李盼威，胡慶祿.華北落葉松速生豐產(chǎn)林培育技術(shù)[M].北京：中國林業(yè)出版社,2003.

[5] 張金屯，孟東平.蘆芽山華北落葉松林不同齡級立木的點(diǎn)格局分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2004,24(1)：35-40.

Adaptability ofLarixPrincipis-rupprechtiiMayr Plantation in Shanxi Province

Ma Jialin，Li Xinping ，He Yicai，Wang Jianyi，Guo Bin

(ShanxiAcademyofForestSciences,Taiyuan030012,China)

The adaptability ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation in Shanxi was analyzed through investigating its growth differences under different sites and meteorological factors with theLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation in Shanxi Province as study object. The results showed that it was the most suitable for the development ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation at the latitude of 36°30′～ 39°00′ and altitude of 1 900 m～2 200 m. it was not suitable for the development ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation below the altitude of 1 400 m. In suitable environment, slope direction, slope position and slope were not the limiting factors to the growth ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr, and the range of its ecological niche was relatively large. Annual precipitation of 550 mm was the lowest limit for the growth ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation,and the suitable conditions of its growth were annual average temperature at 2 ℃ ～ 8 ℃ and January mean temperature at -14.0 ℃～-7.0 ℃.

Larixprincipis-rupprechtiiMayr; Plantation; Adaptability; Shanxi province

2016-12-29

山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(20120311014-1)

馬佳琳(1988— )，男，山西太原人，2011年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，助理工程師。

S791.259

A

1007-726X(2017)02- 0011- 05