魯中山區(qū)不同立地條件下側(cè)柏、赤松、刺槐生長(zhǎng)研究

羅軍偉,郭廷松,卞金莉,王 丹,魯法典*

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,山東 泰安 271018

2.山東省泰安市徂徠山林場(chǎng),山東 泰安 271027

側(cè)柏、赤松和刺槐是山東省主要造林樹種。側(cè)柏(Platycladus orientalis)是山東省主要造林樹種之一，對(duì)土壤要求不嚴(yán)，極耐干旱，尤其在石灰?guī)r山地，廣泛分布，對(duì)凈化空氣、保持水土及荒山綠化等都有重要意義[1,2]；赤松（Pinus densiflora）面積7.20萬(wàn)hm2、蓄積為134.97萬(wàn)m3，總體面積分布較大[3]；刺槐（Robinia pseudoacacia）是我國(guó)落葉闊葉林中栽植范圍最廣泛的人工林樹種，分布在北緯23°～46°,東經(jīng)84°～124°的廣大區(qū)域[4]，具有抗旱、耐貧瘠、生長(zhǎng)快、干形良好、耐水濕、萌蘗力強(qiáng)、耐鹽堿等特點(diǎn)，是保持水土、防風(fēng)固沙、改良土壤和四旁綠化的優(yōu)良樹種[5,6]。

樹木的生長(zhǎng)與其所處的立地條件密切相關(guān)。曾有學(xué)者對(duì)山東省某一局部地區(qū)某一樹種進(jìn)行調(diào)查,分析了不同立地條件下樹種的適宜性，但對(duì)于魯中山區(qū)三個(gè)樹種的生長(zhǎng)狀況及其影響因子全面系統(tǒng)的研究并未見報(bào)道。本文采用山東省魯中山區(qū)側(cè)柏、赤松和刺槐的解析木數(shù)據(jù)，按照不同的立地條件，分析側(cè)柏、赤松和刺槐的生長(zhǎng)狀況及其影響因子，提出不同樹種適宜生長(zhǎng)的立地條件。此研究結(jié)果可以為魯中山區(qū)側(cè)柏、赤松和刺槐的造林與經(jīng)營(yíng)管理提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 研究地區(qū)概況

本文以山東省魯中山區(qū)為研究范圍，涉及濟(jì)南、泰安、臨沂、淄博等八個(gè)地市。魯中山區(qū)又稱魯中南山地丘陵區(qū)，面積約6.5萬(wàn)km2，北部泰山、魯山、沂山構(gòu)成了魯中山區(qū)的主體，主峰海拔高度均在1400 m以上,地勢(shì)陡峭,南部有徂徠山、蒙山等，地勢(shì)相對(duì)北部較緩，魯中山區(qū)西側(cè)為魯西北平原，東側(cè)為濰、沭河谷地和漫長(zhǎng)的海岸，北臨萊州灣，南面與蘇北平原接壤，全省3/4以上的山地以近圓形集中于該區(qū)，四周皆為平原，形成一個(gè)孤立的、典型的中尺度地形[7,8]。本區(qū)氣候?qū)倥瘻貛駶?rùn)氣候，年平均氣溫12℃～14.5℃，≥10℃積溫4100℃～4600℃，年降水量為700 mm～900 mm，雨量多集中在6月～9月，無(wú)霜期為190 d～220 d。區(qū)內(nèi)土壤以棕壤與褐土為主，土壤受母質(zhì)的影響，酸性巖區(qū)基本發(fā)育為棕壤，石灰?guī)r及黃土分布區(qū)基本發(fā)育成褐土。植被為各種落葉闊葉林和溫性針葉林。其中棕壤上以刺槐（R.pseudoacacia）、麻櫟(Quercus acutissima Carr)、油松(Pinus tabulaef ormis Carr)、赤松（P.densiflora）為代表,褐土上則以榆(Ulmus p umila L.)和側(cè)柏(P.orientalis)為主[9-13]。

2 材料與方法

2.1 研究材料

本研究利用山東省林業(yè)監(jiān)測(cè)規(guī)劃院第八次森林資源一類清查數(shù)據(jù)和國(guó)家林業(yè)局948項(xiàng)目中側(cè)柏、赤松和刺槐解析木數(shù)據(jù)，從濟(jì)南、濟(jì)寧、萊蕪、臨沂、泰安、濰坊、棗莊、淄博選取標(biāo)準(zhǔn)地588塊，解析木166株，其中側(cè)柏90株、赤松50株、刺槐26株，主要分布在大峰山林場(chǎng)、許家崖林場(chǎng)、魯山林場(chǎng)、原山林場(chǎng)、徂徠山林場(chǎng)、泰山林場(chǎng)、山亭林場(chǎng)、九山林場(chǎng)、嵩山林場(chǎng)、沂山林場(chǎng)、太平山林場(chǎng)、塔山林場(chǎng)、馬鞍山林場(chǎng)。側(cè)柏解析木50 a～115 a，赤松解析木年齡32 a～60 a，刺槐解析木年齡30 a～42 a。

2.2 研究方法

2.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 本研究在收集原有426塊樣地資料前提下，新增162個(gè)臨時(shí)典型樣地，樣地面積20 m×30 m，測(cè)量并記錄各項(xiàng)調(diào)查因子。選取坡向和土壤厚度兩個(gè)立地條件，按照《山東省森林資源調(diào)查操作細(xì)則》，將立地條件分成六個(gè)類型：I類（陽(yáng)坡厚土）、Ⅱ類（陽(yáng)坡中土）、Ⅲ類（陰坡厚土）、Ⅳ類（陽(yáng)坡薄土）、V類（陰坡中土）、Ⅵ類（陰坡薄土），通過(guò)控制變量法篩選樣地調(diào)查表，在目標(biāo)樣地內(nèi)選取能代表整個(gè)林分平均水平且正常生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)木1株作為解析木。按照樹干解析法要求，分別在0.0 m、1.3 m、3.6 m處取圓盤．之后每隔2 m截取，剩余不足一個(gè)區(qū)分段作為梢頭木，在梢底直徑截取圓盤。圓盤經(jīng)砂光機(jī)打磨后測(cè)定每年胸徑生長(zhǎng)量，繪制胸徑-樹高生長(zhǎng)過(guò)程曲線，區(qū)分求積。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理 在收集的樣地中，剔除林分因子記錄不詳和超過(guò)N-D-A(N，D，A分別為林分每公頃平均株數(shù)、胸徑、和年齡)曲線平均值3倍標(biāo)準(zhǔn)差的地塊。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理,將166株解析木數(shù)據(jù)采用t檢驗(yàn)(3S準(zhǔn)則),設(shè)定顯著度α=0.05,剔除19組異常數(shù)據(jù)[14]。處理后得到147株符合本次研究的解析木數(shù)據(jù)（側(cè)柏81株、赤松46株、刺槐20株）。所有數(shù)據(jù)采用EXCEL進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用SPSS 20.0進(jìn)行方差分析和多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 魯中山區(qū)側(cè)柏、赤松、刺槐解析木總體生長(zhǎng)狀況

魯中山區(qū)30 a生側(cè)柏、赤松和刺槐解析木總體生長(zhǎng)狀況：側(cè)柏平均樹高為4.71 m，樹高平均生長(zhǎng)量為0.16 m；平均胸徑為5.77 cm，胸徑平均生長(zhǎng)量為0.19 cm；平均材積為0.009835 m3，材積平均生長(zhǎng)量為0.004027 m3。赤松平均樹高為7.79 m，樹高平均生長(zhǎng)量為0.26 m；平均胸徑為11.46 cm，胸徑平均生長(zhǎng)量為0.38 cm；平均材積為0.050587 m3,材積平均生長(zhǎng)量為0.001686 m3。刺槐平均樹高為14.1 m，樹高平均生長(zhǎng)量為0.47 m；平均胸徑為14.57 cm，胸徑平均生長(zhǎng)量為0.49 cm；平均材積為0.134249 m3，材積平均生長(zhǎng)量為0.004474 m3。

按照樹木生長(zhǎng)規(guī)律，樹木的連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量隨年齡增加而逐漸上升，至一定年齡后開始下降，連年生長(zhǎng)量增長(zhǎng)速度快且達(dá)到高峰時(shí)間比平均生長(zhǎng)量早，對(duì)于材積而言，兩曲線相交時(shí)的樹齡即為數(shù)量成熟齡[15]。從魯中山區(qū)側(cè)柏、赤松、刺槐的材積生長(zhǎng)曲線(圖1)得知：側(cè)柏的數(shù)量成熟齡在65 a，赤松數(shù)量成熟齡在50 a，由于刺槐屬溫帶落葉闊葉樹種，對(duì)立地條件要求較低，生存能力強(qiáng)，研究調(diào)查刺槐林只有30 a生，數(shù)量成熟齡并未出現(xiàn)。

圖1 魯中山區(qū)側(cè)柏、赤松、刺槐材積生長(zhǎng)曲線Fig.1 Volume growth curves of Platycladus orientalis,Pinus densiflora,Robinia pseudoacacia

3.2 同一樹種在不同立地類型下生長(zhǎng)比較

以胸徑、樹高為調(diào)查因子，通過(guò)樹干解析和區(qū)分求積，分別計(jì)算30 a、40 a、50 a生側(cè)柏人工林單株材積和赤松人工林單株材積，10 a、20 a、30 a刺槐人工林單株材積，經(jīng)過(guò)方差分析與多重比較，結(jié)果見表1、表2、表3。

表1 不同立地類型30 a、40 a、50 a生側(cè)柏生長(zhǎng)比較Table 1 30a,40a,50a growth comparison under different site type of Platycladus orientalis

從表1可知，不同立地類型的30 a生、40 a生、50 a生側(cè)柏平均胸徑和平均材積差異不顯著。I、Ⅱ立地類型的側(cè)柏樹高平均生長(zhǎng)量大于總平均值，I立地類型的胸徑平均生長(zhǎng)0.23 cm，是Ⅳ立地類型(0.19)的121%，I、Ⅱ、Ⅲ立地類型的側(cè)柏胸徑年均生長(zhǎng)量大于總平均值(0.21 cm)，不同立地類型的側(cè)柏平均樹高30 a生差異不明顯，40 a生差異顯著，50 a生差異極顯著。說(shuō)明側(cè)柏生長(zhǎng)中后期，隨著樹齡增大，立地條件差別對(duì)魯中山區(qū)側(cè)柏的樹高生長(zhǎng)影響越來(lái)越明顯。50 a生側(cè)柏在立地類型I，平均樹高達(dá)8.6 m、平均胸徑達(dá)11.46 cm、平均單株材積達(dá)0.05226 m3，三種生長(zhǎng)量均大于其他立地類型下的生長(zhǎng)量，在Ⅵ立地類型各項(xiàng)生長(zhǎng)量值最小。從以上分析可知，側(cè)柏在陽(yáng)坡厚土生長(zhǎng)相對(duì)最好，在陽(yáng)坡薄土生長(zhǎng)相對(duì)最差。

從表2可知，不同立地類型的30 a生、40 a生、50 a生赤松平均樹高、平均胸徑和平均材積差異均不顯著。說(shuō)明本研究選取立地條件因子對(duì)魯中山區(qū)赤松生長(zhǎng)無(wú)顯著影響。30 a、40 a、50 a生赤松在魯中山區(qū)陽(yáng)坡（I、Ⅱ、Ⅳ），各項(xiàng)生長(zhǎng)量均值大于陰坡條件（Ⅲ、V、Ⅵ）各項(xiàng)生長(zhǎng)量均值，與赤松為喜陽(yáng)樹種相吻合，從以上分析可知，赤松在陽(yáng)坡生長(zhǎng)會(huì)更好。

表2 不同立地類型30 a、40 a、50 a生赤松生長(zhǎng)比較Table 2 30 a,40 a,50 a growth comparison under different site type of Pinus densiflora

表3 不同立地類型10 a、20 a、30 a生刺槐生長(zhǎng)比較Table 3 30 a,40 a,50 a growth comparison under different site type of Robinia pseudoacacia

從表3可知，不同立地類型的10 a生、20 a生、30 a生刺槐平均樹高和平均胸徑均差異顯著。不同立地類型10 a生的刺槐平均材積生長(zhǎng)差異達(dá)極顯著水平，20 a、30 a生刺槐平均材積差異顯著，說(shuō)明立地條件差別影響魯中山區(qū)刺槐生長(zhǎng)。30 a生刺槐在立地類型I，樹高平均生長(zhǎng)量0.36 m、胸徑平均生長(zhǎng)量0.36 cm、材積平均生長(zhǎng)量0.00537 m3、平均樹高18.07 m、平均胸徑18.2 cm、平均單株材積0.26869 m3，各項(xiàng)生長(zhǎng)量高于其他立地類型生長(zhǎng)量，10 a生和20 a生刺槐在立地類型I各生長(zhǎng)量大于其立地類型生長(zhǎng)量，從以上分析可知，刺槐在陽(yáng)坡厚土生長(zhǎng)最好。

3.3 不同樹種在同一立地類型下生長(zhǎng)比較

對(duì)20 a、30 a生的側(cè)柏、赤松、刺槐人工林平均樹高、平均胸徑和平均材積進(jìn)行方差方析與多重比較，結(jié)果見表4。

表4 20 a、30 a生側(cè)柏、赤松、刺槐不同立地類型生長(zhǎng)比較Table420a,30aPlatycladusorientalis,Pinusdensiflora,Robiniapseudoacacia’sgrowthcomparisonunderdifferentsitetypes

3.3.1 在I立地類型的生長(zhǎng)比較 經(jīng)方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達(dá)極顯著水平。用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明：刺槐的樹高、胸徑、材積與側(cè)柏和赤松的樹高、胸徑、材積有極顯著差異，側(cè)柏的樹高和材積與赤松沒有顯著差異。赤松的胸徑與側(cè)柏有極顯著差異。20 a生刺槐材積是側(cè)柏材積的2886%，是赤松的578%，赤松的材積是側(cè)柏的499%；30 a生刺槐材積是側(cè)柏的1906%，是赤松的563%，赤松材積是側(cè)柏的338%。說(shuō)明在立地類型I，刺槐相對(duì)于側(cè)柏和赤松是最優(yōu)選擇。

3.3.2 在Ⅱ立地類型的生長(zhǎng)比較 經(jīng)方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達(dá)極顯著水平。用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明：20 a和30 a刺槐與側(cè)柏樹高、胸徑、材積均達(dá)到極顯著差異，與赤松20 a、30 a樹高和30 a材積達(dá)到極顯著差異，與赤松20 a、30 a胸徑無(wú)顯著差異，與赤松20 a材積有顯著差異。赤松20 a、30 a的樹高、胸徑、材積與側(cè)柏均達(dá)到極顯著差異。20 a生刺槐材積是側(cè)柏的849%，是赤松的153%，赤松材積為側(cè)柏的554%；30 a刺槐材積為側(cè)柏的821%，是赤松的171%，赤松材積是側(cè)柏的482%。說(shuō)明在立地類型Ⅱ，刺槐是最優(yōu)選擇。

3.3.3 在Ⅲ立地類型的生長(zhǎng)比較 經(jīng)方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達(dá)極顯著水平。用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明：20 a和30 a生刺槐樹高、胸徑、材積與側(cè)柏和赤松均達(dá)到極顯著差異；20 a生赤松樹高和胸徑與側(cè)柏有顯著差異，材積無(wú)顯著差異，30 a生赤松與側(cè)柏之間各項(xiàng)生長(zhǎng)量均無(wú)顯著差異。20a生刺槐材積是側(cè)柏的945%，是赤松的279%，赤松材積是側(cè)柏的338%。30 a生刺槐材積是側(cè)柏的700%，是赤松的315%，赤松材積是側(cè)柏的222%。說(shuō)明立地類型Ⅲ，刺槐優(yōu)于側(cè)柏和赤松，赤松優(yōu)于側(cè)柏。

3.3.4 在Ⅳ立地類型的生長(zhǎng)比較 經(jīng)方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達(dá)極顯著水平。用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明：20 a和30 a生刺槐樹高、胸徑、材積與側(cè)柏和赤松均達(dá)到極顯著差異，20 a、30 a生赤松樹高和材積與側(cè)柏?zé)o顯著差異，胸徑均達(dá)極顯著差異。20 a生刺槐材積是側(cè)柏的3505%，是赤松的526%，赤松材積是側(cè)柏的666%。30 a生刺槐材積是側(cè)柏的3283%，是赤松的560%，赤松的材積是側(cè)柏的586%。說(shuō)明立地類型Ⅳ，刺槐優(yōu)于側(cè)柏和赤松。

3.3.5 在V立地類型的生長(zhǎng)比較 經(jīng)方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達(dá)極顯著水平。用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明：20 a和30 a生刺槐的樹高、材積與側(cè)柏和赤松均達(dá)極顯著差異，刺槐樹高與側(cè)柏極顯著差異，與赤松無(wú)顯著差異；20 a、30 a生赤松樹高、胸徑、材積與側(cè)柏均達(dá)到極顯著差異。20 a生刺槐材積是側(cè)柏的1104%，是赤松的197%，赤松材積是側(cè)柏的559%。30 a生刺槐材積是側(cè)柏的1053%，是赤松的168%，赤松的材積是側(cè)柏的627%，說(shuō)明立地類型Ⅳ，刺槐優(yōu)于側(cè)柏和赤松。

3.3.6 在Ⅵ立地類型的生長(zhǎng)比較 經(jīng)方差分析，平均胸徑、平均樹高、平均材積的差異均達(dá)極顯著水平。用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明：20 a、30 a生刺槐樹高、材積與側(cè)柏均達(dá)極顯著差異，與赤松胸徑和材積均無(wú)顯著差異，20 a生刺槐樹高與赤松存在顯著差異，30 a刺槐樹高與赤松無(wú)顯著差異；20 a、30 a生赤松樹高、胸徑、材積與側(cè)柏均達(dá)到極顯著差異。20 a生刺槐材積是側(cè)柏的1062%，是赤松的103%，赤松材積是側(cè)柏的1032%。30 a生刺槐材積是側(cè)柏的642%，是赤松的102%，赤松的材積是側(cè)柏的630%。說(shuō)明立地類型Ⅳ下，刺槐生長(zhǎng)優(yōu)于側(cè)柏和赤松，赤松優(yōu)于側(cè)柏，刺槐與赤松平均單株材積接近，在立地類型Ⅵ，刺槐與赤松可作主要造林樹種。

4 討論

本文通過(guò)樹干解析對(duì)刺槐、側(cè)柏、赤松進(jìn)行生長(zhǎng)過(guò)程研究。同一樹種在不同立地條件下的生長(zhǎng)分析選用了3個(gè)年齡節(jié)點(diǎn)的生長(zhǎng)量進(jìn)行比較分析，至于其他年齡節(jié)點(diǎn)之間的比較，未來(lái)需要進(jìn)一步研究；刺槐屬于溫帶落葉闊葉樹種，生長(zhǎng)速度高于側(cè)柏和赤松，數(shù)量成熟齡比二者小，受限于魯中山區(qū)刺槐人工林普遍為二代林，林分年齡基本在30 a左右，刺槐的數(shù)量成熟齡在本次研究中未出現(xiàn)，樹種之間比較分析選用三個(gè)樹種存在可比性的兩個(gè)年齡節(jié)點(diǎn)生長(zhǎng)量，導(dǎo)致側(cè)柏和赤松用于分析的數(shù)據(jù)并非包含完整的生長(zhǎng)階段，樹種間的生長(zhǎng)對(duì)比結(jié)果存在一定的局限。

另外，本文選擇坡向和土壤厚度兩個(gè)立地因子進(jìn)行樹種之間的生長(zhǎng)比較研究，關(guān)于海拔、坡位、坡度等立地因子沒有作為考慮的條件，需要繼續(xù)深入研究。

5 結(jié)論

本研究利用山東省魯中山區(qū)不同立地條件下588塊標(biāo)準(zhǔn)地、166株解析木數(shù)據(jù)，涉及8個(gè)地市、18個(gè)林區(qū)，研究區(qū)域面積6.5萬(wàn)km2，克服了以往研究數(shù)據(jù)量偏小、地區(qū)局限、缺乏代表性的問(wèn)題。采用樹干解析確保數(shù)據(jù)生長(zhǎng)量測(cè)定的準(zhǔn)確性，利用方差分析和多重比較系統(tǒng)的研究了刺槐、赤松、側(cè)柏在六種立地類型下種內(nèi)和種間的生長(zhǎng)狀況，研究結(jié)果表明：

1）魯中山區(qū)30 a生刺槐總體生長(zhǎng)狀況優(yōu)于赤松和側(cè)柏，50 a生赤松優(yōu)于側(cè)柏。赤松數(shù)量成熟齡為50 a，側(cè)柏?cái)?shù)量成熟齡為65 a。20 a、30 a刺槐在立地類型I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、Ⅵ的各項(xiàng)生長(zhǎng)量均高于赤松和側(cè)柏,且差異極顯著，說(shuō)明不同的立地類型對(duì)不同樹種生長(zhǎng)存在較大影響，刺槐在魯中山區(qū)表現(xiàn)最好，可以作為主要造林樹種的選擇；赤松在六種立地類型下，各項(xiàng)生長(zhǎng)量高于側(cè)柏，造林時(shí)，側(cè)重于栽植赤松；在立地類型Ⅵ，赤松與刺槐各項(xiàng)生長(zhǎng)量非常接近，表明在陰坡薄土下刺槐與赤松都可作為主要造林樹種選擇；

2）從側(cè)柏在6種不同立地類型生長(zhǎng)分析中可知,不同立地類型30 a生、40 a生、50 a生側(cè)柏平均胸徑和平均材積差異不顯著，說(shuō)明本研究選取立地條件因子對(duì)魯中山區(qū)側(cè)柏的生長(zhǎng)無(wú)顯著影響。50 a生側(cè)柏在魯中山區(qū)立地類型I各項(xiàng)生長(zhǎng)量值最大，在立地類型Ⅳ各項(xiàng)生長(zhǎng)量值最小。說(shuō)明側(cè)柏在陽(yáng)坡厚土生長(zhǎng)最好；

3）從赤松在6種不同立地類型生長(zhǎng)分析中可知，不同立地類型30 a生、40 a生、50 a生赤松平均胸徑和平均材積差異不顯著，說(shuō)明本研究選取立地條件因子對(duì)魯中山區(qū)赤松的生長(zhǎng)無(wú)顯著影響。赤松在魯中山區(qū)陽(yáng)坡（I、Ⅱ、Ⅳ），各項(xiàng)生長(zhǎng)量指標(biāo)均值優(yōu)于陰坡（Ⅲ、V、Ⅵ）生長(zhǎng)量，說(shuō)明赤松在陽(yáng)坡生長(zhǎng)更好；

4）從刺槐在6種不同立地類型生長(zhǎng)分析中可知,不同立地類型10 a生、20 a生、30 a生刺槐平均胸徑和平均材積差異顯著，說(shuō)明立地條件差別影響魯中山區(qū)刺槐的生長(zhǎng)，在陽(yáng)坡厚土生長(zhǎng)最好。

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