章古臺(tái)沙地樟子松天然更新影響因子研究

曹怡立 劉淑玲 張日升

摘要?以遼寧省章古臺(tái)沙地樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）人工林為研究對(duì)象，采用因子分析方法，研究了沙地樟子松人工林天然更新環(huán)境因素的影響。結(jié)果表明，沙丘的坡向是章古臺(tái)沙地樟子松天然更新質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)境因子。半陰坡為樟子松天然更新提供了適宜的水分和光照條件，天然更新幼樹株數(shù)極顯著多于其他坡向。根據(jù)章古臺(tái)沙地樟子松天然更新潛力，將地形因子劃分為3種類型，適宜天然更新類型：半陰坡;可持續(xù)人工促進(jìn)類型：陰坡、平緩沙地、半陽(yáng)坡，輔以整地、澆水等人工措施能更好地促進(jìn)樟子松天新更新;天然更新不宜類型：陽(yáng)坡。郁閉度、枯枝落葉層厚度、積沙層厚度、植被蓋度等對(duì)天然更新也起到了重要作用，在郁閉度0.3～0.6、枯枝落葉層厚度1～2cm、積沙層厚度>10cm、植被蓋度>85%條件下，天然更新的效果最好。

關(guān)鍵詞?樟子松;天然更新;環(huán)境因子

中圖分類號(hào)?S?791.253文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2019）23-0121-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.23.034

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Environmental Factors on Natural Regeneration of Pinus sylvestris var. mongolica in Zhanggutai Sandy Land

CAO Yi?li1，LIU Shu?ling1，ZHANG Ri?sheng1，2

（1.Liaoning Institute of Sandy Land Control and Utilization， Fuxin，Liaoning 123000;2.Liaoning Zhanggutai Horqin Desert Ecosystem Research Station， Fuxin，Liaoning 123000）

Abstract?Taking the Pinus sylvestris var. mongolica plantation in Zhanggutai sandy land of Liaoning Province as the research object， the environmental factors impacting natural regeneration of P.sylvestris plantation were studied by factor analysis method.The results showed that the slope direction of sand dunes was the key environmental factor for the natural regeneration quality of P.sylvestris.The semi?shady slope provided suitable water and light conditions for the natural regeneration of P.sylvestris.The number of naturally regenerated saplings was significantly more than that of other slopes. According to the natural regeneration potential of P.sylvestris in Zhanggutai sandy land， the natural regeneration was divided into three types. Natural regeneration suitable type： semi?shain slope;Sustainable artificial promotion type： shady slope， gentle sandy land and semi?sunny slope， it was better to promote natural regeneration by artificial measures such as land preparation and watering;Natural regeneration was not suitable type： sunny slope.The canopy density，thickness of the litter layer，thickness of the sand layer and vegetation coverage also played important roles in natural regeneration. The effect of natural regeneration was best under the condition of canopy density of 0.3 to 0.6，thickness of litter layer was 1 to 2cm，thickness of sand layer was >10cm， and vegetation coverage was >85%.

Key words?Pinus sylvestris var. mongolica;Natural regeneration;Environmental factor

林分的自然更新過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)過(guò)程，主要是指利用林木自身繁殖能力形成新一代的幼林。林分的自然更新過(guò)程受到自然生態(tài)因子、遺傳和再生樹種生態(tài)特征的影響。影響因子的研究主要集中在地形條件、林分條件、土壤條件和干擾方面[1]。李雪云等[1]、曾德慧等[2]、韓廣等[3]、沈海龍等[4]研究表明，樹冠密度、坡向、坡位和腐殖質(zhì)層厚度對(duì)幼樹再生有顯著影響;朱教君等[5]認(rèn)為

土壤的干旱脅迫和沙地表層（0～5 cm）與樟子松共生的外生菌根菌幾乎不能存活而導(dǎo)致幼苗根系無(wú)法形成菌根，致使存活的樟子松幼苗抗旱、抗病能力非常弱，不能越冬;劉淑玲等[6]認(rèn)為在樟子松天然更新過(guò)程中，降水量和積雪是主要環(huán)境因素?，F(xiàn)有研究大多采用比較分析方法，使用綜合方法研究多種因素對(duì)天然更新的影響極為罕見(jiàn)。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)樟子松天然更新的研究多集中在原產(chǎn)地及高緯度高海拔引種區(qū)。韓廣等[3]、王妍等[7-8]、閆德仁等[9]表示樟子松在天然更新分布區(qū)域擁有極強(qiáng)再生潛力，且天然更新幼苗的數(shù)量及年齡結(jié)構(gòu)受母樹密度、林冠密度影響，樟子松的天然更新在引種區(qū)域相對(duì)困難，更新障礙來(lái)自缺乏適宜幼苗存活的環(huán)境條件[10]。但近些年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，章古臺(tái)樟子松人工林圍封區(qū)內(nèi)存在天然更新幼樹，連年生長(zhǎng)且最大更新樹齡達(dá)28年。劉淑玲等[11-12]認(rèn)為樟子松在章古臺(tái)沙地區(qū)域可進(jìn)行天然更新，更新苗集中在降水量大的年份。然而目前仍缺乏對(duì)其天然更新影響因子的研究。筆者通過(guò)多因子分析方法探究樟子松天然更新與環(huán)境因子的關(guān)系，找出主要影響因素，為促進(jìn)天然更新提供參考和科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)。

1?研究區(qū)概況與研究方法

1.1?研究區(qū)概況?研究區(qū)位于遼寧省彰武縣章古臺(tái)鎮(zhèn)（122°25′33.05″～122°37′33.72″E、 42°39′04.19″～42°45′42.09″N），地處科爾沁沙地東南緣，海拔226.5 m。該土壤以風(fēng)沙土為主，沙層厚度達(dá)126 m;年均降水量475.5 mm，多集中在6、7、8月;年均蒸發(fā)量1 300～1 880 mm。

1.2?研究方法

1.2.1?標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置及調(diào)查。

標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)在經(jīng)多次間伐的、有天然更新的樟子松人工林內(nèi)（表1），立地為平緩沙地和起伏的沙丘。采取臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)地測(cè)量與固定試驗(yàn)觀測(cè)相結(jié)合的方法，按林況、地形不同設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地150塊，面積按林內(nèi)天然更新?tīng)顩r隨機(jī)而定，調(diào)查不同坡向坡位及平緩沙地標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)更新幼樹幼苗的數(shù)量、密度、生長(zhǎng)狀況及其組成結(jié)構(gòu)，母樹林郁閉度、平均樹高、平均胸徑、林齡;在標(biāo)準(zhǔn)地中心和4個(gè)方向?qū)蔷€中點(diǎn)選設(shè)5個(gè)1 m×1 m的樣方用于植被調(diào)查[13]，調(diào)查灌木和草本植被的種類、數(shù)量、高度、蓋度以及枯枝落葉層厚度和積沙層厚度。

1.2.2?影響因子分解。

選擇影響樟子松天然更新的環(huán)境因子對(duì)其進(jìn)行分解，環(huán)境因子包括坡向、坡位、郁閉度、枯枝落葉層厚度、積沙層厚度、植被蓋度等。各環(huán)境因子分解見(jiàn)表2。更新密度統(tǒng)計(jì)條件為郁閉度<0.6;半陰坡（西北坡、東北坡、東坡），半陽(yáng)坡（西坡、西南坡、東南坡），陽(yáng)坡（南坡），陰坡（北坡）。

1.2.3?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

應(yīng)用主成分法（principal components）進(jìn)行綜合因子分析。

因子得分公式：Fi=bi1X1+bi2X2+…+bn1Xn（i=1，2，…，n）

其中公因子Fj的方差貢獻(xiàn)率為g2j

g2j=kj=1a2ij（i=1，2，…，p）

分析軟件為SPSS 19.0。

2?結(jié)果與分析

2.1?評(píng)價(jià)過(guò)程與結(jié)果

空間格局是植物種群的基本特征，通過(guò)研究天然更新幼苗的空間格局及隨機(jī)性有助于認(rèn)識(shí)更新的生態(tài)過(guò)程以及與生境的相互關(guān)系[14]。參考相關(guān)文獻(xiàn)[1，15-17]及結(jié)合章古臺(tái)地區(qū)天然更新特征，選擇影響樟子松天然更新的環(huán)境因子并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，半陰坡的更新總頻度和更新幼樹株數(shù)最大，因此認(rèn)為半陰坡是影響樟子松天然更新的主要環(huán)境因子（表3）。

由于所調(diào)查的影響因子既有定性又有定量指標(biāo)且互為相關(guān)，因此應(yīng)用因子分析將多個(gè)相關(guān)變量轉(zhuǎn)換為幾個(gè)不相關(guān)的復(fù)合指標(biāo)。將變量通過(guò)不同指標(biāo)進(jìn)行分類，找出主導(dǎo)因子，從影響樟子松天然更新幼樹幼苗株數(shù)對(duì)各因子進(jìn)行綜合分析。

2.2?影響因子評(píng)價(jià)結(jié)果

以樟子松天然更新幼樹幼苗株數(shù)為因變量，選取的環(huán)境因子為自變量，KMO統(tǒng)計(jì)量=0.585，大于0.5，P<0.001，適合做因子分析。進(jìn)行因子分析，樣本數(shù)為150個(gè)，結(jié)果見(jiàn)表4，綜合影響因子中坡向?qū)φ磷铀捎讟溆酌缰陻?shù)的貢獻(xiàn)率最大。影響樟子松天然更新的綜合環(huán)境因子的得分排名由高至低為坡向、坡位、植被蓋度、積沙層厚度、枯枝落葉層厚度、林分郁閉度。影響樟子松天然更新的分解環(huán)境因子的得分排名由高至低為半陰坡、陰坡、上坡位、下坡位、中坡位、郁閉度0.3～0.6、枯枝落葉層厚1～2cm、積沙層厚度>10cm、植被蓋度>85%。

2.3?環(huán)境因子對(duì)樟子松天然更新的影響分析

2.3.1?地形因子對(duì)樟子松天然更新的影響。根據(jù)表4結(jié)果，坡向?qū)φ磷铀商烊桓掠绊懪琶?位，且半陰坡樟子松更新幼樹幼苗株數(shù)最好，其次為陰坡，最差的是陽(yáng)坡。表3分析結(jié)果表明，更新株數(shù)受坡向影響達(dá)到顯著差異。半陰坡相較于其他坡向差異達(dá)到極顯著水平，陰坡與陽(yáng)坡差異顯著，這與表4結(jié)果相一致。半陰坡適宜樟子松天然更新，此環(huán)境下天然更新幼樹幼苗株數(shù)和總頻度為最好，這是因?yàn)椴煌孪颦h(huán)境因子差異較大，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和日照時(shí)數(shù)是主要影響因素[18]。半陰坡、陰坡溫度較低，蒸騰減少，土壤含水量高，為種子萌發(fā)和幼樹幼苗生長(zhǎng)提供了有利條件。而陽(yáng)坡日照時(shí)數(shù)較大，輻射量大，蒸騰量大，不利于幼樹幼苗生長(zhǎng)。同時(shí)樟子松在生長(zhǎng)過(guò)程中傾向于光照充足的環(huán)境，因此半陰坡提供了適宜的土壤與環(huán)境，最適合樟子松天然更新進(jìn)行。坡位對(duì)樟子松天然更新影響差異不顯著。

2.3.2?積沙及枯枝落葉對(duì)樟子松天然更新的影響。

積沙層厚度對(duì)樟子松天然更新的影響排在第4位，是樟子松落種能否產(chǎn)生天然更新的基礎(chǔ)。由表4得分值來(lái)看，由好到差的順序?yàn)?10 cm、<5 cm、5～10 cm。由單因子方差分析（表3）得出，不同積沙層厚度對(duì)樟子松天然更新的影響存在差異。其中積沙層厚度<5 cm和5～10 cm的表現(xiàn)相近，與>10 cm之間差異顯著。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，天然更新效果與積沙層厚度成正相關(guān)。而沒(méi)有積沙的林地，土壤表層緊實(shí)，難以提供天然更新所需的最基礎(chǔ)條件，因此很難看到樟子松的天然更新。由于當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳎e沙對(duì)樟子松1、2年生幼苗安全越冬起到了保護(hù)作用。積沙層厚也有利于樟子松幼樹幼苗根系的生長(zhǎng)，利于吸收土壤水分和養(yǎng)分。

枯枝落葉層厚度對(duì)樟子松天然更新的影響排在第5位。不同枯枝落葉層厚度對(duì)樟子松天然更新的影響存在差異，其中枯枝落葉層厚度<1 cm和>2 cm表現(xiàn)相近，與1～2 cm差異顯著。天然更新幼樹株數(shù)和總頻度由大到小順序?yàn)?～2 cm、>2 cm、<1 cm，與表4得分排序相符。當(dāng)?shù)赜虚圆烧磷铀扇斯ち至窒滤舍樀牧?xí)慣，森林內(nèi)的土壤通常處于半覆蓋狀態(tài)。較薄的凋落物層有利于種子發(fā)芽、生根。因此，經(jīng)營(yíng)中可采取人為措施控制枯枝落葉層厚度，以促進(jìn)其更新。

2.3.3?植被蓋度對(duì)樟子松天然更新的影響。

植被蓋度對(duì)樟子松天然更新的影響排在第3位。不同植被蓋度對(duì)樟子松天然更新影響差異顯著，影響樟子松天然更新幼樹幼苗株數(shù)和總頻度由大到小的順序是>85%、50%～85%、<50%。這與表4得分排序相符，其中>85%與其他相比顯著差異。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有樟子松天然更新的標(biāo)準(zhǔn)地地表植被大多為灌草結(jié)合，當(dāng)草本多為1年生時(shí)，灌木為樟子松天然更新提供了庇蔭場(chǎng)所，有助于固定流沙和種子，對(duì)樟子松天然更新起到了保護(hù)作用。而多年生牧草（如虎尾草）覆蓋的林地，土壤層密集的草根盤結(jié)基本無(wú)法進(jìn)行更新，即使有更新，更新幼樹也無(wú)法存活下來(lái)。

2.3.4?林分郁閉度對(duì)樟子松天然更新的影響。

光照條件是種子萌發(fā)生長(zhǎng)的關(guān)鍵。林分郁閉度對(duì)樟子松天然更新的影響實(shí)質(zhì)是光照條件的影響，光的變化能改變森林微環(huán)境溫度和土壤水分含量，從而影響樟子松天然更新的模式和過(guò)程[19]。不同郁閉度對(duì)樟子松天然更新的影響差異顯著（表3）。從幼樹幼苗株數(shù)和總頻度看，郁閉度0.3～0.6好于郁閉度<0.3，這與表4中郁閉度得分排序相符。郁閉度>0.6時(shí)很難進(jìn)行天然更新。因此，在經(jīng)營(yíng)中可采取調(diào)控郁閉度的措施促進(jìn)其天然更新進(jìn)行。

3?結(jié)論

（1）坡向是影響章古臺(tái)沙地樟子松天然更新質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)境因子。坡向在很大程度上決定著水分和光照條件，天然更新由好到差的順序?yàn)榘腙幤?、陰坡、半?yáng)坡、平緩沙地、陽(yáng)坡。坡向?qū)Ω掠讟溆酌缰陻?shù)的影響達(dá)到差異顯著水平，半陰坡相較于其他坡向達(dá)到差異極顯著水平;陰坡與陽(yáng)坡差異顯著;半陰坡為樟子松天然更新提供了適宜的水熱條件和土壤理化特性，適宜樟子松天然更新進(jìn)行，而陽(yáng)坡天然更新比較困難。坡位對(duì)樟子松天然更新影響差異不顯著。根據(jù)章古臺(tái)沙地樟子松天然更新潛力，按地形因子將章古臺(tái)沙地樟子松天然更新劃分3類：①適宜天然更新類型，半陰坡，天然更新幼樹株數(shù)達(dá)1 262株/hm2;②可持續(xù)人工促進(jìn)類型，包括陰坡、平緩沙地、半陽(yáng)坡，其更新幼樹株數(shù)為113～440株/hm2，經(jīng)過(guò)輔以整地、澆水等措施可以達(dá)到更新標(biāo)準(zhǔn);③天然更新不宜類型，陽(yáng)坡，更新幼樹株數(shù)僅為7株/hm2。

（2）郁閉度、積沙層厚度、植被蓋度、枯枝落葉層厚度是影響章古臺(tái)沙地樟子松天然更新的重要因子，郁閉度0.3～0.6時(shí)更新密度和更新頻度最大，<0.3時(shí)次之，但當(dāng)郁閉度>0.6時(shí)幾乎沒(méi)有天然更新幼樹，天然更新無(wú)法正常進(jìn)行。積沙層厚度決定著樟子松落種是否能夠產(chǎn)生天然更新的基礎(chǔ)，積沙層越厚，天然更新效果越好。天然更新由好到差的順序?yàn)?10 cm、<5 cm、5～10 cm，不同積沙層厚度對(duì)樟子松天然更新的影響為顯著差異。不同植被蓋度對(duì)樟子松天然更新影響為顯著差異，影響樟子松天然更新幼樹幼苗株數(shù)由大到小的順序是>85%、50%～85%、<50%，灌草結(jié)合利于樟子松天然更新。不同枯枝落葉層厚度對(duì)樟子松天然更新影響為顯著差異，其中枯枝落葉層厚度1～2 cm時(shí)表現(xiàn)最好。

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