雅魯藏布江中游巨柏種群立地分類研究

李瑛萍,趙玉文,姚 祺,楊小林,趙墾田

(西藏農(nóng)牧學(xué)院,西藏 林芝 860000)

森林立地是在一定空間內(nèi)通過氣候、地質(zhì)、地貌、土壤、水分、植被及其他生物等對(duì)森林生長(zhǎng)和發(fā)育有重大影響意義的自然環(huán)境因子的總體[1-2]。立地分類是根據(jù)立地特征的相似性和差異性將林業(yè)用地和林地生產(chǎn)力綜合地自然分類[3-4]。立地類型是立地分類的基本單位,是把具有相同或相近環(huán)境條件的所有地段劃分成統(tǒng)一立地類型的分類單位[5-6]。通過森林立地分類對(duì)森林撫育經(jīng)營、造林工作及森林資源的管理具有重要意義[7-8]。因此,立地是森林生長(zhǎng)發(fā)育的重要物質(zhì)基礎(chǔ),不同的立地條件,適合不同的森林樹種生長(zhǎng)和發(fā)育[9],正確地劃分和應(yīng)用立地類型是提高林地生產(chǎn)效益的重要手段之一。

巨柏(Cupressusgigantean),隸屬于柏科(Cupressaceae)、柏木屬(Cupressus),又名雅魯藏布江柏木,藏語稱秀柏,為常綠大喬木,西藏特有的國家一級(jí)保護(hù)植物[10]。巨柏壽命長(zhǎng),樹齡可達(dá)2 000余年,其樹干筆直、高大挺拔、樹姿優(yōu)美、材質(zhì)優(yōu)良,且耐干旱瘠薄,是藏東南城鄉(xiāng)綠化、荒地造林的重要樹種[11]。巨柏天然分布狹窄,僅分布于西藏雅魯藏布江中游沿江部分山坡和谷底及其支流尼洋河下游,垂直分布范圍為海拔3 000～3 400 m,分朗縣、米林縣、巴宜區(qū)3個(gè)獨(dú)立種群[12]。其中,朗縣為主要分布區(qū),其種群面積最大、沿雅魯藏布江呈“走廊式”帶狀分布,而米林種群和巴宜種群面積很小,呈“島狀”分布[12-13]。從20世紀(jì)70年代末80年代初人們關(guān)注巨柏保護(hù)開始,巨柏研究領(lǐng)域不斷拓展,認(rèn)識(shí)不斷深入,主要涉及生物生態(tài)學(xué)特性[14]、群落特征[15-16]、擴(kuò)繁技術(shù)[17-19]、瀕危機(jī)制[20-21]等方面。在巨柏種群立地分類方面,邊喜麗等[22-23]開展過相關(guān)研究。本文以雅魯藏布江中游朗縣種群巨柏為研究對(duì)象,通過環(huán)境和植被綜合多因子分析,對(duì)巨柏生長(zhǎng)地進(jìn)行立地類型劃分,掌握適合巨柏生存環(huán)境的立地類型,以期為巨柏林經(jīng)營管理以及西藏河谷地帶立地類型劃分方法提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于雅魯藏布江中游朗縣地段,西起朗縣縣城西,東至朗縣與米林交界處沿江海拔3 400 m以下峽谷,地理坐標(biāo)為28°40′～29°29′N,92°28′～93°16′E。該區(qū)屬青藏高原半濕潤-半干旱季風(fēng)氣候區(qū),年均日照達(dá)2 000～2 500 h,日照百分率70%～80%,太陽年輻射700 MJ/m2,降雨量偏少、且四季不均,年均降水量在350～600 mm,多集中在6—9月份,多為夜雨,占全年降水量的90%以上,年蒸發(fā)量在1 201～2 682 mm,約為降水量的4倍。干季長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月,濕季僅4個(gè)月。年均溫11.0℃,年均最高溫19.1℃,年均最低溫5.3℃,年均溫日較差13.8℃,全年無霜期日數(shù)平均在130～170 d。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

分別于2018年、2019年在雅魯藏布江中游朗縣段根據(jù)地形特點(diǎn)的不同分別設(shè)置44塊樣地進(jìn)行調(diào)查,樣地大小為10 m×10 m,調(diào)查數(shù)據(jù)包括環(huán)境因子(地形、坡向、坡度、土壤)和植被因子。

2.2 立地分類

按照巴登-符騰堡分類法將環(huán)境因子和植被因子綜合進(jìn)行立地分類[24-25]。根據(jù)野外調(diào)查信息,選擇易于調(diào)查、穩(wěn)定性較高且對(duì)立地分類起到?jīng)Q定性作用的因子,根據(jù)不同立地類型組分別進(jìn)行調(diào)查。選擇地貌、海拔、坡向、坡度、石礫含量、 土層(沙層)厚度、土壤成分、土壤容重、總孔隙度、土壤通氣度、自然含水率、pH 等通過主成分分析篩選主導(dǎo)因子后進(jìn)行立地分類。

2.3 土壤測(cè)定

土樣經(jīng)過處理后,參照土壤農(nóng)化分析[26]測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo):土壤比重采用比重瓶法測(cè)量,土壤自然含水量采用烘干法測(cè)量,土壤pH值采用酸度劑測(cè)定法測(cè)量,環(huán)刀法測(cè)量土壤容重和總孔隙度(包括毛管孔隙度及非毛管孔隙度)釆用環(huán)刀法進(jìn)行測(cè)定。

2.4 立地分類單位的確定

根據(jù)《中國森林立地分類》區(qū)分區(qū)劃法,共分為6級(jí)分類系統(tǒng):一級(jí)分類單位,立地區(qū)域；二級(jí)分類單位,立地區(qū)；三級(jí)分類單位,立地亞區(qū)；四級(jí)分類單位,立地類型小區(qū)；五級(jí)分類單位,立地類型組；六級(jí)分類單位,立地類型。其中,立地類型是立地分類系統(tǒng)中的基本單位[27]。

3 結(jié)果與分析

3.1 巨柏種群立地分類

依據(jù)上述分類單位并參考《西藏自然地理》與《西藏地貌》[28-29],朗縣巨柏種群的立地分類單位屬于西南高山峽谷亞熱帶立地區(qū)域,其次向下分為:雅魯藏布江立地區(qū)、西南高山峽谷立地區(qū)。雅魯藏布江立地區(qū)分為3個(gè)立地亞區(qū):雅魯藏布江上游立地亞區(qū)、雅魯藏布江中游立地亞區(qū)、藏南高原湖盆立地亞區(qū)。雅魯藏布江中游立地亞區(qū)可分2個(gè)立地小區(qū)為:雅魯藏布江中游山地立地小區(qū)、雅魯藏布江中游谷地立地小區(qū)。試驗(yàn)地(巨柏種群生境)位于雅魯藏布江中游谷地立地類型小區(qū),地形特征可分為5個(gè)立地類型組:巖石裸露地、山麓坡地、階地、河灘地(河漫灘)、水線岸邊,最后再確定立地類型。

3.2 立地因子主成分

3.2.1山麓坡地

對(duì)山麓坡地立地因子進(jìn)行主成分分析(表1),通過各因子的方差貢獻(xiàn)率確定各因子的權(quán)重,一般情況下選擇累計(jì)貢獻(xiàn)率超過80%的成分作為主成分[30-31]。由表1可知,前4個(gè)主成分的特征值分別為2.040,1.808,1.605,1.055,其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)81.356%,因此,選擇其為主導(dǎo)因子包括了該立地類型組的綜合狀況。

表1 立地因子主成分的方差解釋表

對(duì)山麓坡地立地因子的8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)矩陣分析,得到8個(gè)因子的載荷值(表2),從每個(gè)主成分中選取載荷值最大的因子作為主導(dǎo)因子。結(jié)果顯示:第一主成分中坡向的載荷值最大為0.678,說明第一主成分是對(duì)坡向的描述；第二主成分中坡度的載荷值最大為0.869,說明第二主成分描述了坡度的信息；第三主成分中土壤容重的載荷值最大為0.865,說明第三主成分反映了土壤容重的綜合情況；第四主成分中含水率的載荷值最大為0.742,說明第四主成分是對(duì)水分含量的綜合反應(yīng)。因此,在山麓坡地立地類型組劃分時(shí)選擇坡向、坡度、土壤容重及含水率作為主導(dǎo)因子。根據(jù)表2可得到各主成分的表達(dá)式為:Y1=0.678X1-0.065X2+0.642X3-0.737X4+0.310X5+0.364X6+0.620X7+0.081X8；Y2=-0.007X1+0.869X2-0.393X3-0.263X4+0.505X5-0.638X6+0.344X7-0.221X8；Y3=-0.461X1-0.141X2+0.289X3+0.144X4-0.050X5-0.468X6+0.547X7+0.865X8；Y4=-0.494X1+0.051X2+0.223X3-0.013X4+0.742X5+0.346X6-0.287X7+0.085X8。其中:X1為坡向,X2為坡度,X3為石礫含量,X4為總孔隙度,X5為含水率,X6為pH,X7為海拔,X8為土壤容重。

表2 立地因子相關(guān)矩陣的特征向量

3.2.2階地

對(duì)立地因子進(jìn)行主成分方差分析。由表3可知,有4個(gè)公因子的特征值大于1,分別為2.464,2.057,1.598,1.133,且其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到80.581%,表明前4個(gè)主成分能代表該立地的綜合性狀。

表3 立地因子主成分的方差解釋表

對(duì)階地立地因子的9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)矩陣分析可知(表4):第一主成分中土壤質(zhì)地的載荷值最大為0.777,說明第一主成分是對(duì)土壤質(zhì)地的描述；第二主成分中土層厚度的載荷值最大為0.736,說明第二主成分反映的是土層厚度的立地信息；第三主成分中石礫含量的載荷值最大為0.896,說明第三主成分反映了石礫含量的綜合情況；第四主成分中土壤容重的載荷值最大,說明第四主成分是對(duì)土壤容重的綜合反應(yīng)。因此,確定影響階地立地類型組劃分的主導(dǎo)因子是土壤質(zhì)地、土層厚度、石礫含量和土壤容重。根據(jù)表4可得到各主成分的表達(dá)式為:Y1=0.031X1-0.489X2+0.777X3+0.217X4+0.687X5+0.283X6-0.908X7+0.185X8+0.404X9；Y2=0.736X1+0.339X2+0.252X3-0.292X4-0.587X5+0.167X6+0.009X7+0.723X8+0.598X9；Y3=0.329X1+0.025X2-0.189X3+0.896X4+0.073X5-0.624X6+0.102X7-0.113X8+0.481X9；Y4=0.013X1+0.590X2-0.406X3+0.181X4+0.151X5+0.605X6-0.276X7-0.271X8+0.221X9。其中:X1為土層厚度,X2為植被蓋度,X3為土壤質(zhì)地,X4為石礫含量,X5為海拔,X6為土壤容重,X7為總孔隙度,X8為含水率,X9為pH。

表4 立地因子相關(guān)矩陣的特征向量

3.2.3河灘地

對(duì)河灘地立地因子進(jìn)行主成分分析可知(表5),前4個(gè)公因子的特征值均大于1,分別為2.241,1.626,1.393,1.181,其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)80.510%。由此表明前4個(gè)主成分可以用來描述該立地的綜合性狀。

表5 立地因子主成分的方差解釋表

對(duì)河灘地立地因子的8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)矩陣分析可知(表6),第一主成分中地勢(shì)的載荷值最大為0.882,說明第一主成分是對(duì)地勢(shì)的描述；第二主成分中含水率的載荷值最大為0.762,說明第二主成分描述了土壤水分含量；第三主成分中沙層厚度的載荷值最大為0.758,說明第三主成分反映了沙層厚度的綜合情況；第四主成分中植被蓋度最大為0.675,說明第四主成分是對(duì)植被蓋度的綜合反應(yīng)。通過分析可以看出,地勢(shì)、沙層厚度、含水率和植被蓋度對(duì)河灘地立地類型劃分的作用最大,可以選擇為立地分類的主導(dǎo)因子。根據(jù)表6可得到各主成分的表達(dá)式為:Y1=-0.162X1+0.882X2-0.233X3+0.031X4+0.877X5-0.083X6-0.155X7+0.762X8；Y2=0.536X1-0.100X2-0.189X3+0.466X4-0.165X5-0.542X6+0.762X7+0.439X8；Y3=0.189X1-0.251X2+0.758X3+0.618X4+0.225X5+0.420X6-0.160X7+0.291X8；Y4=0.675X1+0.152X2-0.026X3-0.462X4+0.160X5+0.599X6+0.314X7-0.076X8。其中:X1為植被蓋度,X2為地勢(shì),X3為沙層厚度,X4為沙粒大小,X5為土壤容重,X6為總孔隙度,X7為含水率,X8為pH。

表6 立地因子相關(guān)矩陣的特征向量

3.3 立地類型劃分

在已有調(diào)查的基礎(chǔ)上,參考《中國森林立地分類》、《西藏地貌》、《西藏自然地理》得出雅魯藏布江中游朗縣巨柏種群的立地類型組,再根據(jù)因子的結(jié)果,可以得到具體的立地類型(表7)。

表7 朗縣巨柏種群立地類型

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

1) 趙彬[32]采用主成分分析法分析了西藏魯朗66個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地,調(diào)查實(shí)測(cè)材料首先選取分類因子,再根據(jù)分類因子與立地的關(guān)系共選取地形因子(海拔高度、坡度、坡向)和土壤因子(土層厚度、土壤質(zhì)地、石礫含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量)7個(gè)因子,共劃分出8個(gè)森林立地類型,并且認(rèn)為以此方法在西藏高山峽谷林區(qū)劃分森林立地類型較適宜。張廣軍[33]根據(jù)西藏“一江兩河”地區(qū)的自然條件,依據(jù)地域分異特點(diǎn):地形、地下水位、土壤質(zhì)地、土壤中礫石含量、土壤肥力分析并研究了影響林木生長(zhǎng)與成活的主要立地因子的變化規(guī)律,并以此為依據(jù)劃分了4個(gè)立地類型組,12個(gè)森林立地類型?？茼w[34]根據(jù)中國森林立地分類,把拉薩河谷的立地分為:藏西南山地溫暖半干旱灌叢草原立地區(qū)域,雅魯藏布江中游立地區(qū),雅魯藏布江中游谷立地亞區(qū),拉薩河河谷立地類型小區(qū)；其次根據(jù)拉薩河谷不同的地形確定了4個(gè)立地類型組,采用主成分分析選擇各立地類型組的主導(dǎo)因子,并結(jié)合聚類和土體構(gòu)型劃分出16個(gè)立地類型。本研究中,通過調(diào)查和參考中國森林立地分類、西藏地貌、西藏自然地理先確定朗縣巨柏種群地形特征,再根據(jù)主成分分析篩選各立地因子后確定立地類型,這與其他科研工作者在西藏不同地區(qū)進(jìn)行立地分類的研究方法一致,且此方法對(duì)西藏河谷地帶立地類型劃分的方法提供一定的基礎(chǔ)。

2) 本研究在進(jìn)行立地分類時(shí)只采用了傳統(tǒng)的研究方法,存在一定的局限性。今后在西藏各地區(qū)立地分類時(shí)可以多應(yīng)用RS和GIS,這樣不僅能實(shí)現(xiàn)立地類型劃分信息的快速提取、自動(dòng)化分類以及可視化表達(dá)和空間查詢,還可以將立地分類由定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治?數(shù)量化理論、聚類分析方法等),使西藏林地經(jīng)營目標(biāo)更為明確,使林分朝目標(biāo)林方向發(fā)展。林地劃分類型也可根據(jù)不同時(shí)期的目標(biāo)通過進(jìn)一步研究取得,可設(shè)計(jì)出與林地類型配套的經(jīng)營措施體系,將適地適樹造林和森林經(jīng)營研究提高到一個(gè)較高水平。

4.2 結(jié)論

1) 參考《中國森林立地分類》、《西藏地貌》、《西藏自然地理》得出雅江中游朗縣巨柏種群的立地類型組分別為:巖石裸露地立地類型組、山麓坡地立地類型組、階地立地類型組、河灘地(河漫灘)立地類型組、水線岸邊立地類型組。

2) 采用數(shù)量化方法,分別各立地類型組的各立地因子進(jìn)行分析,篩選各立地類型組的主導(dǎo)因子,得出:山麓坡地立地類型組的主要立地因子為坡向、坡度、土壤容重及含水率；階地立地類型組的主要立地因子為土壤質(zhì)地、土層厚度、石礫含量和土壤容重；河灘地(河漫灘)立地類型組的主要立地因子為地勢(shì)、沙層厚度、含水率和植被蓋度；巖石裸露地立地類型組和水線岸邊立地類型組受條件限制只采用調(diào)查的方法進(jìn)行分類。

3) 根據(jù)立地分類的原則和依據(jù),構(gòu)建朗縣巨柏種群立地分類,將朗縣巨柏種群劃分為5個(gè)立地類型組,15個(gè)立地類型。