丹江口庫(kù)區(qū)柏樹生長(zhǎng)主導(dǎo)因子及生長(zhǎng)過(guò)程研究

李細(xì)牛 劉學(xué)全 王常紅 韓錦菊

摘 要： 為給困難立地造林提供技術(shù)支撐，筆者對(duì)丹江口庫(kù)區(qū)柏樹生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子和生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，丹江口庫(kù)區(qū)的柏樹生態(tài)林優(yōu)勢(shì)樹種以柏木和側(cè)柏為主（分別占60.87%和36.25%）。影響側(cè)柏林分平均高的主導(dǎo)因子為土層厚度、土壤類型和坡度;最宜于側(cè)柏生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子組合分別為：土層>20 cm，黃棕壤類，坡度≤15°;土層>20 cm，石灰土類，坡度≤15°。無(wú)論側(cè)柏還是柏木，都更適宜于黃棕壤類土壤，但在石灰土類土壤上造林，選擇側(cè)柏比選擇柏木成活率高，成林更早，后期生長(zhǎng)更快。

關(guān)鍵詞： 柏樹生態(tài)林;主導(dǎo)因子;生長(zhǎng)過(guò)程;丹江口庫(kù)區(qū)

中圖分類號(hào)：S727.21?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1004-3020（2021）02-0006-05

Study on Dominant Factors and Growth Process of Cupressus funebris Ecological

Forest in Danjiangkou Reservoir Area

Li Xiniu（1） Liu Xuequan（2） Wang Changhong（3） Han Jinju（4）

（1.Shiyan City Forestry Technology Promotion Center Shiyan 442000; 2.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075;

3.Hubei Daba Mountain Forest Ecosystem Research Station Shiyan 442000;

4.Shiyan City Forestry Survey Planning and Design Institute Shiyan 442000;

5.Shiyan City Yunyang District Forestry Bureau Shiyan 442000）

Abstract： In order to provide technical support for afforestation on difficult sites， the dominant factors and growth process of cypress ecological forest in Danjiangkou Reservoir Area were analyzed. The results showed that the dominant species of cypress ecological forest in Danjiangkou Reservoir Area were mainly Cupressus funebris and Platycladus orientalis（60.87% and 36.25%）.? The main factors affecting the mean height of Platycladus orientalis stand were soil layer thickness， soil type and slope. The most suitable combination of dominant factors for the growth of Platycladus orientalis is： The thickness of soil layer is more than 20 cm， the soil type is yellow brown soil， the slope is less than 15 degrees， and the thickness of soil layer is more than 20 cm， the soil type is calcareous soil， the slope is less than 15 degrees.Both Platycladus orientalis and Cupressus funebris are more suitable for yellow brown soil， but in calcareous soil， platycladus orientalis is more suitable for afforestation than for Cupressus funebris.

Key words： Cupressus funebris ecological forest;dominant factors;growth process;Danjiangkou Reservoir Area

丹江口庫(kù)區(qū)是南水北調(diào)中線工程核心水源地。歷史上，庫(kù)區(qū)曾水土流失嚴(yán)重，生態(tài)一度惡化。經(jīng)過(guò)九十年代消滅荒山、綠化達(dá)標(biāo)和防護(hù)林工程建設(shè)大力造林，庫(kù)區(qū)生態(tài)得到根本改善，森林覆蓋率大幅提高。但由于區(qū)域內(nèi)局部地段土層薄，坡度大，自然稟賦極差，雖經(jīng)多年多次造林，卻始終未能成林達(dá)標(biāo)。為了啃下庫(kù)區(qū)造林綠化的硬骨頭，各級(jí)林業(yè)部門啟動(dòng)了精準(zhǔn)滅荒三年行動(dòng)，在丹江口庫(kù)區(qū)造林困難地段興建精準(zhǔn)滅荒示范點(diǎn)。筆者對(duì)丹江口庫(kù)區(qū)柏樹Cupressus funebris生態(tài)林的立地因子和生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行分析，為給困難立地造林提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

丹江口湖北庫(kù)區(qū)，包括十堰市張灣區(qū)、丹江口市、鄖西縣和鄖陽(yáng)區(qū)（110°48′～ 111°35′E，32°14′～ 32°58′N），屬于亞熱帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，熱量豐富，雨熱同季，年降雨量750 mm左右，年蒸發(fā)量為1 979.1 mm。土壤構(gòu)成大部分為黃棕壤、黃壤，成土母質(zhì)由石灰?guī)r、片麻巖等發(fā)育而成[1]。

1.2 數(shù)據(jù)調(diào)查與處理

（1）數(shù)據(jù)調(diào)查。收集區(qū)域內(nèi)2009年森林資源清查小班數(shù)據(jù)，包括權(quán)屬、地類、林種等管理因子，坡向、坡度等立地因子。小班因子調(diào)查方法遵照森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)程和湖北省森林資源普查操作細(xì)則。海拔、坡度、坡位、坡向等立地因子通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、查地形圖、查詢DEM數(shù)據(jù)確定。平均樹高為小班內(nèi)各調(diào)查點(diǎn)平均樹高的算術(shù)平均值。平均胸徑為小班內(nèi)各調(diào)查點(diǎn)平均胸徑的算術(shù)平均值。平均年齡通過(guò)訪問、查經(jīng)營(yíng)檔案的辦法獲得。

（2） 數(shù)據(jù)處理步驟。①對(duì)丹江口庫(kù)區(qū)內(nèi)2 438個(gè)柏樹生態(tài)林小班數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除異常數(shù)據(jù)后，用于各種柏樹分類面積匯總和林齡分布情況分析。②在全部小班中篩選年齡為20 a、優(yōu)勢(shì)樹種為側(cè)柏的小班，篩選出128個(gè)小班樣本用于主導(dǎo)因子分析。③根據(jù)各種柏樹分類匯總情況和主導(dǎo)因子分析結(jié)果，提取側(cè)柏和柏木不同土壤類型上的年齡與小班平均樹高和平均直徑數(shù)據(jù)，用于柏樹生態(tài)林在不同土壤類型上生長(zhǎng)模型分析。

1.3 分析方法

（1） 數(shù)據(jù)預(yù)處理和分類匯總采用Excel相關(guān)功能。

（2）柏樹生態(tài)林的主導(dǎo)因子分析采用數(shù)量化逐步回歸分析[2]。選取坡度、坡向、坡位、海拔、土壤類型、土層厚度等立地因子作為建模自變量，小班平均高作為因變量。將小班立地因子按照分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)量化轉(zhuǎn)換，確定立地因子及其分類（分級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)（如表1）。編制原始數(shù)據(jù)反應(yīng)表，計(jì)算特征值和相關(guān)矩陣，用F檢驗(yàn)逐步引入主導(dǎo)因子，求得回歸模型系數(shù)。

（3） 研究柏樹生態(tài)林在不同土壤類型上生長(zhǎng)模型采用多項(xiàng)式回歸、邏輯斯蒂模型和Richards等多種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，結(jié)合相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果確定最佳擬合方程[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 丹江口庫(kù)區(qū)柏樹生態(tài)林優(yōu)勢(shì)樹種組成及其分類比例

如表2，庫(kù)區(qū)柏樹生態(tài)林的優(yōu)勢(shì)樹種有側(cè)柏、柏木、刺柏Juniperus formosana、圓柏Sabina chinensis四種，柏木和側(cè)柏分別占各類柏樹生態(tài)林總面積60.87%和36.25%。

按起源分類，丹江口庫(kù)區(qū)柏樹生態(tài)林主要是人工林，占63.26%;在土壤類型分布上，黃棕壤類占50.47%，石灰土類占48.87%。

2.2 側(cè)柏生態(tài)林面積按林齡分段分布情況

丹江口庫(kù)區(qū)林齡為20 a的側(cè)柏生態(tài)林面積占比最大，達(dá)到14.5%。按齡級(jí)期限20 a、齡組40 a的標(biāo)準(zhǔn)劃分，丹江口庫(kù)區(qū)側(cè)柏生態(tài)林皆處于幼齡林階段。若按10年期分段匯總計(jì)算比例，如圖1所示，丹江口庫(kù)區(qū)側(cè)柏生態(tài)林林齡主要處于11～20年段和21～30年段。

2.3 影響柏樹生態(tài)林生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子分析

運(yùn)用數(shù)量化逐步回歸分析方法對(duì)影響庫(kù)區(qū)柏類生態(tài)林主要生態(tài)因子進(jìn)行分析，在F0.10檢驗(yàn)水平下，經(jīng)3次相關(guān)矩陣變換和顯著性檢驗(yàn)，x7、x5和x1三個(gè)變量按偏相關(guān)系數(shù)大小先后被引入方程，表明影響庫(kù)區(qū)柏類生態(tài)林生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子按相關(guān)程度大小分別為土層厚度、土壤類型和坡度?；貧w方程式為：

┌Y= 0.5979f（x1）+0.6753f（x5）+0.7846f（x7）+-4.1719

│

│????? ┌Ci1???? 當(dāng)Xi取第1類時(shí)

│????? │Ci2???? 當(dāng)Xi取第2類時(shí)

│????? │...???? ...

└f（xi）=│Cij???? 當(dāng)Xi取第j類時(shí)

│...???? ...

└Cik???? 當(dāng)Xi取第k類時(shí)

回歸分析各次變換后的F檢驗(yàn)值如表3?；貧w方程方差分析結(jié)果如表5。

運(yùn)用回歸方程計(jì)算主導(dǎo)因子18個(gè)組合對(duì)應(yīng)的側(cè)柏生態(tài)林20 a時(shí)樹高理論值見表5。由表可知，林分高最大的兩個(gè)組合是：土層>20 cm，坡度≤15度，土壤類型分別為黃棕壤類和石灰土類，說(shuō)明側(cè)柏的適宜立地條件為坡緩、土層深厚，土壤類型為黃棕壤類土或石灰土類土。

2.4 柏樹生態(tài)林在不同土壤類型上的生長(zhǎng)模型

運(yùn)用多項(xiàng)式回歸、邏輯斯蒂模型和Richards等多種數(shù)學(xué)模型對(duì)側(cè)柏和柏木在不同土壤類型上的樹高和直徑生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見表7和表8。

綜合表7和表8分析可知，側(cè)柏和柏木在不同土壤類型上，樹高與樹齡的相關(guān)性整體上比直徑與樹齡的相關(guān)性要高。三種擬合方法中，樹高適用多項(xiàng)式擬合，直徑適用Richards模型方法。

繪制側(cè)柏、柏木在黃棕壤和石灰土上林分平均高函數(shù)圖。如圖2所示：①相同林齡，無(wú)論是側(cè)柏還是柏木，黃棕壤上的高生長(zhǎng)大于石灰土上的高生長(zhǎng);②側(cè)柏在石灰土上的高生長(zhǎng)，在20 a時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，到接近30 a時(shí)與在黃棕壤上的高生長(zhǎng)達(dá)到一致。③在石灰土上，側(cè)柏造林后5 a內(nèi)和30 a后，高生長(zhǎng)皆大于柏木。表明在石灰質(zhì)土壤上選擇側(cè)柏造林比選擇柏木造林成活、成林早，后期生長(zhǎng)快。④柏木在黃棕壤上的高生長(zhǎng)，17 a時(shí)超過(guò)側(cè)柏;在石灰質(zhì)土壤上的高生長(zhǎng)，26 a時(shí)卻落后于側(cè)柏。

3 結(jié)論與討論

（1）丹江口庫(kù)區(qū)柏樹生態(tài)林的優(yōu)勢(shì)樹種有側(cè)柏、柏木、刺柏、圓柏四種，面積占比最大的是柏木和側(cè)柏（60.87%和36.25%）;起源為人工林的柏樹生態(tài)林占63.26%;主要分布在黃棕壤類和石灰土類土壤上，分別占比50.47%和48.87%。側(cè)柏林齡主要處于20～30 a，其中，林齡為20 a的占比最大（14.5%）。

（2）影響丹江口庫(kù)區(qū)柏樹生態(tài)林生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子按相關(guān)程度大小分別為土層厚度、土壤類型和坡度。最適宜于側(cè)柏生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子組合分別為：土層>20 cm，黃棕壤類，坡度≤15度;土層>20 cm，石灰土類，坡度≤15度。說(shuō)明側(cè)柏的適宜立地條件為土層深厚、坡度平緩的黃棕壤類土壤或石灰土類土壤。

（3）從柏樹生態(tài)林的生長(zhǎng)過(guò)程看，無(wú)論側(cè)柏還是柏木，在黃棕壤類土壤上比在石灰土類土壤上生長(zhǎng)更快。然而，對(duì)于在石灰土類土壤上造林，選擇側(cè)柏比選擇柏木，成活、成林更早，后期生長(zhǎng)更快。

（4）研究柏樹生態(tài)林的生長(zhǎng)過(guò)程和影響柏樹生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子，對(duì)于在實(shí)施困難立地造林工程中正確選擇造林樹種，做到適地適樹，以及科學(xué)指導(dǎo)柏樹生態(tài)林的經(jīng)營(yíng)管理，具有現(xiàn)實(shí)作用。若應(yīng)用多期連清調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)柏樹生態(tài)林在多個(gè)時(shí)間段的消長(zhǎng)變化情況結(jié)合同期林業(yè)政策和措施進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)于掌握森林資源增長(zhǎng)的外在推動(dòng)力亦有十分重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉學(xué)全，唐萬(wàn)鵬，崔鴻俠. 丹江口庫(kù)區(qū)主要植被類型水源涵養(yǎng)功能綜合評(píng)價(jià)[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2009（1）：59-63.

[2]計(jì)合憲，李細(xì)牛.數(shù)量化逐步回歸的初步探討[J].湖北林業(yè)科技， 1995（4）：6-9.

[3]唐啟義. DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)挖掘[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

（責(zé)任編輯：唐 嵐）

收稿日期：2020-08-25

基金項(xiàng)目：中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資金項(xiàng)目“丹江口庫(kù)區(qū)水源涵養(yǎng)林營(yíng)建技術(shù)推廣示范（鄂[2018]TG03號(hào)）”。

作者簡(jiǎn)介：李細(xì)牛（1962～），男，高級(jí)工程師，主要從事林木栽培技術(shù)研究和推廣等工作。