鄂北崗地造林樹種選擇研究

佘遠(yuǎn)國，張永敢，孫啟艷，林玉良，白 濤

(1. 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430200； 2. 棗陽市自然資源與規(guī)劃局，湖北 棗陽 441200；3. 丹江口市自然資源與規(guī)劃局，湖北 丹江口 442700)

長江經(jīng)濟(jì)帶是國家三大戰(zhàn)略區(qū)域之一，長江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展以“共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā)”為導(dǎo)向，堅(jiān)持“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，長江經(jīng)濟(jì)帶綠化造林無疑是“大保護(hù)”重要舉措。為此，湖北省2017年開始實(shí)施 “精準(zhǔn)滅荒”工程，至2020年，已完成13.87萬hm2荒山造林。經(jīng)過多年努力，湖北荒山綠化方式已經(jīng)由過去的“普遍滅荒”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸攸c(diǎn)清除”，昔日一些難啃的荒山硬骨頭成為當(dāng)下及未來一段時期國土綠化的攔路虎。鄂北崗地主要是指湖北襄陽市所轄的部分縣市，有“天晴一把刀，下雨一團(tuán)糟”之說，也是有名的“旱包子”。在自然因素與人為因素的雙重作用下，鄂北崗地生態(tài)環(huán)境問題日益突出，水土流失面積大，土壤退化嚴(yán)重，森林覆蓋率低、結(jié)構(gòu)不合理，作用低下[1]。近20年來，歷經(jīng)多次工程造林，但由于樹種選擇錯誤等原因，造林不見林，造林成效低微。因此，對鄂北崗地主要困難立地造林技術(shù)開展相關(guān)研究，篩選出適宜該區(qū)域的造林樹種具有重要意義。

郝明灼等[2]對南京市低山丘陵崗地造林樹種選擇進(jìn)行研究，比較成活率、保存率及造林第二年生長情況等相關(guān)指標(biāo)，篩選出薄殼山核桃、櫸樹、刺槐、苦楝和無患子等適宜樹種。謝榮樟[3]在福建三明市梅列區(qū)陳大鎮(zhèn)對24個鄉(xiāng)土闊葉樹種進(jìn)行造林對比試驗(yàn)，通過比較造林保存率 、樹高生長量 、 胸徑 (地徑)生長量及冠幅生長量，認(rèn)為山烏桕、楓香、山杜英、擬赤楊 、石櫟 、木荷、楊梅在閩西北山地造林表現(xiàn)較優(yōu), 可作為當(dāng)?shù)貭I造水土保持林、水源涵養(yǎng)林等生態(tài)公益林的首選樹種。李少青[4]對三明莘口營造的13 個樹種的示范林實(shí)測樹高、地徑、冠幅, 調(diào)查死亡株數(shù), 計(jì)算各樹種的成活率，調(diào)查各樹種病蟲害情況, 運(yùn)用綜合評分法進(jìn)行評價。

目前，我國各地關(guān)于困難立地造林樹種篩選、造林樹種生態(tài)適應(yīng)性的研究較多，但對造林樹種綜合評價的研究較少，針對鄂北崗地造林樹種選擇的研究鮮見報道。本研究采用樣地調(diào)查方法，對2018年鄂北崗地“精準(zhǔn)滅荒”工程造林項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查，比較各樹種造林成活率、保存率及造林第二年生長情況，結(jié)合主成分分析并聚類，綜合評價各樹種的造林效果，篩選適宜鄂北崗地生長的樹種，以期為當(dāng)?shù)卦炝謽浞N選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

鄂北崗地位于湖北襄陽市(東經(jīng)110°45′～113°43′，北緯31°14′～32°37′)域內(nèi)漢江東北岸地區(qū)，包括襄州區(qū)、 樊城區(qū)、棗陽市、老河口市和宜城市的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，區(qū)域面積8 416.5 km2，占全市的42.67%。屬北亞熱帶半濕潤半干旱季風(fēng)氣候，年均降雨量為750～950 mm，年內(nèi)降水主要集中在6—8月，占全年降水量的53.97%，暴雨多而集中、強(qiáng)度大，年均蒸發(fā)量為1 484.9 mm，相當(dāng)于年均降水量的1.75倍；區(qū)內(nèi)洪澇災(zāi)害和旱災(zāi)交替發(fā)生；海拔85～160 m，地形地貌連綿起伏。主要土壤類型為黃棕壤類，約占58%。土壤質(zhì)地黏重，孔隙度小，耕性不良，有機(jī)質(zhì)含量較低，保水保肥性能差，緩沖性弱，易受侵蝕[1]。調(diào)查樣地在鄂北崗地“精準(zhǔn)滅荒”工程2017年以來實(shí)施項(xiàng)目縣市的作業(yè)區(qū)、造林小班內(nèi)選擇設(shè)置[5]。

1.2 造林苗木

鄂北崗地2018年實(shí)施“精準(zhǔn)滅荒”工程以來的造林樹種為11種，分屬于10科(表1)，均為湖北省較常見的造林樹種。苗木多為1級苗。濕地松、柏木等樹種為2年生容器苗，油茶為優(yōu)良品種的2年生芽苗砧嫁接容器苗，槲櫟為種子直播，其他為2～3年生實(shí)生苗。苗高不等，柏木、油茶、濕地松苗高0.5～1.0 m，地徑0.4～0.8 cm；其他樹種苗高2.0～2.5 m，地徑2～3 cm，造林時部分進(jìn)行了截干處理，帶土球。

表1 造林樹種名錄Tab.1 List of afforestation tree species

1.3 調(diào)查方法

采用標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查法，在全面調(diào)查了解小班基本情況的基礎(chǔ)上，選取典型造林小班設(shè)置調(diào)查樣地，樣地距林緣不小于20 m，不跨河流、道路或伐開的調(diào)查線[5]。每樹種選擇一個有代表性的造林小班(面積大于10 hm2)，各造林小班立地條件大致相同。樣地面積為0.04 hm2，形狀為矩形，邊長為20 m×20 m。每個小班內(nèi)設(shè)置樣地6個，即6次重復(fù)[6-9]。2017年11月整地，2018年2月造林。2018年9月下旬調(diào)查了造林成活率，2020年8月上旬調(diào)查造林保存率、生長狀況。生長狀況調(diào)查內(nèi)容包括測定成活苗木冠幅、最長的新梢長度及中心主干枯死苗木數(shù)[2]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)測定的冠幅值推算林分蓋度。采用Excel 2010和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差、隸屬度，進(jìn)行主成分分析及系統(tǒng)聚類分析；對造林成活率和保存率進(jìn)行方差分析、多重比較(新復(fù)極差法Ducan，α=0.05)，采用隸屬函數(shù)法對指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評價[10]。計(jì)算公式如下：

1)隸屬度

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：R(Xi)為指標(biāo)i的隸屬度；Xi為指標(biāo)i的測定值，Xmax和Xmin分別為所有測試材料指標(biāo)i的最大值和最小值。如果指標(biāo)與評價性質(zhì)為負(fù)相關(guān)，則用隸屬函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其計(jì)算公式為：

R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)[10]

2)因子權(quán)重[11]

式中：Wj表示第j個因子在所有公因子中的重要程度，Pj表示各樹種成活率、保存率、蓋度、新梢長度、中心干枯死率等因子的貢獻(xiàn)率。

3)綜合評價

式中：Wj為權(quán)重，D值表示各樹種各指標(biāo)通過綜合指標(biāo)評價所得到的綜合評價值。根據(jù)隸屬度進(jìn)行聚類分析，將樹種分類[12-16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各樹種造林成活率、保存率的差異

各樹種造林成活率、保存率見表2。

由表2可知，造林成活率最高的樹種為油茶(96.7%±2.0%)，最低的為槲櫟(54.5%±3.9%)。造林第2年苗木保存率最高的樹種為油茶(94.9%±2.7%)，最低的為槲櫟(48%±2.9%)。方差分析結(jié)果見表3，不同樹種造林成活率、保存率差異顯著(P<0.05)。油茶、女貞、柏木、濕地松等樹種的成活率、保存率都在85%以上，桂花、樟樹、槲櫟成活率、保存率都在70%以下，充分地表現(xiàn)了不同樹種對林地的適應(yīng)性差異。

多重比較結(jié)果見圖1。就造林成活率而言，油茶、女貞、柏木兩兩比較差異不顯著(P>0.05)，濕地松和柏木差異不顯著(P>0.05)；重陽木、欒樹、銀杏和刺槐兩兩比較差異不顯著(P>0.05)，桂花、樟樹兩兩比較差異不顯著(P>0.05)，檞櫟與其他樹種兩兩比較差異顯著(P<0.05)。就造林保存率而言，油茶、女貞、柏木兩兩比較差異不顯著(P>0.05)，刺槐和重陽木兩兩比較差異不顯著(P>0.05)，欒樹和銀杏兩兩比較差異不顯著(P>0.05)，桂花、樟樹兩兩比較差異不顯著(P>0.05)，檞櫟與其他樹種兩兩比較差異顯著(P<0.05)。

表2 各樹種調(diào)查指標(biāo)平均值Tab.2 Average value of surveyed indexes of each tree species

表3 成活率、保存率方差分析Tab.3 Variance analysis of survival rate and preservation rate

注：豎條表示標(biāo)準(zhǔn)偏差(N=11)，柱上不同小寫字母表示兩兩之間存在顯著差異(P<0.05)。

2.2 各樹種生長情況差異

各樹種蓋度、新梢長度及中心干枯死苗木數(shù)量存在顯著差異(表2)。女貞、柏木、油茶、濕地松、銀杏、刺槐的生長表現(xiàn)良好，新梢能正常生長，中心主干枯死苗木數(shù)量少；重陽木、欒樹、樟樹、桂花的生長表現(xiàn)一般，新梢生長量較少，中心主干枯死苗木數(shù)量多。女貞、柏木、油茶、濕地松、銀杏、刺槐蓋度較大，明顯優(yōu)于其他樹種；蓋度最高的樹種為濕地松(0.097±0.011)，最低的為樟樹(0.023±0.003 4)；一年生梢最長的為刺槐(39.8±11.58 cm)，最短的為槲櫟(10.7±4.28 cm)；中心干枯死率最低的為油茶、濕地松、柏木 (0%)，最高的為欒樹(46.7±3.35%)。

2.3 各樹種造林指標(biāo)的主成分分析

對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析得到各造林指標(biāo)的特征值及貢獻(xiàn)率(表4)，成活率、保存率、蓋度、新梢長度、中心干枯死率等因子的貢獻(xiàn)率分別為51.24%、21.59%、16.04%、10.08%、1.04%。由此計(jì)算各指標(biāo)因子的權(quán)重分別為：0.51、0.22、0.16、0.10、0.01。

2.4 各樹種造林效果的綜合評價

2.4.1各造林指標(biāo)綜合評價值

各樹種造林效果不同，用單一指標(biāo)較難對其綜合表現(xiàn)進(jìn)行全面科學(xué)的評價。因此，采用隸屬函數(shù)法對各造林指標(biāo)進(jìn)行綜合評價。通過隸屬函數(shù)法，求得不同樹種隸屬函數(shù)值， 再結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重，求出綜合評價值， 對綜合評價值排序。綜合評價值越大，造林效果越好。評價結(jié)果見表5。

表4 造林指標(biāo)的特征值及貢獻(xiàn)率Tab.4 Eigenvalue and contribution rate of afforestation indexes

表5 各樹種造林指標(biāo)的綜合評價值及排序Tab.5 Comprehensive evaluation value and ranking of afforestation indexes of each tree species

由表5可知，各樹種造林指標(biāo)的綜合評價值由高到低依次為油茶(0.667 7)、濕地松(0.647 2)、女貞(0.646 5)、柏木(0.562 8)、刺槐(0.514 7)、欒樹(0.481 1)、桂花(0.453 5)、重陽木(0.436 4)、銀杏(0.422 3)、樟樹(0.421 5)、槲櫟(0.391 4)。

2.4.2不同樹種造林效果的聚類

基于11個樹種的綜合評價值進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析(圖2)，結(jié)果顯示，在歐氏距離為10時，參試樹種可分為4類：最適宜的樹種、比較適宜的樹種、適宜性差的樹種、不適宜的樹種。其中最適宜的樹種為油茶、濕地松和女貞，綜合評價值分別為0.667 7、0.647 2、0.646 5；比較適宜樹種為柏木和刺槐，綜合評價值分別為0.562 8、0.514 7；適宜性差的樹種為欒樹、桂花、重陽木、銀杏、樟樹，綜合評價值分別為0.481 1、0.453 5、0.436 4、0.422 3、0.421 5；不適宜的樹種為槲櫟，綜合評價值0.391 4。整體來說，油茶綜合評價值最高，造林效果最好；槲櫟綜合評價值最低，造林效果最差。

圖2 11個造林樹種造林效果綜合評價值聚類Fig.2 Clustering analysis of comprehensive evaluation value of afforestation effect of 11 tree species

3 討論

在造林措施相同的情況下，各樹種造林成活率、保存率的高低反映出該樹種對造林立地環(huán)境的適應(yīng)程度, 是衡量該樹種在該地區(qū)或者類似地區(qū)能否適應(yīng)生長的首要因素[3]。成活率、保存率是驗(yàn)收造林成敗的標(biāo)準(zhǔn)，常作為樹種選擇的依據(jù)。但是有些樹種造林成活率、保存率雖然較高，造林第二年生長卻表現(xiàn)不良，中心主干枯死的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，生長緩慢，難以成林[2]。所以，僅用成活率、保存率進(jìn)行造林效果分析與評價存在明顯不足，還應(yīng)該結(jié)合生長表現(xiàn)進(jìn)行。相關(guān)研究認(rèn)為，造林效果評價指標(biāo)應(yīng)該涉及成活率、保存率、地徑、胸徑、樹 高、枝下高、冠幅、材積、病蟲害情況等[3-4,17]。本研究采用的造林效果評價指標(biāo)是成活率、保存率、蓋度、新梢年均生長量、中心主干枯死率，能較全面地反映造林效果，并且調(diào)查操作比較簡易。

由于造林小班分布無規(guī)律、種植點(diǎn)不規(guī)則、苗木規(guī)格不同等原因，采用標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查測定比較方法，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析較難按照隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。另外，對造林效果的評價分析，除成活率、保存率外，其他生長指標(biāo)難以進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。本研究采用隸屬函數(shù)分析法對各指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，以期彌補(bǔ)單項(xiàng)指標(biāo)評價造林效果的缺陷。該法根據(jù)隸屬函數(shù)值及各指標(biāo)所占權(quán)重，計(jì)算不同樹種的造林效果綜合評價D值[12-16]。由于D值不僅與各指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性相關(guān)，也與各指標(biāo)的權(quán)重相關(guān)，所以利用其對造林效果進(jìn)行評價更具有系統(tǒng)性和科學(xué)性。本研究根據(jù)綜合評價D值進(jìn)行聚類分析，可將各造林樹種劃分為最適宜的樹種、比較適宜樹種、 適宜性差的樹種、不適宜的樹種4 個類群，為困難立地造林樹種選擇提供了依據(jù)。

本研究中，欒樹、桂花、重陽木、銀杏和樟樹等綠化苗木造林后均有中心主干枯死的現(xiàn)象發(fā)生，有的樹種非常嚴(yán)重，而油茶 、濕地松和刺槐均未發(fā)現(xiàn)有該現(xiàn)象。這可能有兩方面的原因：(1)城市綠化樹種不適合荒山造林—城市綠化養(yǎng)護(hù)水平高，欒樹、桂花、重陽木、銀杏和樟樹等綠化苗木用于城市綠化，綠化效果好，少有中心主干枯死的現(xiàn)象發(fā)生。(2)與苗木規(guī)格有關(guān)—因綠化苗木規(guī)格比較高，苗木高度2 m以上，地徑2～3 cm，苗大就需要補(bǔ)充更多水分，山上造林不可能經(jīng)常澆水，水分供應(yīng)不足，導(dǎo)致中心干枯死，在根部長出一些萌生枝條。而油茶、濕地松和刺槐采用小苗、容器苗造林，高度1 m以下，地徑1 cm以下，苗木成活后，直接抽發(fā)新梢。因此，在鄂北崗地等一些困難立地上造林，應(yīng)注重苗木規(guī)格的選擇，用容器苗、小苗造林一定程度上能降低失敗風(fēng)險，造林的效果較好[2]。

4 結(jié)論

油茶、濕地松、女貞、柏木、刺槐綜合表現(xiàn)較優(yōu)，可作為鄂北崗地造林的首選樹種，樟樹、桂花、槲櫟綜合表現(xiàn)較差，不宜在鄂北崗地造林。

本研究僅對造林起初3年苗木的生長表現(xiàn)進(jìn)行了分析，今后還需長期監(jiān)測其后續(xù)生長表現(xiàn)，進(jìn)一步探究不同樹種的生長潛力及水土保持效益，為鄂北崗地造林樹種篩選、提高造林成效提供更加堅(jiān)實(shí)的依據(jù)。