李錄林，呂 尋，胡勐鴻 ，沈亞洲

（1.甘肅省小隴山林業(yè)實驗局高橋林場，甘肅 徽縣 742304；2.甘肅省小隴山林業(yè)實驗局林業(yè)科學研究所 甘肅省櫟類次生林生態(tài)系統(tǒng)重點實驗室，甘肅 天水 741022）

甘肅小隴山林區(qū)5種引進樹種生態(tài)適應性評價

李錄林1，呂 尋2，胡勐鴻2，沈亞洲2

（1.甘肅省小隴山林業(yè)實驗局高橋林場，甘肅 徽縣 742304；2.甘肅省小隴山林業(yè)實驗局林業(yè)科學研究所 甘肅省櫟類次生林生態(tài)系統(tǒng)重點實驗室，甘肅 天水 741022）

運用層次分析法（AHP）構建了包括1個目標層，3個（生長適應性、抗逆性、觀賞性）準則層和11個（平均樹高、平均胸徑、保存率、長勢、繁殖能力、病蟲害發(fā)生率、干梢率、凍傷率、色彩、冠型、花果）指標層的適應性評價體系，對小隴山林區(qū)20世紀70―80年代引進的5個樹種[日本落葉松、歐洲云杉、花旗松、剛松和黃菠蘿（與同屬同齡的鄉(xiāng)土人工林樹種相比較）]的生態(tài)適應性進行了評價。結果表明：日本落葉松和歐洲云杉的綜合指數最高，分別是0.95和0.93，生態(tài)適應性為Ⅰ級，黃菠蘿的綜合指數為0.70，生態(tài)適應性為Ⅱ級，花旗松和剛松綜合指數最低，分別是0.66和0.62，生態(tài)適應性為Ⅲ級。評價結果可為小隴山林區(qū)開展引進樹種的示范推廣提供科學依據。

小隴山林區(qū)；引進樹種；生態(tài)適應性評價；層次分析法

林木引種是樹木改良的重要組成部分[1]，也是人類利用、改造和保存樹種資源的重要手段。引進適應性強、生長表現佳、經濟價值高的外來樹種，不僅可以豐富當地樹種資源和林產品種類，而且還可為林木良種選育和改良提供新的基因資源[2]。而對引進樹種進行早期適應性評價，能為引進樹種栽培、管理、繁殖提供依據，避免盲目性，能起到事半功倍的效果。目前引進樹種生態(tài)適應性評價仍缺乏一個科學的、統(tǒng)一的、合理的評價指標體系。由于樹種生物學特性、生態(tài)學特征以及環(huán)境的復雜性，可選擇的評價指標較多，而且有些指標難以量化，因此，急需建立相應的評價指標體系。當前，在國內主要的評價方法有回歸分析法、層次分析法、主成分分析法、模糊數學法、綜合評價法等[4-8]，但生態(tài)功能性和生態(tài)適應性并重的綜合評價更科學合理[9]。本研究用層次分析法（AHP）構建了評價體系，對小隴山林區(qū)20世紀70―90年代引種栽培的日本落葉松Larix kaempferi(Lamb) Carr、歐洲云杉Picea abies、美國花旗松Pseudo tsugamenziesii、美國剛松Pinus rigidaMill.和黃菠蘿Phellodendron amurenseRupr.（學名黃檗）等5個樹種的生態(tài)適應性進行了評價，可為小隴山林區(qū)開展引進樹種的栽培管理和示范推廣提供科學依據。

1 研究區(qū)自然概況

研究地設置在小隴山林區(qū)的沙壩云杉/落葉松國家良種基地，地處 105°51′～ 105°54′N，34°07′～34°10′E，為秦嶺西段，海拔1 560～2 019 m，屬大陸性季風氣候溫帶濕潤區(qū)，年均氣溫為7.2 ℃，極端最高氣溫達32 ℃，極端最低氣溫為-27 ℃，≥10 ℃的有效積溫2 480 ℃，無霜期154～185 d，年均降水量460～800 mm，豐年降水量可達到1 012.2 mm，主要分布在7―9月份，一般夏、秋季降水量占全年降水量的70%～80%，年蒸發(fā)量989～1 658 mm，平均相對濕度78%，平均年日照時數1 553 h，氣候特點為：氣候溫暖，雨量充沛，冬無嚴寒，夏無酷暑，春季氣溫回升快，常有倒春寒和春旱發(fā)生。土壤為棕色森林土，有機質含量在1.71%～5.35%之間，pH值在6.4～8.4之間，土層厚度30～50 cm，土壤肥力較高。森林資源豐富，主要是以櫟類為主要建群樹種的天然次生林。

2 材料與方法

2.1 研究材料

研究材料為由中國林科院在20世紀70―80年代從日本、德國、美國、中國東北等原產地購進種子、在小隴山林區(qū)播種育的苗，選擇合格苗木植苗造林。5個樹種的具體引種情況如表1所示。

表1 引進樹種生長環(huán)境的基本情況Table 1 The basic situation of growing environment of introduced tree species

2.2 研究方法

2.2.1 數據調查

采用樣地調查法調查5個引進樹種的各項生長指標。分別在5個引進樹種林分的代表地段設置1塊面積為20 m×20 m的樣地。調查林木的生長適應性：保存率（保存株數占定植株數的百分比）、胸徑（cm）、樹高（m）、冠幅（m），長勢（有無天然更新、樹葉鮮艷度、有無發(fā)黃、落葉現象）和繁殖能力（開花結果和果實的成熟情況）及其抗逆性（病蟲害發(fā)生的株數和種類，當年越冬死亡數、凍害數、干梢數）和觀賞性（色彩、冠型、花果等）。以鄉(xiāng)土樹種油松Pinus tabuliformisCarrière、紫果云杉Picea purpureaMast、川黃檗Phellodendron chinense為對照，鄉(xiāng)土樹種油松、紫果云杉、川黃檗的胸徑、樹高采用二類調查數據。

2.2.2 評價方法

用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）構建評價體系。評價體系包括目標層（A）、準則層（B）和指標層（C），其中目標層為樹種綜合評價指標；準則層包括生長適應性（B1）、抗逆性（B2）、觀賞性（B3）等3個準則指標，生長適應性指標層包括平均樹高（C1）、平均胸徑（C2）、保存率（C3）、長勢（C4）、繁殖能力（C5）等5個準則；抗逆性指標層包括病蟲害發(fā)生率（C6）、干梢率（C7）、凍傷率（C8）等3個準則；觀賞性指標層包括色彩（C9）、冠型（C10）、花果（C11）等3個指標。

各項指標值的計算采用定性與定量相結合的方法。定量指標C1和C2以本地同屬、同齡鄉(xiāng)土樹種人工林平均樹高、平均胸徑作為對照：花旗松、剛松、日本落葉松以同屬鄉(xiāng)土樹種油松為對照，歐洲云杉以紫國云杉為對照，而黃菠蘿以川黃檗為對照，對照的方法用百分比計算，大于等于100為優(yōu)，99～85為良，84～70為中，小于70為差；C3、C6、C7、C8采用實測值；C4、C5、C9、C10、C11等定性指標通過咨詢調查問卷專家咨詢，對樹種各指標因子的打分賦值，利用公式（1）對打分結果進行標準化。

式（1）中：Kij表示各樹種各指標因子得分數據標準化后的結果；Xij表示各樹種各指標因子得分；Xj(max)表示某項指標因子的最大得分值。

數據標準化后利用公式（2）計算出各樹種的綜合指數。

式（2）中：Xi表示各指標因子得分；Ai表示各指標因子對應的權重系數；Y為綜合指數。

按照田廣紅等[15]對珠海淇澳島紅樹林引進樹種的適應性評價指標層劃分方法，將指標層分為優(yōu)、良、中、差4個標準，并分別賦值為3、2、1、0；目標層分為Ⅰ級（適應性強），綜合指數≥0.80；Ⅱ級（較適應），綜合指數0.79～0.70；Ⅲ級（一般適應），綜合指數0.69～0.51；Ⅳ級（不適應），綜合指數≤0.50等4個等級。引進樹種適應性評價分級標準見表2。

表2 引進樹種適應性評價體系分級標準Table 2 The grading standards of ecological adaptability evaluation system of introduced tree species

3 結果與分析

3.1 引進樹種的抗逆性表現

從表3可以看出，5個樹種的保存率差異較大，日本落葉松、歐洲云杉保存率較高，分別為91.5%和90.0%，花旗松、黃菠蘿分別為78.1%和75.6%，而剛松最低，為70.7%；花旗松的干梢率最高，達18.8%，其次是剛松、黃菠蘿、歐洲云杉，分別為13.3%、12.4%和11.4%，日本落葉松最低，僅為4.0%；5個樹種的凍傷率均較低，為1.0%～4.0%，日本落葉松最低，僅為1.0%；花旗松病蟲害發(fā)生率最高，達21.9%，其次是黃菠蘿，為11.2%，其他3個樹種為3.6%以下。表明5個引進樹種的抗逆性存在一定的差異，其中日本落葉松抗逆性最強，其次是歐洲云杉，花旗松最差。

表3 各引進樹種的抗逆性Table 3 Stress resistance of the different introduced tree species

3.2 引進樹種生長適應性分析

在引種樹種的生態(tài)適應性評價中，生長量指標作為定量指標，其指標值具有準確性較高、參考性較強的特點，如何使這一定量指標在評價中具有更強的參考價值，國內研究一般采用樹高生長量、胸徑生長量值或采用與原產地同屬樹種的平均樹高、平均胸徑作為評價分值依據[15-17]。本研究采用引進樹種與引種地同屬鄉(xiāng)土樹種平均樹高、平均胸徑進行比較，以此說明引進樹種在引種地的生長適應性。將引進樹種日本落葉松、花旗松、剛松與同屬、同齡的油松，歐洲云杉與同屬、同齡的紫果云杉，黃菠蘿與同屬、同齡的川黃檗平均樹高、平均胸徑相比較，結果（表4）表明，日本落葉松、歐洲云杉的平均樹高、平均胸徑均分別高于同屬、同齡的鄉(xiāng)土樹種油松、紫果云杉的平均樹高、平均胸徑，表明引進樹種日本落葉松、歐洲云杉引進后生長迅速，生長適應性強，評價等級達到優(yōu)；花旗松、黃菠蘿平均樹高、平均胸徑均分別略低于同屬、同齡的鄉(xiāng)土樹種油松、川黃檗，表明引進樹種花旗松、黃菠蘿在引進地生長與同屬、同齡的鄉(xiāng)土樹種油松、川黃檗相近，生長適應性較強，評價等級達到良；而剛松平均樹高、平均胸徑均明顯低于同屬、同齡的鄉(xiāng)土樹種油松，表明剛松在引進地生長較慢，生長適應性一般，評價等級為中。

表4 引進樹種樹高、胸徑的評價Table 4 The evaluation of height and diameter at breast height of introduced tree species

3.3 定性指標權重的確定

采用專家咨詢法對準則層、指標層進行權重賦值，得到判斷矩陣。用高斯迭代法求解各判斷矩陣的最大特征根以及對應的特征向量，計算指標層各項指標的權重，對判斷矩陣進行一致性檢驗，結果均滿足于CR＜0.1的一致性要求，結果如表5所示。

3.4 引進樹種適應性等級綜合評價

對各項指標進行評價，結果（表6）顯示，日本落葉松、歐洲云杉生長適應性均明顯高于剛松、花旗松、黃菠蘿，日本落葉松的抗逆性最好，其他4個樹種均有干梢現象，可能是由于歐洲云杉、剛松、花旗松、黃菠蘿的抗霜凍或抗日灼性較差造成的?；ㄆ焖伞ⅫS菠蘿抗病蟲害能力較差；黃菠蘿觀賞性好于其它4個樹種。日本落葉松、歐洲云杉在小隴山林區(qū)綜合指數分別是0.95和0.93，生態(tài)適應性屬于Ⅰ級，表現出最強的生態(tài)適應性；黃菠蘿綜合指數為0.70，生態(tài)適應性為Ⅱ級；花旗松、剛松的綜合指數分別是0.66和0.62，生態(tài)適應性屬于Ⅲ級。

表5 各指標層判斷矩陣構建Table 5 The build of judgment matrix of each index layer

表6 引進樹種評價指標標準化數據及綜合評價分級結果Table 6 The grading results of overall merit and standardized data of evaluation indexes of introduced tree species

4 結論與討論

引進樹種生態(tài)適應性評價，因樹種的生物學特性、生態(tài)學特性以及環(huán)境的復雜，可選擇的參評指標較多，根據“適地適樹”的樹種適應性評價原則，不同樹種根據不同的需求選取的評價指標也不同[15]。本研究中，小隴山林區(qū)5個引進樹種抗逆性存在一定的差異，日本落葉松抗逆性最強，其次是歐洲云杉，花旗松最差。日本落葉松、歐洲云杉生長適應性強，評價等級為優(yōu)；花旗松、黃菠蘿生長較迅速，生長適應性較強，評價等級為良；剛松生長較慢，生長適應性一般，評價等級為中。運用層次分析法（AHP）構建了評價體系，評價體系由1個目標層，3個準則層和11個指標層構成；用定性和定量相結合的方法對小隴山林區(qū)5個引進樹種進行了適應性評價。評價結果表明，日本落葉松、歐洲云杉2個樹種在小隴山林區(qū)綜合指數分別是0.95和0.93，生態(tài)適應性屬于Ⅰ級，表現出最強的生態(tài)適應性；黃菠蘿綜合指數為0.70，適應性為較強，生態(tài)適應性為Ⅱ級；花旗松、剛松的綜合指數分別是0.66和0.62，適應性一般，生態(tài)適應性屬于Ⅲ級。小隴山林區(qū)引進的42年生日本落葉松平均樹高（12.1 m）明顯低于湖南省21—29年生日本落葉松林（19.3 m）[18]，平均胸徑（18.6 cm）也略低于湖南省21—29年生日本落葉松林（20.2 cm）[18]。小隴山林區(qū)31年生歐洲云杉平均樹高、平均胸徑分別高于鄂西地區(qū)25年生歐洲云杉[19]。

自20世紀30年代，我國開始大面積引種日本落葉松，日本落葉松在我國的生長適應范圍比較廣，在14個省，市，自治區(qū)均有栽培，它喜冷涼氣候，適宜在海拔900 m以上的中山區(qū)栽培[18]。小隴山1974年引種栽培的日本落葉松表現出最強的生態(tài)適應性，已經成為小隴山林區(qū)速生豐產林主要造林樹種之一，并已大面積推廣造林，而且日本落葉松在我國大多部分地區(qū)表現出較強的適應性，已經成為我國北方和西南地區(qū)主要造林樹種之一，廣泛分布湖南、湖北、貴州等11個省份。第七次全國森林資源清查數據顯示，落葉松在我國喬木林面積比重中排名第5，總面積達1 063×104hm2，其中落葉松人工林為286×104hm2，占全國人工林總面積的7.14%[20]。在我國生態(tài)環(huán)境和經濟社會建設中發(fā)揮著重要作用，極大地滿足了經濟社會發(fā)展對木材產品的需求。歐洲云杉是重要的工業(yè)用材樹種，適應性屬于Ⅰ級，但是由于受到繁殖材料的限制，目前沒有廣泛推廣，近年來隨著扦插技術的發(fā)展，歐洲云杉造林得到一定推廣[21]；黃菠蘿木材是重要的國防和工業(yè)用材,皮、根、莖、果實、種子、葉均有較高的藥用價值，《國家重點保護野生植物名錄》（第一批）中將黃檗列為國家二級保護樹種；2008年崔國發(fā)等對北京地區(qū)珍稀瀕危植物等級評定中將黃檗定為容易消失種[22]，黃菠蘿在小隴山的生態(tài)適應性屬于Ⅱ級，對引進的這一珍貴瀕危樹種進行保護和必要的示范推廣；花旗松和剛松在小隴山的生態(tài)適應性為Ⅲ級，應作為種質資源進行保存。

評價體系中指標的選取以及權重的確定人為因素較大，其方法還有待進一步研究。

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Ecological adaptability evaluation of five introduced species in Xiaolongshan forest area in Gansu province

LI Lulin1, LV Xun2, HU Menghong2, SHEN Yazhou2
(1. Xiaolongshan forestry experimental bureau of Gansu Province GaoQiao forest farm, Huixian 742304, Gansu, China; 2. Xiaolongshan Research Institute of Forestry of Gansu Province, Key Laboratory for Oak Secondary Forest Ecosystem of Gansu Province, Tianshui 741020, Gansu, China)

By using the analytic hierarchy process (AHP) construct the includes a target layer, 3 (growth adaptability, resistance,ornamental) criterion layer, 11 (average tree height, diameter at breast height, average survival rate, growth, reproduction ability, the incidence of plant diseases and insect pests, stem tip rate, type, color, crown, and frostbite rate) adaptability evaluation system index layer, and comparing with the native arti ficial forest tree species, which belong to the same age, the ecological adaptability evaluation of 5 species:Larix kaempferi(Lamb) Carr,Picea abies,Pseudo tsugamenziesii,Pinus rigida,Phellodendron amurenseintroduced in 70-80s of the 20th century were studied in Xiaolongshan forest area in Gansu province, China. The results showed that the composite indexes ofLarix kaempferi(Lamb) Carr,Picea abieswere the highest, with value of 0.95 and 0.93 respectively, the level of ecological adaptability were Ⅰ . The composite index ofPhellodendron amurenseRupr. was 0.70, had Ⅱ level of ecological adaptability. The composite indexes ofPseudo tsugamenziesii andPinus rigidaMill were the lowest, with value of 0.66 and 0.62 respectively, ecological adaptability were Ⅲ level. The evaluation results can provide a scienti fic basis for demonstration and extension of introduced tree species in Xiaolongshan forest area.

Xiaolongshan forest area; introduced tree species; ecological adaptability evaluation; analytic hierarchy process

S718.55＋7

A

1673-923X(2017)08-0029-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.08.006

2016-10-08

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項重大項目（201204307）子課題“云杉長期育種技術體系構建”天水市科技支撐項目（201509）

李錄林，工程師

呂 尋，高級工程師；E-mail：648257249@qq.com

李錄林，呂 尋，胡勐鴻，等. 甘肅小隴山林區(qū)5種引進樹種生態(tài)適應性評價[J].中南林業(yè)科技大學學報，2017, 37(8):29-33, 65.

[本文編校：文鳳鳴]