李斌成　杜超群　袁慧　吳楚　許業(yè)洲

摘 要：以湖北省杉木人工林為研究對(duì)象，選擇166塊具有代表性的杉木人工林標(biāo)準(zhǔn)地，并測(cè)定樣地的常規(guī)立地因子。利用數(shù)量化理論Ⅰ的方法建立了杉木優(yōu)勢(shì)高與立地因子之間的關(guān)系模型，對(duì)研究區(qū)杉木人工林進(jìn)行立地類型劃分及立地質(zhì)量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，所選擇的5個(gè)立地因子與優(yōu)勢(shì)高數(shù)量化擬合的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.639;海拔、腐殖層厚度和坡位這3個(gè)立地因子對(duì)優(yōu)勢(shì)高的貢獻(xiàn)率達(dá)84.99%，且影響均達(dá)到極顯著水平;采用海拔、腐殖層厚度和坡位3個(gè)因子構(gòu)建研究區(qū)杉木人工林立地類型，共劃分為22類;按照優(yōu)、良、中、差4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)166塊樣地所屬的立地類型進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)，得出湖北省杉木人工林在中海拔、土壤濕潤(rùn)、土壤養(yǎng)分含量較高的立地條件下生產(chǎn)力較高，研究區(qū)立地質(zhì)量整體處于中等偏上水平的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：杉木人工林;數(shù)量化理論Ⅰ;立地分類;立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S791.27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-3020（2020）02-0001-05

Site Classification and Quality Evaluation of Cunninghamia lanceolata Plantation in Hubei Province

Li Bincheng（1，2） Du Chaoqun（2） Yuan Hui（2） Wu Chu（1） Xu Yezhou（2）

（1.Yangtze University Jingzhou 434025;2.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075）

Abstract：Taking Cunninghamia lanceolata plantation in Hubei Province as the research object，166 representative standard plots of Cunninghamia lanceolata plantation were selected and the conventional site factors of sample plots were determined. The relationship model between the dominant height of Cunninghamia lanceolata and the site factors was established by using the method of quantification theory I，and the site classification and site quality evaluation of Cunninghamia lanceolata Plantation in the study area were carried out. The results showed that the complex correlation coefficient of the five selected site factors and the dominant height was 0.639;the contribution rate of the three site factors of altitude，humic layer thickness and slope position to the dominant height was 84.99%，and the influence reached a very significant level;the three factors of altitude，humic layer thickness and slope position were used to construct the site types of Cunninghamia lanceolata plantation in the study area，which were divided into 22 categories;according to the excellent，The site quality of 166 sample plots was evaluated by good，medium and poor four evaluation levels. The results showed that the productivity of Cunninghamia lanceolata plantation was higher under the site conditions of medium altitude，soil moisture and higher soil nutrient content，and the site quality of the study area was in the upper middle level.

Key words：Cunninghamia lanceolata plantation;quantification theoryⅠ;site classification;quality evaluation

立地質(zhì)量是指立地的生產(chǎn)能力，是影響林分生長(zhǎng)狀況的關(guān)鍵因素，受到多種環(huán)境因素共同作用的影響。立地質(zhì)量評(píng)價(jià)是合理利用林地的基礎(chǔ)，正確的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)能夠?yàn)楫?dāng)?shù)氐脑炝痔峁┛茖W(xué)依據(jù)，對(duì)于林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐以及提高森林經(jīng)營(yíng)的各種效益具有現(xiàn)實(shí)意義。立地類型劃分是立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的內(nèi)容之一，科學(xué)的立地分類有助于適地適樹(shù)以及林地的合理使用，是林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中林木經(jīng)營(yíng)方向的重要參考。中國(guó)對(duì)于森林立地類型的研究始于20世紀(jì)50年代，以波氏立地條件類型學(xué)說(shuō)和蘇卡喬夫林型學(xué)說(shuō)為理論指導(dǎo)逐漸開(kāi)展國(guó)內(nèi)森林立地分類的研究[1]。20世紀(jì)70年代，在吸收國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)造林發(fā)展需要，以南方14省（區(qū)）杉木科研協(xié)作組開(kāi)展的杉木產(chǎn)區(qū)區(qū)劃和立地分類及質(zhì)量評(píng)價(jià)為標(biāo)志，逐步開(kāi)展了黃土高原、珠江三角洲和華北中原平原等地區(qū)的森林立地研究工作，在研究過(guò)程中，森林立地類型定性研究的方法開(kāi)始使用[2-3]。1987年，隨著研究的不斷深入，出現(xiàn)了生態(tài)序列法、主導(dǎo)因子法、指示植物種譜應(yīng)用和數(shù)量化分類法等多種立地分類方法，對(duì)多種方法的對(duì)比分析和綜合應(yīng)用成為立地分類理論研究的一個(gè)重要方面[4]。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、衛(wèi)星遙感技術(shù)以及地理信息科學(xué)的快速發(fā)展，使得立地信息的獲取變得更加方便與精確，利用3S技術(shù)結(jié)合數(shù)量化統(tǒng)計(jì)方法可以對(duì)大面積林地的立地分類和質(zhì)量評(píng)價(jià)做出快速、有效地估測(cè)[5]。而數(shù)量化理論方法評(píng)價(jià)作為森林立地質(zhì)量最經(jīng)典的方法，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者已運(yùn)用這種方法對(duì)不同地區(qū)、不同樹(shù)種進(jìn)行了立地類型劃分與評(píng)價(jià)，取得了不錯(cuò)的效果[6-7]，目前，數(shù)量化理論方法在中國(guó)森林立地類型劃分及評(píng)價(jià)中仍是使用最為廣泛的方法之一。

杉木Cunninghamia lanceolata，為中國(guó)重要的用材樹(shù)種之一，為解決其速生豐產(chǎn)問(wèn)題，1978年，由南方十四?。▍^(qū)）杉木栽培科研協(xié)作組主導(dǎo)，對(duì)中國(guó)杉木的產(chǎn)區(qū)立地類型劃分進(jìn)行研究，提出了以地貌、巖性、局部地形和土壤因素為主要依據(jù)的三級(jí)分類系統(tǒng)。而湖南省[8]、貴州省[9]、廣東省[10]、浙江省[11]等省份相繼對(duì)本區(qū)域杉木立地條件類型劃分進(jìn)行了相關(guān)研究，湖北省作為杉木栽培的北緣產(chǎn)區(qū)，杉木人工林種植面積約2.5×10 5 hm2，但未開(kāi)展本區(qū)域杉木人工林立地類型劃分及質(zhì)量評(píng)價(jià)的相關(guān)研究工作。本研究以林分優(yōu)勢(shì)高和樣地立地因子為基礎(chǔ)，利用數(shù)量化理論Ⅰ建立優(yōu)勢(shì)木高與各立地因子之間的多元線性回歸方程，篩選對(duì)湖北杉木人工林立地質(zhì)量影響明顯的主導(dǎo)因子進(jìn)行立地類型劃分，并根據(jù)回歸方程建立數(shù)量化立地質(zhì)量得分表和數(shù)量化立地質(zhì)量評(píng)價(jià)表，以期為湖北杉木人工林生產(chǎn)實(shí)踐提供理論支持與幫助。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

湖北省位于長(zhǎng)江中游，東經(jīng)108°21′～116°07′，北緯29°01′～33°6′，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。省內(nèi)地貌以山地丘陵為主，處于中國(guó)地勢(shì)第二級(jí)階梯向第三級(jí)階梯過(guò)渡地帶，東、西、北三面環(huán)山，中間低平，地勢(shì)高低相差較大，最高峰神農(nóng)頂海拔3 105 m，而平原區(qū)海拔約20～100 m。年平均氣溫16 ℃，年平均降水量800～1 600 mm，氣候濕潤(rùn)，雨熱同期。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

依據(jù)杉木在湖北省的分布特點(diǎn)以及生物學(xué)習(xí)性，分別在杉木人工林主要分布區(qū)的6個(gè)地區(qū)11個(gè)縣市區(qū)，按典型抽樣和隨機(jī)抽樣相結(jié)合的方式，在造林面積大于15 hm2的人工林中選取不同年齡、不同立地林相完整的林分設(shè)置面積為600 m 2（20 m×30 m）的標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)每木檢尺，測(cè)量胸徑、樹(shù)高、枝下高、冠幅等生長(zhǎng)量指標(biāo)，利用GPS獲取樣地地理坐標(biāo)及海拔，并利用羅盤儀測(cè)量坡向和坡位，選擇具有代表性的海拔、坡度、坡向、坡位、土壤特點(diǎn)等地布設(shè)樣地，共設(shè)置166塊。在每個(gè)樣地內(nèi)開(kāi)挖1 m寬，深度為1 m的土壤剖面，記錄土壤類型、土層厚度以及腐殖層厚度等信息。樣地基本信息見(jiàn)表1。

運(yùn)用Excel 2007、SPSS 21.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

1.3 研究方法

1.3.1 立地因子類目劃分

立地因子的選擇要綜合考慮各因子對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)的影響以及便于在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用[12]。根據(jù)湖北省杉木主產(chǎn)區(qū)的地形特點(diǎn)和研究需要，選擇海拔、坡度、坡位、坡向、腐殖層厚度等常見(jiàn)立地因子（表2）。

1.3.2 數(shù)量化理論Ⅰ

數(shù)量化理論Ⅰ是解決數(shù)據(jù)中含有定性數(shù)據(jù)的一類統(tǒng)計(jì)方法，采用數(shù)量化理論Ⅰ，將各立地因子作為項(xiàng)目，各分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為相應(yīng)的類目，建立各立地因子與優(yōu)勢(shì)高之間的多元線性回歸，根據(jù)回歸結(jié)果篩選出主導(dǎo)立地因子。數(shù)量化理論Ⅰ模型為：

式中：y是自變量，yi是第塊地的立地指數(shù)（i=1，2，3，…，n為樣地?cái)?shù)）;b0為常數(shù)項(xiàng);j=1，2，3，…，m為立地因子數(shù);k=1，2，3，…，ri為第k個(gè)水平;δi（j，k）為第j個(gè)因子第k個(gè)水平的等級(jí)反映（0或1）;b（ik）為立地因子的第k水平的得分值。

2 結(jié)果與分析

2.1 主導(dǎo)立地因子的篩選

結(jié)合立地因子類目劃分，將定量因子轉(zhuǎn)化為定性因子，利用示性函數(shù)將定性因子（0，1）化展開(kāi)。采用數(shù)量化理論Ⅰ將（0，1）化數(shù)據(jù)與各樣地優(yōu)勢(shì)高建模，利用偏相關(guān)系數(shù)和因子得分范圍作為判定因子貢獻(xiàn)率的依據(jù)，相關(guān)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，各立地因子得分范圍大小為：海拔>腐殖層厚度>坡位>坡度>坡向，前3項(xiàng)因子得分比高達(dá)84.99%，說(shuō)明前3項(xiàng)因子所包含的信息占總體信息的84.99%。海拔是決定土壤、氣候的關(guān)鍵因子，海拔的垂直分布會(huì)直接影響土壤狀況和水濕條件，杉木喜溫暖濕潤(rùn)、排水良好的酸性土壤環(huán)境，在湖北杉木主產(chǎn)區(qū)之一的恩施州，其適生海拔在1 000 m左右，江漢平原及周邊低山崗地杉木分布較少，生長(zhǎng)較差，說(shuō)明海拔是影響該區(qū)域杉木生長(zhǎng)的重要因素;腐殖層厚度會(huì)影響土壤肥力，進(jìn)而影響植物從土壤中獲取養(yǎng)分的多少，因此腐殖層厚度也是一個(gè)主要因子;坡位會(huì)影響土層厚度與土壤水分蓄積，也是影響植物生長(zhǎng)的主要因子。因此，選擇海拔、腐殖層厚度和坡位這3個(gè)因子作為影響湖北杉木立地質(zhì)量的主導(dǎo)因子。

2.2 立地類型劃分

根據(jù)篩選出的主導(dǎo)立地因子，參考分區(qū)分類原則，采用立地區(qū)劃單位和分類單位相統(tǒng)一的分類系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行研究區(qū)的立地類型劃分。選擇海拔、腐殖層厚度和坡位3個(gè)立地因子對(duì)杉木人工林立地類型進(jìn)行劃分，排除研究區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地中未收集到的立地類型，最終的立地類型劃分結(jié)果見(jiàn)表4，由表可以看出，166塊樣地隸屬于22種立地類型。

2.3 立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

本研究中，數(shù)量化立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法是將各類目的得分值代數(shù)和的極差按照優(yōu)、良、中、差4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行3等分，根據(jù)各等級(jí)的等分范圍對(duì)不同立地類型進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，立地質(zhì)量得分值y≥16.17的標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量為優(yōu)，立地質(zhì)量得分值14.00≤y≤16.17的標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量為良，立地質(zhì)量得分值11.84≤y≤14.00標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量為中，立地質(zhì)量得分值y≤11.84的標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量為差。

對(duì)22種立地類型進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果見(jiàn)表4，由表4可以看出，低海拔的9個(gè)立地類型中，“低海拔下坡薄腐殖層”的平均立地得分值最低，評(píng)價(jià)結(jié)果為“差”，“低海拔中坡中腐殖層”的平均立地得分值最高，評(píng)價(jià)結(jié)果為“良”;中海拔的5個(gè)立地類型中，“中海拔上坡薄腐殖層”的平均立地得分值最低，評(píng)價(jià)結(jié)果為“良”，“中海拔中坡中腐殖層”的平均立地得分值最高，評(píng)價(jià)結(jié)果為“優(yōu)”;高海拔的8個(gè)立地類型中，“高海拔上坡厚腐殖層”的平均立地得分值最低，評(píng)價(jià)結(jié)果為“良”，[JP2]“高海拔中坡中腐殖層”的平均立地得分值最高，評(píng)價(jià)結(jié)果為“優(yōu)”。同海拔中坡平均立地得分值要高于上坡和下坡;同海拔中腐殖層厚度的平均立地得分值要高于薄腐殖層和厚腐殖層，由此可見(jiàn)，湖北省杉木人工林在中海拔、中坡、中腐殖層厚度的立地條件下生產(chǎn)力較高。

表4中立地類型的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，立地質(zhì)量評(píng)價(jià)為差的標(biāo)準(zhǔn)地塊數(shù)有50塊，約占總標(biāo)準(zhǔn)地的30.1%，中等偏上的標(biāo)準(zhǔn)地塊數(shù)有116塊，約占總標(biāo)準(zhǔn)地的69.9%，表明湖北省內(nèi)杉木人工林的立地質(zhì)量總體處于中等偏上水平，較為適宜杉木人工林的生長(zhǎng)。

3 討論與結(jié)論

運(yùn)用數(shù)量化方法進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)，一般采用立地指數(shù)作為基準(zhǔn)變量與立地因子進(jìn)行線性擬合[13]，但根據(jù)實(shí)際情況，有時(shí)也可以利用優(yōu)勢(shì)高作為基準(zhǔn)變量[7，14]。本研究通過(guò)利用數(shù)量化理論Ⅰ方法建立湖北省杉木人工林優(yōu)勢(shì)高與立地因子之間的多元線性回歸，根據(jù)回歸結(jié)果進(jìn)行湖北省杉木人工林立地分類與質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：影響湖北省杉木人工林立地質(zhì)量的因子按其得分占比大小排序?yàn)楹０?腐殖層厚度>坡位>坡度>坡向，根據(jù)因子得分占比，選擇海拔、腐殖層厚度和坡位為影響湖北杉木人工林立地質(zhì)量的主導(dǎo)因子;以海拔劃分立地類型區(qū)、以坡位劃分立地類型組，腐殖層厚度劃分立地類型，共得到22個(gè)立地類型;根據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)地立地質(zhì)量得分值將研究區(qū)立地質(zhì)量劃分為優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級(jí)，[JP2]對(duì)所有標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果表明，研究區(qū)杉木人工林在中海拔、土壤濕潤(rùn)、土壤養(yǎng)分含量較高的立地條件下立地質(zhì)量得分值較高，說(shuō)明生長(zhǎng)較好，這與李志先[15]的研究結(jié)果相一致;另外，研究區(qū)所有樣地立地質(zhì)量總體處于中等偏上水平的占69.6%，表明研究區(qū)立地質(zhì)量總體處于中等偏上水平，較適宜杉木人工林的生長(zhǎng)。

立地質(zhì)量受氣候、土壤、地形等多種環(huán)境因素的影響，當(dāng)研究區(qū)域跨度較大時(shí)，為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)該將氣候因子加以考慮[16]。本研究的研究區(qū)域地跨湖北省杉木栽培的6個(gè)地區(qū)11個(gè)縣市，原則上應(yīng)該綜合考慮氣候因子對(duì)立地質(zhì)量的影響，由于是首次嘗試研究，本著簡(jiǎn)明實(shí)用的立地類型劃分原則，暫時(shí)未考慮氣候因子，這將是立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的下一步研究重點(diǎn)。

湖北省杉木人工林立地質(zhì)量雖然總體呈中等偏上水平，但同其它杉木栽培區(qū)一樣，杉木大徑材的出材量仍然極度匱乏。目前中國(guó)杉木人工林種植面積超6成以上為幼齡林，而近、成、過(guò)熟林面積不足4成，無(wú)法滿足市場(chǎng)對(duì)于大中徑材接近75.2%的需求量。因此，如何結(jié)合立地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，開(kāi)展大中徑材定向培育研究是湖北省杉木人工林培育的重要研究方向。

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（責(zé)任編輯：唐 嵐）

收稿日期：2020-03-01

基金項(xiàng)目：“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題（2015BAD09B0104）。

作者簡(jiǎn)介：李斌成（1994～），男，長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院，碩士研究生。

許業(yè)洲為通訊作者。