陳 敏,葉金盛,劉 萍

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣州 510642；2.廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院森林資源監(jiān)測中心，廣州 510520)

立地質(zhì)量是指某一立地上既定森林或其他植被類型的生產(chǎn)潛力,與樹種相關(guān)并有高低之分。立地質(zhì)量評(píng)價(jià)是對(duì)立地的宜林性或潛在的生產(chǎn)力進(jìn)行判斷和預(yù)測的理論基礎(chǔ),對(duì)于適地適樹造林、科學(xué)開展森林經(jīng)營以及構(gòu)建森林資源管理決策支持系統(tǒng)具有重要作用[1]。立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法很多,可分為直接評(píng)價(jià)法和間接評(píng)價(jià)法兩大類。其中,應(yīng)用最廣泛的方法是地位指數(shù)法[2-6],即該樹種在一定基準(zhǔn)年齡時(shí)的優(yōu)勢木平均高。20世紀(jì)70年代,美國中西部的林農(nóng)就已經(jīng)依賴地位指數(shù)曲線來指導(dǎo)生產(chǎn)[7-8],通過設(shè)置固定樣地對(duì)林木進(jìn)行連續(xù)測定,以林分生長量為標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)立地質(zhì)量的方法,被認(rèn)為是最直接、最準(zhǔn)確和最可靠的方法[1,9]。另外,利用生物量收獲指標(biāo)和公頃蓄積量評(píng)價(jià)立地質(zhì)量也是近幾年來常用的方法[10]。

馬尾松(Pinusmassoniana)是松科松屬喬木,為喜光、深根性樹種,不耐庇蔭,喜溫暖濕潤氣候,能生于干旱、貧瘠的紅壤、石礫土及砂質(zhì)土,或生于巖石縫中。在肥潤、深厚的砂質(zhì)壤土上生長迅速,在鈣質(zhì)土上生長不良或不能生長,不耐鹽堿。馬尾松是中國南部主要用材樹種之一,是長江流域以南荒山造林的先鋒樹種,經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。在我國分布極廣,北自河南及山東南部,南達(dá)福建、兩廣、臺(tái)灣北部低山,西至四川中部大相嶺東坡,西南至貴州貴陽、畢節(jié)及云南富寧,遍布于華中華南各地。近年來,馬尾松人工林規(guī)模種植及多代連作導(dǎo)致地力下降、病蟲害爆發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差等突出問題[11],有關(guān)馬尾松立地質(zhì)量報(bào)道較少,立地質(zhì)量是科學(xué)經(jīng)營和質(zhì)量精準(zhǔn)提升的技術(shù)關(guān)鍵,因此,評(píng)價(jià)廣東馬尾松林立地質(zhì)量為提高廣東省乃至華南地區(qū)馬尾松林科學(xué)經(jīng)營提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料來源

材料來源于廣東省第九次森林連續(xù)清查77塊馬尾松固定樣地?cái)?shù)據(jù),樣地面積為25.82m×25.82m,樣地林木信息如表1所示。

表1 樣地林木信息表

1.2 研究方法

1.2.1立地因子選取

地形因子包括地貌、海拔、坡向、坡位、坡度等,影響著與林木生長直接相關(guān)的光照、熱量和水分的分布。土壤因子包括土壤類型、土壤厚度、土壤質(zhì)地、礫石含量、腐殖質(zhì)厚度、枯枝落葉層厚度等,這都影響著土壤的理化性質(zhì),對(duì)林木生長所需的水、肥、氣、熱具有控制作用。由于地貌是根據(jù)海拔高度劃分為4個(gè)水平,故選擇其中1個(gè)因子即可?；趶V東省第九次森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù),選用地貌、坡向、坡位、坡度、土壤類型、土壤厚度、土壤質(zhì)地、礫石含量、腐殖質(zhì)層厚度、枯枝落葉層厚度等10個(gè)立地因子,對(duì)廣東省馬尾松林進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)。

1.2.2評(píng)價(jià)方法

1) 變量數(shù)量化處理。根據(jù)《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定(2014)》(1)國家林業(yè)局.國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定(2014).2014.和《第九次全國森林資源清查廣東省2017年暨大樣地監(jiān)測試點(diǎn)操作細(xì)則》(2)廣東省林業(yè)廳,廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院.第九次全國森林資源清查廣東省2017年暨大樣地監(jiān)測試點(diǎn)操作細(xì)則.2017.的相關(guān)技術(shù)規(guī)定的立地因子分級(jí),結(jié)合馬尾松的生長環(huán)境特性,確定各立地因子的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),并對(duì)除礫石含量以外的9個(gè)立地因子進(jìn)行數(shù)量化處理[12]。

2) 主成分分析。通過主成分分析將10個(gè)立地因子變換為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合變量[13],主要步驟為:a.計(jì)算樣本相關(guān)矩陣；b.進(jìn)行因子分析；c.計(jì)算樣本相關(guān)矩陣的特征值和特征向量；d.計(jì)算貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率,確定選取主成分個(gè)數(shù)；e.計(jì)算主成分矩陣,確定主成分方程。

3) 聚類分析。聚類分析可以很好的避免主觀隨意性[14],是數(shù)據(jù)的客觀反映,文章采用的是離差平方和法(Ward法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 主成分分析

對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并依據(jù)主成分分析得到7個(gè)主成分,由表2可知,有4個(gè)主成分的特征根大于1,前7個(gè)主成分的特征根大于0.75,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到86.32%,說明前7個(gè)主成分基本可以綜合評(píng)價(jià)立地質(zhì)量狀況,各主成分特征向量矩陣如表3所示。

表2 主成分分析表

表3 主成分特征向量矩陣

由表3可知,第1主成分中礫石含量和土壤質(zhì)地的特征向量值分別為-0.492 4和0.448 1,明顯大于其他立地因子,礫石含量與立地質(zhì)量是負(fù)相關(guān)關(guān)系,大量礫石的存在會(huì)影響土壤理化特性、持水能力和土壤耕性,土壤固體顆粒大小組合不同組成不同的土壤質(zhì)地,因此第1主成分綜合反映的是土壤的結(jié)構(gòu)。第2主成分中,土壤厚度、土壤類型和坡度的特征向量值較大,分別為0.484 3,0.453 1和0.450 9,都呈正相關(guān),坡度越高,土壤所受的雨水沖刷作用越大,表土越容易流失至坡度緩和的地段,土壤厚度越厚,馬尾松的根系越發(fā)達(dá),第2主成分綜合反映了土壤的機(jī)械支撐能力。第3主成分中地貌、枯枝落葉層厚度、腐殖質(zhì)厚度和坡向的特征向量值較大,分別為-0.476 1,0.474 3,-0.430 7和0.419 7,主要反映了土壤養(yǎng)分的貯存。第4主成分中坡位的特征向量值最高,為0.762 8,主要反映的是坡位引起的水熱條件。第5主成分中,土壤厚度和腐殖質(zhì)層厚度的特征向量值較大,分別為 0.493 2和0.479 9,呈正相關(guān),說明土壤厚度和腐殖質(zhì)層越厚,立地的質(zhì)量越高,這正好和馬尾松是深根性樹種的特性相關(guān)聯(lián)。第6主成分中坡度的特征向量值最大,為-0.499 7,呈負(fù)相關(guān),說明坡度馬尾松林喜歡在山地上生長。第7主成分中枯枝落葉層厚度的特征向量值為0.628 4,呈正相關(guān),說明枯枝落葉層厚度越大,土壤抗侵蝕能力越強(qiáng)、營養(yǎng)物質(zhì)貯存量越多,越有利于植物的生長。因此,本文認(rèn)為礫石含量、土壤厚度、地貌、坡位、腐殖質(zhì)層厚度、坡度和枯枝落葉層厚度等7個(gè)指標(biāo)是影響馬尾松林立地質(zhì)量的主導(dǎo)因子。

2.2 樣地聚類分析

將77個(gè)樣地按照主成分分析的7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析,當(dāng)縱坐標(biāo)距離取0.081時(shí),可將77個(gè)樣地分為4大類,每個(gè)類別所包含的樣地?cái)?shù)及其森林質(zhì)量指標(biāo)的基本情況如表4所示。類型Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的平均年齡相近,類型Ⅲ的平均年齡較大,為27.3a。類型Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的平均胸徑和平均樹高相近,類型Ⅱ的略小于其他3個(gè)類型,平均胸徑為12.8cm,平均樹高為8.0m。各類型平均每公頃蓄積分別為59.41,45.38,80.07,73.48 m3/hm2,類型Ⅲ、Ⅳ蓄積量高于類型Ⅰ、Ⅱ蓄積量。類型Ⅰ、Ⅱ分布在低山和丘陵樣地各占一半,類型Ⅲ樣地86%分布在丘陵,類型Ⅳ樣地89%分布在丘陵,總的來說,廣東馬尾松林集中生長在丘陵和低山。由土壤厚度、礫石含量、腐殖質(zhì)層厚度和枯枝落葉層厚度4個(gè)指標(biāo),基本能解釋為什么類型Ⅲ、Ⅳ的公頃蓄積量明顯高于類型Ⅰ、Ⅱ。類型Ⅲ的公頃蓄積量最大,為80.071m3/hm2,原因之一是土壤厚度較厚,礫石含量較小,為4%,且57%的樣地主要分布在中度腐殖質(zhì)層厚度,枯枝落葉層厚度的“薄”與“中”的比例為1∶1。其次為類型Ⅳ,單位蓄積量為73.481 m3/hm2,其略小于類型Ⅲ的原因是礫石含量為5%,89%的樣地的腐殖質(zhì)層厚度為“薄”,且平均年齡(24.8a)較小于類型Ⅲ(27.3 a)。再次為類型Ⅰ,單位蓄積量為59.407 m3/hm2,所有樣地的土壤厚度均為“厚”,礫石含量較低為9%,腐殖質(zhì)層厚度和枯枝落葉層厚度都較薄。類型Ⅱ的單位蓄積量最小:一是因?yàn)槠渫寥篮穸葹橹?是4個(gè)類型中最薄的；二是因?yàn)榈[石含量平均值為17%,最大值為60%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他3個(gè)類型。大量礫石的存在會(huì)影響土壤理化特性和水力特性,礫石的存在會(huì)影響土溫等物理特性,由于礫石而產(chǎn)生的大孔隙不僅會(huì)對(duì)水分的滲入、蒸發(fā)、分布等方面產(chǎn)生影響,也會(huì)對(duì)土壤碳、氮等各種元素含量及溶質(zhì)運(yùn)移過程產(chǎn)生較大影響[15]。

表4 廣東馬尾松林各類別立地森林質(zhì)量

3 結(jié)論與討論

1) 由主成分分析結(jié)果可知,前7個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到86.32%,因此選取前7個(gè)主成分即可基本說明立地因子對(duì)立地質(zhì)量的綜合影響,包括礫石含量、土壤厚度、地貌、坡位、腐殖質(zhì)層厚度、坡度和枯枝落葉層厚度等7個(gè)指標(biāo)是影響馬尾松林立地質(zhì)量的主導(dǎo)因子。

2) 聚類分析結(jié)果表明,當(dāng)距離取0.081時(shí)可將77個(gè)樣地按照7個(gè)主導(dǎo)因子分為4大類。各類別平均年齡、平均胸徑和平均樹高相近,但類型Ⅲ、Ⅳ的公頃蓄積量明顯大于類型Ⅰ、Ⅱ的公頃蓄積量,主要是由土壤厚度、礫石含量、腐殖質(zhì)層厚度和枯枝落葉層厚度引起的差異。類型Ⅲ、Ⅳ的公頃蓄積量較大,森林質(zhì)量較高,可在這兩類立地上營造大徑材、無病蟲害、高質(zhì)量的馬尾松林,針對(duì)公頃蓄積量較低的類型Ⅰ、Ⅱ,可適當(dāng)加入其他樹種營造混交林。