劉 聘，喬一娜，李靜文，榮俊冬，陳禮光，鄭郁善

(福建農(nóng)林大學 林學院，福建 福州 350002)

立地質(zhì)量是指在某一立地條件上森林植被的生產(chǎn)潛力[1]。立地條件是影響林地質(zhì)量和林木生長的自然與環(huán)境因子的綜合，包括土壤、地形、氣候以及植被之間的競爭等[2]。立地質(zhì)量評價則是對該立地條件下的立地因子進行調(diào)查，分析各因子同植被生長之間的關(guān)系，確定其生產(chǎn)潛力[3]。立地質(zhì)量評價是合理造林的基礎及有效措施，正確的評價結(jié)果能為當?shù)氐脑炝趾瓦m地適樹提供科學依據(jù)[4]。

目前對于有林地立地質(zhì)量的評價方法最常見的是地位指數(shù)法[5-7]，對于無林地的評價主要是通過有林地的立地因子來間接評估其生產(chǎn)潛力[8]。張伏全等[9]應用數(shù)量化理論模型評價了滇西南地區(qū)龍竹立地質(zhì)量；陳昌雄等[10]使用數(shù)量化的方法，利用樹高與林地立地因子建立回歸模型，編制了南平市延平區(qū)天然常綠闊葉林的地位指數(shù)表。近年來隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，許多學者可以通過土壤圖[11]、DEM[12]與遙感數(shù)據(jù)[13]的獲取來進行立地質(zhì)量評價。鞏垠熙等[14]利用遙感數(shù)據(jù)結(jié)合BP 神經(jīng)網(wǎng)絡模型，進行了落葉松立地質(zhì)量評價；張曉麗等[15]通過遙感數(shù)據(jù)用3S 技術(shù)對北京地區(qū)進行了森林立地分類及質(zhì)量評價；豐緒霞等[16]利用遙感數(shù)據(jù)，用GIS 技術(shù)對帽兒山林場進行森林立地分類及質(zhì)量評價。目前對于福建柏林分的立地質(zhì)量評價研究較少，且大多數(shù)研究是通過編制立地指數(shù)表進行的有林地立地質(zhì)量評價，對于無林地的立地質(zhì)量評價方面的研究十分缺乏。

為進一步加強福建柏人工林的科學造林和合理經(jīng)營管理，本研究利用數(shù)量化理論Ⅰ方法建立林分優(yōu)勢木平均高與立地因子之間的多元回歸方程，根據(jù)篩選出的主導因子劃分立地類型，并構(gòu)建數(shù)量化預測方程對福建安溪福建柏人工林的立地質(zhì)量進行評價，以期為提高土地利用率和森林生產(chǎn)潛力提供技術(shù)支撐，為實現(xiàn)有無林地的統(tǒng)一評價提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

安溪縣位于福建省東南部的泉州市，地處E117°36′～118°17′，N24°50′～25°26′之間，地勢自西北向東南傾斜，西北部山巒起伏，坡度大，平均海拔在700 m 以上；東南部地勢平緩，平均海拔在500 m 以下。安溪縣屬南、中亞熱帶海洋性季風氣候，由于地貌差異造成內(nèi)外安溪氣候明顯不同。東部外安溪屬南亞熱帶，年平均溫度19～21 ℃，年降雨量1 600 mm，夏季長而炎熱，冬季短而無嚴寒；西部內(nèi)安溪屬中南亞熱帶，年平均溫度在16～18 ℃，年降雨量1 800 mm，全年四季分明，夏季不酷熱，秋季冷得較早，春季來得稍遲。

土壤類型主要是紅壤、黃紅壤和黃壤，植物種類繁多，人工林樹種主要有福建柏(Fokienia hodginsii)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、馬尾松(Pinus massoniana)和木荷(Schima superba)等。安溪縣福建柏多見人工林，主要分布于海拔400～800 m 之間，在豐田、半林和竹園等國有林場分布面積較大。

1.2 樣地數(shù)據(jù)來源

采用安溪縣林業(yè)局2017—2018 年二類調(diào)查數(shù)據(jù)材料，小班調(diào)查因子主要包括林分起源、造林年度、郁閉度、經(jīng)營密度、小班面積、海拔、坡向、坡位、坡度和土層厚度等。從中篩選出優(yōu)勢樹種為福建柏的人工純林、林齡為6～45 年的小班共75 塊。

1.3 立地因子分級

立地因子的選定必須對優(yōu)勢木樹高影響較大，能精準預測福建柏林分生產(chǎn)力，因此選取6 個與優(yōu)勢木樹高生長密切相關(guān)的因子為坡向、坡位、坡度、海拔、土層厚度和腐殖質(zhì)層厚度。其中坡向和坡位為定性指標，將其定量化處理后分級賦值；坡度、海拔、土層厚度和腐殖質(zhì)層厚度等定量指標依據(jù)具體值劃分，對所選指標進行歸一化處理，具體見表1。

表1 立地因子分級標準Tab.1 Classification standard for site factors

1.4 試驗方法

采用數(shù)量化理論Ⅰ預測模型(公式1)：

式中，i為標準地號；j為項目數(shù)；k為各項目的類目數(shù)；bjk是第j個項目第k個類目的得分值；εi為隨機誤差；yi為第i個標準地的優(yōu)勢木平均高。

引入(0，1)化數(shù)量化函數(shù)，實現(xiàn)對定性因子的定量化推斷以及定性與定量因子間的對比。代入各樣地立地因子得表2。

利用數(shù)量化理論Ⅰ，通過最小二乘法求出bjk的值，得到預測方程(公式2)。

表2 立地因子原始數(shù)據(jù)反映表Tab.2 Raw data of site factors

1.5 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計，用Matlab 2016 中的矩陣運算函數(shù)計算得出bjk，運用SPSS 20.0 計算出各因子的復相關(guān)系數(shù)及偏相關(guān)系數(shù)，并進行顯著性t檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)量化理論預測方程

依據(jù)數(shù)量化理論得出各樣地優(yōu)勢木平均高的預測方程(公式3)。

該方程是關(guān)于6 個項目20 個類目的數(shù)量化方程，示性函數(shù)前的系數(shù)表示各類目得分值，具體見表3。若已知某一樣地各因子，將對應值代入方程即可預測該樣地優(yōu)勢木平均高。

由表3 可知：X11與X12、X13的得分明顯高于X14；X21與X22和X23相比得分最低；X3中隨著坡度的增加得分值相應減少，且X31與X32的得分明顯高于X33與X34；X4中隨著海拔升高得分值依次降低；對于X5與X6因子，均是隨著厚度的增加，得分有所提高。在6 個項目因子中，通過各類目得分值可確定出立地因子與林木生長的關(guān)系，在陰坡、坡度＜15°的下坡位、低海拔、土層厚度＞80 cm 和腐殖質(zhì)厚度＞20 cm 等條件下更有利于福建柏的生長，得出的結(jié)果與我們實踐應用中的規(guī)律相一致。

2.2 數(shù)量化預測方程的檢驗

2.2.1 復相關(guān)系數(shù)及t檢驗

運用SPSS 計算得出R復=0.622，F(xiàn)=7.168，P＜0.001，福建柏優(yōu)勢木平均高與6 個立地因子之間存在較高的線性相關(guān)性，說明本文選取的6 個因子在很大程度上影響福建柏的生長。

2.2.2 偏相關(guān)系數(shù)及其t檢驗

如表4 所示：優(yōu)勢木平均高與坡向、坡度、土層厚度之間顯著相關(guān)，與腐殖質(zhì)層厚度的相關(guān)性較小，與坡位、海拔則不顯著。依據(jù)偏相關(guān)系數(shù)大小得出各因子對立地質(zhì)量的影響程度排序為：坡度＞土層厚度＞坡向＞腐殖質(zhì)厚度＞海拔＞坡位，其中坡度、土層厚度和坡向?qū)α⒌刂笖?shù)的貢獻率達71.42%，確定其為主導立地因子。

表3 福建柏立地質(zhì)量得分表Tab.3 The score table for site quality of Fujian Cypress

表4 各因子偏相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗Tab.4 Partial correlation coefficient and significance test

2.3 立地類型劃分與立地質(zhì)量評價

根據(jù)立地質(zhì)量數(shù)量化得分表中各立地因子的得分值劃分立地質(zhì)量評價等級，用各立地因子中最大得分值的代數(shù)和減去最小得分值的代數(shù)和然后進行3 等分，根據(jù)需要把立地質(zhì)量分為優(yōu)、良、中、差4 個等級(表5)。

根據(jù)偏相關(guān)系數(shù)的順序大小，采用坡度、土壤厚度和坡向3 種主導因子對福建柏人工林類型進行了分類。分別采用坡度、土層厚度和坡向來劃分立地類型區(qū)、立地類型組及立地類型，共劃分為48 個立地類型。所選樣地中共劃分出26 個立地類型，部分立地類型無樣地存在(表6)。

表5 數(shù)量化立地質(zhì)量評價表Tab.5 Quantifiable evaluation of site quality

表6 立地類型與立地質(zhì)量等級表Tab.6 Site type and site quality scale

由表6 可以看出：福建安溪地區(qū)整體立地質(zhì)量等級在中及以上，其中立地質(zhì)量優(yōu)、良的樣地占85%以上，說明該地立地條件良好，適宜福建柏人工林生長。

3 討論

目前有關(guān)立地質(zhì)量數(shù)量化評價方法應用最廣泛的是數(shù)量化理論Ⅰ模型[17]，其主要原理是建立林木優(yōu)勢平均高與立地因子的回歸方程，從而預測林分生長。本研究中，選取海拔、坡度、坡向、坡位、土層厚度和腐殖質(zhì)層厚度6 個立地因子，運用數(shù)量化理論Ⅰ，根據(jù)各因子得分值，得出因子影響程度排序為：坡度＞土層厚度＞坡向＞腐殖質(zhì)厚度＞海拔＞坡位，因此選擇坡度、土壤厚度和坡向為主導因子。由于安溪地區(qū)福建柏在坡度分布上具有一定的規(guī)律性，坡度對于降水的分配作用直接影響土壤入滲水分，因此將坡度作為影響福建柏生長的主導因子之一；林木生長所需要的土壤養(yǎng)分受土壤厚度直接影響，因此土層厚度也成為主導因子之一；不同坡向會導致不同日照時間和太陽輻射強度，進而影響到土壤的水熱狀況，因此坡向也成為其中一個主導因子。而坡位、海拔的不顯著主要是因為福建柏林分分布的無規(guī)律性。莊晨輝等[18]研究得出地勢、地形、坡位、土層厚度和腐殖質(zhì)層厚度為影響福建柏林分生長的主要立地因子；易長權(quán)等[19]得出了影響湖北省公安縣楊樹人工林生長的主導因子為土壤質(zhì)地、地下水位、排水狀況和夾層；于玉芳等[20]得出影響昌寧縣華山松的主導因子是坡形、土層厚度和海拔。這些結(jié)果與本研究有所差異，可能是由于不同地區(qū)的地貌、環(huán)境差異以及不同的林分經(jīng)營密度與模式造成的，采用坡度、土壤厚度和坡向3 個主導因子將安溪地區(qū)劃分為48 個立地類型和該結(jié)論與郭艷榮等[21]和李艷潔等[22]研究結(jié)果相似。

本研究未考慮氣候和水文等因素的影響，在今后的研究中可探討多因素的交互作用，在運用立地因子對立地質(zhì)量進行評價時，應先采用主成分分析及聚類分析篩選出對林分生長影響較大的立地因子，運用多元統(tǒng)計法、遙感影像結(jié)合BP 網(wǎng)絡模型等多種不同方法，并結(jié)合地位指數(shù)表，進一步提高評價結(jié)果的預測精度，以期對森林立地質(zhì)量進行更精準的評價，為福建省適地適樹提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

根據(jù)數(shù)量化模型得出福建柏優(yōu)勢木平均高的預測方程，模型經(jīng)檢驗符合要求，可以利用這一模型較好地評價福建柏立地質(zhì)量，對于評價林地生產(chǎn)力提供了一種可行方法，為安溪地區(qū)合理造林提供了理論依據(jù)。通過各個立地因子得分值的計算，把48 個立地類型劃分為優(yōu)、良、中、差4 個等級，得分在11.549 5～14.634 7 的為優(yōu)，得分在8.464 2～11.549 5 之間的為良，得分在5.378 9～8.464 2 之間的為中，得分值小于5.378 9 的為差。由于部分樣地不存在，根據(jù)實際情況共得出26 個立地類型，所有樣地的立地質(zhì)量等級均在中等及以上。在實際應用中，首先調(diào)查某林地的立地因子，再由立地質(zhì)量得分表查出相應立地因子得分值，可確定立地等級，最后代入數(shù)量化理論預測方程即可得出優(yōu)勢木平均高。