龐宏?yáng)|，李 玲，楊代貴，唐萬(wàn)鵬

（1.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，湖北 武漢 430075；2.荊門(mén)市彭場(chǎng)林場(chǎng)，湖北 荊門(mén) 448269）

立地是森林生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，對(duì)森林更新、樹(shù)種選擇、地力維持和經(jīng)營(yíng)管理至關(guān)重要[1]。立地質(zhì)量是影響林分生產(chǎn)力的關(guān)鍵要素[2]，對(duì)森林立地質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)是科學(xué)營(yíng)林的前提和合理利用林地的基礎(chǔ)[3-4]。立地質(zhì)量評(píng)價(jià)就是評(píng)判或預(yù)估某一立地的宜林性或潛在的生產(chǎn)力，其評(píng)價(jià)方法可簡(jiǎn)單歸納為直接和間接評(píng)價(jià)法，而地位指數(shù)法是間接評(píng)價(jià)法中最常用的方法[5-8]。

泡桐Paulowniaspp.是我國(guó)特有的重要的優(yōu)質(zhì)速生用材樹(shù)種之一，在國(guó)內(nèi)25 個(gè)省市自治區(qū)有自然分布和人工栽培[9]。因其具有分布廣泛、種質(zhì)資源豐富、優(yōu)質(zhì)、速生、繁殖容易、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣泛并適于農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)等優(yōu)良特性，而一直受到國(guó)際社會(huì)的重視[10]。湖北、湖南、江西等等南方省區(qū)作為泡桐原產(chǎn)地之一，最佳適生分布區(qū)，泡桐資源豐富，栽培歷史悠久，栽培面積較大。江西省鄱陽(yáng)縣僅在2008—2010年這3年間就大規(guī)模種植泡桐約1.53 萬(wàn)hm2[11-13]。由于南方丘陵山區(qū)土地資源豐富、水熱和氣候條件優(yōu)越，因此，泡桐在南方丘陵山區(qū)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

對(duì)泡桐人工林立地的研究起步較早，但研究的學(xué)者較少，潘國(guó)興等[14]、李鐵華等[15]對(duì)黃淮海平原、淮北平原等地的泡桐人工林進(jìn)行研究，編制了泡桐立地指數(shù)表，劃分了立地類(lèi)型并進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)。但關(guān)于南方丘陵山地泡桐人工林立地質(zhì)量的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。長(zhǎng)期以來(lái)缺少對(duì)泡桐人工林立地質(zhì)量的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，嚴(yán)重制約了泡桐在本地區(qū)的發(fā)展與提高。因此，本研究以湖北、湖南、江西等南方3 省丘陵山地的泡桐人工林做作為研究對(duì)象，篩選出主導(dǎo)立地因子并劃分立地類(lèi)型，在分析泡桐人工林林分胸徑生長(zhǎng)過(guò)程的基礎(chǔ)上，編制了南方丘陵山地泡桐人工林立地指數(shù)表，并以所編制的立地指數(shù)表對(duì)所劃分的立地類(lèi)型進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)，為南方丘陵山地泡桐大徑材林培育提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域和方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域包括湖北?。ㄧ娤槭?、東寶區(qū)、京山市、咸安區(qū)、赤壁市、崇陽(yáng)縣、松滋市）、湖南?。ㄏ骊幙h）和江西?。ü睬喑鞘小③蛾?yáng)縣）等3省10縣（市、區(qū)）的泡桐人工林。這3 個(gè)省的泡桐人工林主要處于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，光照充足，雨量充沛，無(wú)霜期長(zhǎng)；冬冷夏熱，四季分明，降水季節(jié)分配不均，春夏多雨，秋冬干旱；地形以丘陵山地為主，海拔高度為10～400 m；地帶性土壤主要有黃壤、黃棕壤、紅壤、磚紅壤等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置及調(diào)查方法

在湖北省、湖南省及江西省等3 省不同立地類(lèi)型的泡桐人工林中設(shè)置20 m×20 m 標(biāo)準(zhǔn)樣地115 塊，其中湖北省75 塊、湖南省16 塊，江西省24 塊。對(duì)樣地內(nèi)所有泡桐進(jìn)行每木調(diào)查。同時(shí)詳細(xì)記錄每塊樣地的坡向、坡位、坡度、海拔、土壤類(lèi)型、土壤質(zhì)地、土層厚度、石礫含量、地形地貌等立地因子以及林齡、品種、造林密度、撫育管護(hù)等林分基本情況。在每個(gè)樣地中選出5株胸徑最大的優(yōu)勢(shì)木，計(jì)算出該樣地優(yōu)勢(shì)木平均胸徑。

在每個(gè)調(diào)查樣地內(nèi)開(kāi)挖1 個(gè)典型土壤剖面，調(diào)查樣地土壤名稱、土層厚度、石礫含量、腐殖質(zhì)層厚度、母質(zhì)層狀況等；將土壤剖面機(jī)械分為3層（0～10、10～30、＞30 cm），分層采集環(huán)刀土帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤容重等物理性質(zhì)指標(biāo)。

1.2.2 數(shù)量化理論Ⅰ模型的建立

根據(jù)南方丘陵山地泡桐產(chǎn)區(qū)地形特點(diǎn)和研究需要，選擇了坡度、坡向、坡位、海拔、土壤質(zhì)地、石礫含量、土壤容重等7 個(gè)主要立地指標(biāo)作為影響因子，將這7 個(gè)影響因子項(xiàng)目分解成3～5個(gè)類(lèi)目（表1）。運(yùn)用數(shù)量化理論Ⅰ[16]，構(gòu)建各立地因子與泡桐優(yōu)勢(shì)木年均胸徑之間的反應(yīng)矩陣，建立多元線性回歸模型[16]。根據(jù)模型運(yùn)行結(jié)果，篩選出主導(dǎo)立地因子。

表1 影響因子水平劃分Table 1 The factors terms and categories

2 結(jié)果與分析

2.1 泡桐人工林立地類(lèi)型劃分

2.1.1 立地因子分析

根據(jù)數(shù)量化理論I 的分析結(jié)果（表2），泡桐人工林優(yōu)勢(shì)木年均胸徑與立地因子之間偏相關(guān)系數(shù)由大到小為：坡向（0.34）＞石礫含量（0.248）＞海拔（0.195）＞土壤質(zhì)地（0.188）＞坡度（0.109）＞土壤容重（0.098）＞坡位（0.061），且t檢驗(yàn)結(jié)果表明坡向、石礫含量與優(yōu)勢(shì)木年均胸徑的相關(guān)性為極顯著水平（P＜0.01），海拔、土壤質(zhì)地與優(yōu)勢(shì)木年均胸徑的相關(guān)性為顯著水平（P＜0.05）。因此坡向、石礫含量、海拔、土壤質(zhì)地等4 個(gè)立地因子均可作為影響泡桐人工林立地質(zhì)量的主導(dǎo)因子。

表2 立地因子數(shù)量化回歸分析結(jié)果?Table 2 Quantity regression result of site factors

2.1.2 立地類(lèi)型劃分

為方便在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，立地類(lèi)型的劃分不宜過(guò)多。因此根據(jù)篩選出的主導(dǎo)立地因子，選擇偏相關(guān)系數(shù)最大的坡向和石礫含量2 個(gè)立地因子對(duì)泡桐人工林立地類(lèi)型進(jìn)行劃分，最終將南方丘陵山地泡桐人工林的立地類(lèi)型劃分為12 個(gè)類(lèi)型，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 南方丘陵山地泡桐人工林立地類(lèi)型Table 3 Site types of Paulownia plantation in the hilly area of South China

2.2 泡桐人工林立地指數(shù)表編制

2.2.1 數(shù)據(jù)整理

編制立地指數(shù)表時(shí)，通常利用林分平均年齡和優(yōu)勢(shì)木平均高的相關(guān)性來(lái)進(jìn)行編制，以標(biāo)準(zhǔn)年齡時(shí)的優(yōu)勢(shì)木樹(shù)高來(lái)反映立地質(zhì)量的高低。由于泡桐具有假二叉分枝習(xí)性，且分枝多，易造成樹(shù)高數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性，因此，在本研究中以優(yōu)勢(shì)木平均胸徑代替優(yōu)勢(shì)木平均樹(shù)高，即用林分平均年齡和優(yōu)勢(shì)木平均胸徑的相關(guān)性作為立地質(zhì)量評(píng)定的因子[14]。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查的結(jié)果，按林齡分別統(tǒng)計(jì)出平均年齡和優(yōu)勢(shì)木平均胸徑，并按公式（1）計(jì)算各林齡的胸徑標(biāo)準(zhǔn)差：

式中：Si為第i齡階樹(shù)高標(biāo)準(zhǔn)差；Dij為第i齡階中第j株優(yōu)勢(shì)木胸徑（j=1,2,3,···,ni）；ni為第i齡階中優(yōu)勢(shì)木株數(shù)。

各齡階以平均優(yōu)勢(shì)木為準(zhǔn)，綜合考慮各齡階胸徑值變化范圍，確定以1 倍胸徑標(biāo)準(zhǔn)差為范圍剔除本齡階內(nèi)數(shù)據(jù)異常的優(yōu)勢(shì)木。剔除異常數(shù)據(jù)后，以齡階為單位，重新統(tǒng)計(jì)、計(jì)算優(yōu)勢(shì)木平均胸徑和優(yōu)勢(shì)木株數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 優(yōu)勢(shì)木特征統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistical characters of the dominate trees

2.2.2 導(dǎo)向曲線的選擇

根據(jù)115 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，以平均優(yōu)勢(shì)木胸徑作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選用多種曲線方程進(jìn)行擬合，經(jīng)相互比較后，采用對(duì)數(shù)曲線式方程作為導(dǎo)向曲線方程，方程式為：D=a+blgA，其中D為胸徑，A為年齡，a、b為系數(shù)。通過(guò)計(jì)算，得到該曲線方程為：D=2.696 1+22.528 7lgA。

2.2.3 基準(zhǔn)年齡和指數(shù)級(jí)距的確定

目前基準(zhǔn)年齡的確定方法沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)定，由于泡桐胸徑的平均生長(zhǎng)量和連年生長(zhǎng)量的最大值一般都在12年生以前，輪伐期也在12年生左右，同時(shí)結(jié)合樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，確定基準(zhǔn)年齡為12 a?？紤]到泡桐的速生特性，確定指數(shù)級(jí)距為4 cm。

2.2.4 立地指數(shù)表的編制

以導(dǎo)向曲線為基礎(chǔ)，按基準(zhǔn)年齡時(shí)胸徑值和指數(shù)級(jí)距，采用相對(duì)優(yōu)勢(shì)胸徑法進(jìn)行立地指數(shù)表的編制，其計(jì)算公式為Dij=Kj×Dij，式中Dij為第i齡階第j指數(shù)級(jí)調(diào)整后的胸徑；Kj=Doj/Dok為各齡階立地指數(shù)的調(diào)整系數(shù)，其中，Doj為基準(zhǔn)年齡時(shí)第j指數(shù)級(jí)的胸徑；Dok為基準(zhǔn)年齡時(shí)胸徑理論值。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，整理后得到泡桐人工林的立地指數(shù)表（表5）。

表5 南方丘陵山地泡桐人工林立地指數(shù)Table 5 The site index table of Paulownia plantation in the hilly area of South China

2.2.5 立地指數(shù)表的檢驗(yàn)

2.2.5.1 卡方檢驗(yàn)

利用115 株平均優(yōu)勢(shì)木解析木的年齡和胸徑值，在所編立地指數(shù)表中查出其對(duì)應(yīng)的立地指數(shù)，再求出各齡階的胸徑理論值DE，然后與解析木的實(shí)際胸徑值DO進(jìn)行X2檢驗(yàn)[17]，檢驗(yàn)公式為：

通過(guò)計(jì)算得出χ2=2.474 7，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于χ20.05(115-1)的值，檢驗(yàn)結(jié)果表明其胸徑理論值和實(shí)際值無(wú)顯著差異，檢驗(yàn)合格。

2.2.5.2 落點(diǎn)檢驗(yàn)

將編表所用404 棵優(yōu)勢(shì)木的胸徑值作散點(diǎn)圖，然后繪制在立地指數(shù)曲線簇圖上（圖1）。結(jié)果表明，有392 株優(yōu)勢(shì)木落在所編制的立地指數(shù)曲線圖內(nèi)，達(dá)到97.0%，檢驗(yàn)合格。該結(jié)果表明，所編的立地指數(shù)表能夠很好地表現(xiàn)出這一地區(qū)泡桐的立地質(zhì)量，能夠指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用。

圖1 泡桐人工林立地指數(shù)曲線落點(diǎn)檢驗(yàn)Fig.1 Test of falling point for site index curves of Paulownia plantation

2.3 立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

以所編制的泡桐立地指數(shù)表對(duì)115 塊泡桐人工林標(biāo)準(zhǔn)地所劃分的12 種立地類(lèi)型進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)（表6），將立地指數(shù)劃分為3 個(gè)等級(jí)：較差立地指數(shù)水平（18～22 指數(shù)級(jí)），中等立地指數(shù)水平（26 指數(shù)級(jí)）和較高立地指數(shù)級(jí)（30～34指數(shù)級(jí)）。評(píng)價(jià)結(jié)果表明處于較差立地指數(shù)水平的樣地共有12 個(gè)，占10.43%；處于中等立地指數(shù)水平的樣地有44 個(gè)，占38.26%；處于較高立地指數(shù)水平的樣地有45 個(gè)，占39.13%。以上結(jié)果說(shuō)明南方丘陵山區(qū)泡桐人工林立地質(zhì)量總體上處于中等以上水平。

表6 立地質(zhì)量評(píng)價(jià)Table 6 Evaluation of site quality

陽(yáng)坡處于較高立地指數(shù)水平的樣地有6 個(gè)，占陽(yáng)坡樣地的15.38%；處于中等立地指數(shù)水平的樣地有32 個(gè)，占82.05%；處于較差立地指數(shù)水平的樣地有1 個(gè)，占2.57%。陰坡處于較高立地指數(shù)水平的樣地有20 個(gè)，占陰坡樣地的48.78%；處于中等立地指數(shù)水平的樣地有21 個(gè)，占51.22%。半陰半陽(yáng)坡處于較高立地指數(shù)水平的樣地有19 個(gè)，占54.29%；處于中等立地指數(shù)水平的樣地有15 個(gè)，占42.86%；處于較差立地指數(shù)水平的樣地僅有1個(gè)，占2.85%?？梢?jiàn)陰坡和半陰半陽(yáng)坡泡桐人工林立地質(zhì)量以較高立地指數(shù)水平和中等立地指數(shù)水平為主，而陽(yáng)坡泡桐人工林立地質(zhì)量主要以中等立地指數(shù)水平為主，且陰坡和半陰半陽(yáng)坡處于較高立地指數(shù)水平樣地的比例顯著大于陽(yáng)坡。因此，陰坡和半陰半陽(yáng)坡比陽(yáng)坡更適宜作為培育泡桐大徑材林的立地類(lèi)型。

在12 種立地類(lèi)型中，半陰半陽(yáng)坡低石礫含量和陰坡低石礫含量這2 個(gè)立地類(lèi)型處于較高立地指數(shù)水平的樣地最多，均為13 個(gè)，分別占到各自立地類(lèi)型樣地總數(shù)的65.00%和61.90%；半陰半陽(yáng)坡較低石礫含量立地類(lèi)型處于較高立地指數(shù)水平的樣地有4 個(gè)，占該類(lèi)型樣地總數(shù)的57.14%；這3 個(gè)立地類(lèi)型處于較高立地指數(shù)水平的樣地占各自立地類(lèi)型樣地總數(shù)的比例均在50%以上，生產(chǎn)潛力最高，最適宜作為培育泡桐大徑材林的立地類(lèi)型。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

不同立地因子對(duì)泡桐生長(zhǎng)影響的貢獻(xiàn)大小排序?yàn)椋浩孪颍臼[含量＞海拔＞土壤質(zhì)地＞坡度＞土壤容重＞坡位。根據(jù)數(shù)量化理論I 的分析結(jié)果，坡向和石礫含量是影響南方丘陵山地泡桐人工林生長(zhǎng)的主導(dǎo)立地因子。以坡向和石礫含量這2個(gè)主導(dǎo)立地因子對(duì)泡桐人工林立地類(lèi)型進(jìn)行劃分，最終將南方丘陵山地泡桐人工林的立地類(lèi)型劃分為陽(yáng)坡低石礫含量、陽(yáng)坡較低石礫含量等12 個(gè)立地類(lèi)型。

根據(jù)115 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，建立林分平均優(yōu)勢(shì)木胸徑與林齡對(duì)應(yīng)關(guān)系的導(dǎo)向曲線D=2.696 1+22.528 7lgA，根據(jù)該曲線模型推導(dǎo)編制了南方丘陵山地泡桐人工林立地指數(shù)表，經(jīng)卡方檢驗(yàn)和落點(diǎn)檢驗(yàn)表明所編制的立地指數(shù)表與平均優(yōu)勢(shì)木的胸徑生長(zhǎng)過(guò)程無(wú)顯著差異，能夠指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用。應(yīng)用所編制的立地指數(shù)表對(duì)南方丘陵山地泡桐人工林進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)，可將泡桐人工林立地質(zhì)量劃分為較差立地指數(shù)水平、中等立地指數(shù)水平和較高立地指數(shù)水平3 個(gè)等級(jí)。其中，處于中等以上立地指數(shù)水平的樣地占77.39%，表明南方丘陵山區(qū)泡桐人工林立地質(zhì)量總體上處于中等以上水平。在12 種立地類(lèi)型中，半陰半陽(yáng)坡低石礫含量、陰坡低石礫含量和半陰半陽(yáng)坡較低石礫含量這3 個(gè)立地類(lèi)型生產(chǎn)潛力最高，最適宜作為培育泡桐大徑材林的立地類(lèi)型。

3.2 討 論

坡向作為重要的立地因子，直接或間接地影響樹(shù)木的生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)狀況以及林分發(fā)展[18]。不同坡向因太陽(yáng)輻射強(qiáng)度及日照時(shí)數(shù)的差異，致使水熱狀況不同，進(jìn)而影響光合作用和有機(jī)質(zhì)的積累[19]。有研究表明，坡向?qū)τ退?、水曲柳等?shù)種的生長(zhǎng)影響明顯[20-21]。段劼等[22]在對(duì)北京地山地區(qū)油松人工林進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)油松生長(zhǎng)在陰坡立地條件時(shí)，處于較高立地指數(shù)水平的樣地比例最大，這與本研究結(jié)果較為相似。張順平等[18]的研究也表明，坡向?qū)ε萃┯g林胸徑、苗干高、蓄積量等生長(zhǎng)指標(biāo)均有極顯著影響。但涂佳[23]在研究了泡桐人工林不同立地因子與蓄積量的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)土層厚度、坡位和母巖是影響泡桐人工林立地質(zhì)量的主導(dǎo)因子，這可能與樣地調(diào)查范圍、立地因子選擇的不同有關(guān)。泡桐為陽(yáng)性樹(shù)種，但其生長(zhǎng)期對(duì)土壤水分較為敏感，南方丘陵山地水熱條件豐富，但也存在明顯的季節(jié)性干旱現(xiàn)象。陰坡和半陰半陽(yáng)坡在干旱季節(jié)由于受到太陽(yáng)輻射直接照射的時(shí)間較短，土壤水分蒸發(fā)量要少于陽(yáng)坡，導(dǎo)致土壤含水量要高于陽(yáng)坡，從而保證了泡桐的正常生長(zhǎng)。因而在南方丘陵山地陰坡和半陰半陽(yáng)坡立地類(lèi)型的生產(chǎn)潛力要高于陽(yáng)坡。

影響人工林生長(zhǎng)的因素眾多且較為復(fù)雜，除了立地條件外，造林苗木的品種品系、造林方式方法以及林地管護(hù)水平都對(duì)人工林生長(zhǎng)有著巨大影響。由于所調(diào)查的泡桐人工林多為私人老板所造，大部分為異齡林，造林密度也不一致，林地的管護(hù)水平更是差異巨大，而本研究只對(duì)立地因子進(jìn)行了比較分析，并沒(méi)有考慮這些因素的影響，因此，這可能會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的差異。大部分泡桐林地均位于地勢(shì)較為平坦、土層深厚的丘陵坡地上，立地條件較為接近，立地因子的差異性也較小，這可能也是導(dǎo)致分析結(jié)果與別的學(xué)者研究結(jié)果不一致的原因之一。

本研究所調(diào)查的區(qū)域僅局限于湖北省、湖南省、江西省的部分地區(qū)，未能完全覆蓋南方丘陵山地適宜種植泡桐的地區(qū)，研究結(jié)果無(wú)法全面反映整個(gè)南方丘陵山地泡桐人工林的整體狀況，研究結(jié)果僅能代表調(diào)查所在地泡桐人工林的現(xiàn)實(shí)情況。土壤肥力是土壤各方面性質(zhì)的綜合反映，是立地質(zhì)量的重要因素，在林業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義，本研究在評(píng)價(jià)南方丘陵山地泡桐人工林立地質(zhì)量時(shí)未將其考慮進(jìn)去，這可能也是導(dǎo)致分析結(jié)果與別的學(xué)者研究結(jié)果不一致的因素之一。南方丘陵山地泡桐人工林土壤肥力質(zhì)量現(xiàn)狀、影響不同立地條件下泡桐人工林土壤肥力質(zhì)量差異的主要因素以及影響泡桐人工林生長(zhǎng)的土壤肥力指標(biāo)等將是下一步研究的重要方向。