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立地类型及其林地质量是多种地理环境因素的综合反映[1],是研究森林生长和立地环境的一个重要手段[2],对评价立地生产潜力尤为重要[3]。立地质量评价是实现科学造林、合理高效利用林地的重要保证[4],对树种选择、营林技术、地力改良等具有重要指导作用。而数量化理论方法是研究立地因子对立地质量影响最常应用的方法,国内许多学者已运用该方法对柚木(Tectona grandis L.F.)[5]、西南桦(Betula alnoides Buch.-Ham. ex D. Don)[6]、杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)[7]等树种进行了立地类型划分及评价的研究,均取得了较好的效果。
桉树(Eucalyptus robusta Smith)因速生丰产、轮伐期短等优点,成为我国重要的工业原料林树种,为我国木材、纸浆生产做出了重要贡献。华南作为我国桉树纸浆林发展的主要栽培区[8],通过多年来的测定和推广种植,尾细桉(Eucalyptus urophylla × E. tereticornis)无性系成为了华南沿海地区桉树纸浆林重要的种植品系,亦是台风频繁的雷琼地区造林的首选品种[9]。由于对尾细桉生长与立地生产力间的关系认识不足,营林过程中出现林分退化、生产力低下等现象,影响了尾细桉纸浆材林的经济、生态和社会效益。近些年,桉树人工林立地分类及质量的研究也一直受到学者们的关注。国外对桉树立地潜在生产力预测、立地等级及划分、立地质量对生产力的影响等方面进行了研究[10-12]。国内对广西、云南、福建等地区的桉树立地分类与评价研究已有报道[13-16]。雷琼地区桉树人工林面积达38.5万hm2,而尾细桉作为该地区重要的种植品系,关于尾细桉人工林在该区域的立地分类和质量评价研究尚未见报道。
本研究以雷琼地区具有一定规模的1~18年生尾细桉(TH91-LH系列无性系)人工林为研究对象,通过调查112块样地的林木生长量及地形、地貌和土壤理化性质等立地因子,应用数量化理论方法研究优势木高生长量与立地因子的关系,采用聚类分析和相关性分析进行立地划分与生产力评价,旨在为尾细桉人工林种植的立地选择和合理经营等提供科学依据。
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基准年龄指树高生长趋于稳定且能灵敏反映立地差异的年龄[21],一般超过树种轮伐期一半。由表1可知:尾细桉1~4 年生时优势木树高变异系数较大,从第5 年生时树高生长变异趋于稳定,而现行桉树纸浆材的主伐年限约为5~6 a。因此,雷琼地区尾细桉人工林的基准年龄确定为5 a,其中,8 年生的平均树高生长大于9年生,可能是立地生产力不同造成的差异,选取林龄在5 a及以上的74个样地进行立地分类,能更科学的反映立地质量的差异。
项目 Item 林龄 Forest age/a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 平均高 Average high/m 6.96 10.85 13.38 15.67 17.52 19.00 19.30 20.84 20.28 20.31 21.08 21.92 23.71 22.42 24.14 24.85 25.07 标准差 Standard deviation 1.27 1.66 1.94 2.11 1.81 1.94 1.99 2.10 2.12 2.08 2.16 2.26 2.61 2.39 2.68 2.80 2.81 变异系数 CV/% 18.21 15.30 14.47 13.47 10.32 10.21 10.30 10.10 10.44 10.26 10.25 10.31 11.00 10.65 11.11 11.27 11.20 样地数 Sample number/个 11 7 10 10 11 7 8 5 4 3 7 4 9 5 4 4 3 Table 1. Coefficient of variation of dominant height in different age
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从立地因子对林木生长影响的角度出发,根据所选基准年龄5年生以上样地,结合立地因子类目划分,得出(0,1)反应矩阵表(表略),按照数量化理论Ⅰ模型计算各类目与尾细桉优势木高年均生长量的回归系数、得分范围值、偏相关系数及复相关系数。回归分析计算结果见表2。
项目
Item类目
Category代码
Code得分
Score得分范围值(所占比例/%)
Score range value
and Proportion偏相关系数
Coefficient of
partial correlation常量 Constant 1.907 海拔 Altitude/m < 100 X11 0 0.026(0.67) 0.561** 100~300 X12 −0.659 > 300 X13 −0.685 坡度 Slope/(°) 0~5 X21 0.407 0.376(9.69) 6~15 X22 0.160 0.199* 16~25 X23 0.031 > 25 X24 0 土层厚度 Soil depth/cm < 40 X31 −0.136 0.108(2.78) 40~80 X32 0 0.189* > 80 X33 −0.244 成土母岩 Parent rock 玄武岩 Basalt X41 −0.384 0.507(13.06) 花岗岩 Granite X42 0 0.302** 砂页岩 Sand shale X43 −0.183 浅海沉积物 Shallow sea sediments X44 0.123 pH值 pH value > 7.5 X51 −0.559 0.468(12.06) 6.5~7.5 X52 0 0.215* 4.5~6.5 X53 −0.091 < 4.5 X54 0 土壤质地 Soil texture 壤土 Loam X61 0.569 1.908(49.16) 砂土 Sandy X62 0 0.609** 黏土 Clay X63 −1.339 土壤密度 Soil density/(g.cm−3) > 1.4 X71 0 0.488(12.57) 1.2~1.4 X72 0.264 0.401** < 1.2 X73 0.752 注:*表示显著相关(P < 0.05),**表示极显著相关(P < 0.01)。下同。
Notes: *Indicates when P < 0.05, there is significant correlation, **indicates when P < 0.01, there is extremely significant correlation. The same below.Table 2. Quantitative regression analysis results of site factors
拟合建立的立地指数随立地因子变化的数量化回归方程如下:
Y = 1.907−0.659X12−0.685X13+0.407X21+0.160X22+0.031X23−0.136X31−0.244X33−0.384X41−0.183X43+0.123X44−0.559X51−0.091X53+0.569X61−1.339X63+0.264X72+0.752X73
由表2可知:立地因子得分范围值大小依次为土壤质地 > 成土母岩 > 土壤密度 > pH值 > 坡度 > 土壤厚度 > 海拔,前3项因子得分占比达74.79%,土壤性质对尾细桉人工林生长的影响大于地势和地形条件。回归模型的复相关系数R = 0.712,达极显著。将回归模型中7个立地因子(海拔X1,坡度X2,土层厚度 X3,成土母岩X4,pH值X5,土壤质地X6和土壤密度 X7)与优势木高年均生长模型进行适用性检验,得出F(7,66) = 9.719 > F0. 01 (7,66) = 3.672,即7个立地因子与优势木高年均生长量之间的关系极紧密,用该方程来评价雷琼地区尾细桉人工林立地质量是可靠的。
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基于回归分析,选出土壤质地、成土母岩、土壤密度为主导因子,采用主导因子组合法划分立地类型。根据分类依据和对应的类目以及实际选用的分类立地因子,理论上雷琼地区尾细桉林立地共可划分3个立地类型区、12个立地类型组,36个立地类型。本研究中,部分立地类型没有样地存在,所选用的74个样地实际共划分为12个立地类型(表3)。
生产力等级
Site productivtiy立地类型
Site type优势高年均生长量预测/m
Predicted of annual average
growth of dominant height优势高年均生长量实测/m
Measured of annual average
growth of dominant height样地数量
Number of plots/个评价
Evaluation高产组 Ⅰ
High production group ⅠⅠ1 壤土浅海沉积物中密度 2.996 3.164 3 最适宜 Ⅰ2 壤土玄武岩中、低密度 2.933 2.933 9 中产组 Ⅱ
Middle production group ⅡⅡ1 壤土花岗岩高密度 2.624 2.475 6 较适宜 Ⅱ2 壤土砂页岩高密度 2.624 2.609 3 Ⅱ3 壤土浅海沉积物高密度 2.606 2.675 9 低产组 Ⅲ
Low production group ⅢⅢ1 壤土花岗岩中、低密度 2.308 2.383 12 适宜 Ⅲ2 砂土浅海沉积物中、高密度 2.214 2.055 7 Ⅲ3 壤土砂页岩中密度 2.008 1.911 11 Ⅲ4 砂土花岗岩高密度 1.997 1.993 5 Ⅲ5 砂土砂页岩高密度 1.887 2.258 3 劣产组 Ⅳ
Poor production group ⅣⅣ1 砂土花岗岩中、低密度 1.606 1.614 4 不适宜 Ⅳ2 黏土浅海沉积物低密度 1.457 1.458 2 Table 3. Site productivity grade division of E. urophylla × E. tereticornis plantations in Leqiong area
不同的立地类型存在差异,通过生产力和适宜性评价,可以实现立地的合理利用。根据各样地立地指数随立地因子变化的回归模型得出预测得分值,采用K-均值聚类分析将12个立地类型划分为4个生产力等级组(表3):高产组(2.8~3.2 m)、中产组(2.4~2.8 m)、低产组(1.8~2.4 m)、劣产组(1.4~1.8 m),模型预测值与实测值接近。由表3可知:雷琼地区5年生以上尾细桉林地的生产力等级表现为:壤土类型 > 砂土类型 > 黏土类型。同土壤质地中,浅海沉积物中密度的立地生产力普遍高于其它立地类型。可见,尾细桉在壤土、中密度的立地栽培时林木生长较好。
具体说,高产组属于浅海沉积物和玄武岩发育而成的壤土、中低密度的立地类型。该生产力等级的尾细桉生长旺盛,年均高生长量可达2.99 m,年均胸径生长量可达2.65 cm,年均材积增长量可达30.94 m3·hm−2·a−1。该组立地条件最好,生产潜力最大,最适合尾细桉的种植,进行常规抚育管理即可保证尾细桉的良好生长,也可延长主伐林龄,充分发挥立地潜力,可作为尾细桉造林地的首要选择。
中产组属于花岗岩、砂页岩、浅海沉积物发育而成的壤土、高密度的立地类型。该生产力等级的尾细桉长势较好,年均高生长量为2.60 m,年均胸径生长量为2.27 cm,年均材积增长量为23.09 m3·hm−2·a−1。该组立地条件较好,生产潜力良好,比较适宜栽种尾细桉,进行适当的抚育管理,可有效促进林木的生长,达到速生丰产的经营目的。
低产组属于花岗岩、砂页岩发育而成壤土、中低密度的立地类型以及浅海沉积物、花岗岩、砂页岩发育而成的砂土、中高密度的土壤类型。该生产力等级的尾细桉年均高生长量、年均胸径生长量、年均材积增长量分别为2.13 m、1.93 cm、21.78 m3·hm−2·a−1。该组立地条件一般,生产潜力一般,但也适宜尾细桉种植,应加强抚育管理措施,增加种植密度,可培育中小径材的尾细桉。
劣产组属于砂土花岗岩、中低密度的立地类型以及黏土浅海沉积物、低密度的立地类型。该生产力等级的尾细桉年均高生长量、年均胸径生长量、年均材积增长量分别为1.56 m、1.41 cm、13.41 m3·hm−2·a−1。该组立地条件较差,林木长势较差,不宜栽种速生丰产的桉树,适宜乡土树种营造薪炭林或防护林等。
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由回归分析立地因子得分可知:土壤对林木生长量的影响较大。通过对土壤化学性质与尾细桉林优势木树高和胸径的年均生长量进行相关性分析,结果(表4)表明:pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾都与优势木年均生长量有不同程度的相关性,其中,pH值、全钾和速效钾含量与优势木年均生长量呈极显著负相关,有机质与优势木年均生长量呈显著负相关,全磷含量与优势木高年均生长量呈显著正相关。说明在一定范围内,土壤pH值越低,有机质和全钾含量越低,全磷含量越高,尾细桉的年均生长量越好。各生产力等级组土壤化学性质的比较见图2。
项目
Item优势木高年均生长量
Annual average growth of dominant trees high优势木胸径年均生长量
Annual average growth of dominant trees DBHpH 值 pH value −0.383** −0.321** 有机质 Organic matter −0.201* −0.162* 全氮 Total nitrogen −0.167 −0.127 全磷 Total phosphorus 0.013* 0.126 全钾 Total potassium −0.494** −0.470** 碱解氮 Available nitrogen −0.129 −0.071 有效磷 Available phosphorus −0.112 −0.067 速效钾 Available potasium −0.488** −0.444** Table 4. Correlation between high annual average growth of dominant trees and soil chemical property
通过对土壤化学性质与尾细桉林地生产力等级的分析(图2)可知:各生产力等级组的土壤化学性质之间存在较大差异,根据全国第二次土壤普查养分分级标准和各生产力等级组的养分含量范围,将立地等级组划分为Ⅲ级(劣产组)、Ⅳ级(低产组)和 Ⅴ级(高产组和中产组)3个级别,表明雷琼地区土壤养分含量普遍偏低。各生产力组的pH值为4~6,适合桉树酸性土壤生长的生物学特性。高产组的有机质含量高于中产组,与低产组相差不大,略低于劣产组。中产组全氮含量最低,比高产组、低产组和劣产组分别低了30.11%、29.89%和55.29%;各生产力等级组碱解氮含量略有差异,整体较低,基本位于养分含量的Ⅳ级水平。高产组的全磷明显高于其它生产力等级组,但有效磷含量相比最低,中产组、低产组、劣产组全磷含量分别比高产组低了58.82%、57.09%、36.32%。全钾和速效钾含量均是高产组 < 中产组 < 低产组 < 劣产组。高产组主要分布在立地条件较好的地区,虽然养分含量不高,但由于土壤密度较小,土壤疏松和渗透性好,保水保肥能力强,林木根系发达,有利于对土壤水分和养分的吸收与利用,林木年均生长量较好。低产组和劣产组主要分布在立地条件较差的地区,虽然土壤养分含量较高,但因土壤质地差异导致养分被吸收利用率低,年均生长量较差。
Site Classification and Quality Evaluation of Eucalyptus urophylla × E. tereticornis Plantation in Hainan Island and Leizhou Peninsula Region
- Received Date: 2021-03-11
- Accepted Date: 2021-09-03
- Available Online: 2021-12-20
Abstract: