氣象因子對杉木人工林胸徑生長的影響

王廣勝

(湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學院，武漢 430200)

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氣象因子對杉木人工林胸徑生長的影響

王廣勝

(湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學院，武漢 430200)

杉木(CunninghamialanceolataHook)是我國一種重要的造林、用材樹種之一，栽種歷史悠久、分布區(qū)域廣闊[1]。為了更好地尋找各類因子對杉木人工林生長發(fā)育起到的主次作用，以求指導這類經(jīng)濟林更好地為國家建設服務，中國科學院會同森林生態(tài)實驗站試驗林場建立了一批杉木人工林綜合觀測場，通過長時間的氣象、水分、土壤、生物監(jiān)測，力圖尋找各方面的相互關(guān)系和作用。通過長時間的原始數(shù)據(jù)觀測和積累，發(fā)現(xiàn)氣候是林木生長發(fā)育進行正常新陳代謝的主要影響因子之一，以氣象因子變化對杉木人工林胸徑生長的影響為例，進行探討。

氣象因子；杉木人工林；胸徑生長

1 研究方法

研究地點位于中國科學院會同森林生態(tài)實驗站試驗林場(109°36′E，26°51′N)，海拔200～500 m，低山丘陵地貌，土壤為紅黃壤，氣候?qū)儆趤啛釒駶櫄夂?，具有四季分明、氣候溫和、雨量充沛、高濕多霧等特點[2]。根據(jù)1998—2015年實驗站氣象統(tǒng)計資料，年平均氣溫在15.4 ℃～16.8 ℃，最冷月(1月)平均氣溫-3 ℃～8.9 ℃，極端最低溫度-5 ℃，最熱月(7月)平均氣溫25.9 ℃～27.7 ℃，極端最高溫度38.5 ℃；年降雨量766.6～1 502 mm，相對濕度74.1%以上；年平均風速1.41～1.73 m/s。這片區(qū)域氣候條件最適于杉木生長，為杉木生長核心產(chǎn)區(qū)。

研究對象為1983年營造的杉木純林。經(jīng)過30多年的自然生長和演替，由最初的純林演變成以杜莖山(Maesajaponica)、毛柞木(Xylosmaracemosum)、烏桕(Sapiumsebiferum)、構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)、格藥柃(Euryamuricata)、千年桐(Verniciamontana)等為伴生種的生態(tài)系統(tǒng)。在一塊杉木純林進行長期監(jiān)測調(diào)查，樣地面積2 000 m2，共設置了25塊固定樣方。樣地內(nèi)樹木按克拉夫特分級法進行每木調(diào)查，統(tǒng)計每年的年平均胸徑值(Y)。氣象資料來自于會同站長期氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，共7個項目，包括年平均降雨量(X1)、年平均氣溫(X2)、年極高氣溫(X3)、年極低氣溫(X4)、年平均相對濕度(X5)、年平均風速(X6)、年平均日照量(X7)，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 相關(guān)分析

利用SPSS19.0統(tǒng)計軟件相關(guān)分析模塊對表1中的數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析[3]，得到杉木年平均胸徑與氣象因子的相關(guān)系數(shù)矩陣，見表2。

表1 會同站林場杉木人工林綜合觀測場永久樣地年平均胸徑與氣象資料Tab.1 Annual average DBH and meteorological data of permanent comprehensive observation fields of Cunninghamia lanceolata Hook

表2 杉木年平均胸徑與氣候各因子的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.2 Correlation coefficient matrix of average annual DBH and climate factors of Cunninghamia lanceolata Hook

*. 在 0.05 級別(雙尾)，相關(guān)性顯著。

**. 在 0.01 級別(雙尾)，相關(guān)性顯著。

由表2數(shù)據(jù)分析結(jié)果可得：氣象因子中的年平均降雨量(X1)、年平均濕度(X5)、年平均風速(X6)是影響杉木人工林生物量的主要因素，其相關(guān)系數(shù)分別是0.656、0.758和-0.819，顯著水平分別為0.028、0.007、0.002，都十分顯著。年平均降雨量和年均濕度和生長量(Y)呈正相關(guān)性，即年平均降雨量和年均濕度越大，杉木生長量越高，年平均降雨量和年均濕度越小，生長量越低；年均風速和生長量呈負相關(guān)性，即年均風速越大杉木生長量越低，年均風速越小杉木生長量越高。年平均氣溫、年極高氣溫、年極低氣溫、年日照量對杉木生物生長量影響不突出，相關(guān)性不顯著。從各氣象因子之間相關(guān)性來看，年平均濕度和年平均風速負相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為-0.744，顯著性系數(shù)為0.009。由此，可以推出：平均風速直接影響了年平均濕度的大小，進而間接作用于杉木的生長量；年極低氣溫與年平均風速成正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是0.631，顯著水平為0.037；年極高氣溫與年日照量成正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是0.649，顯著水平為0.031。

2.2 主成分分析

應用SPSS19.0統(tǒng)計進行主成分分析，選取關(guān)聯(lián)度大的7個氣候因子中的公共成分組成一個新的綜合因子，并對這個綜合因子進行合理分析，其結(jié)果見表3、表4、圖1。

表3 主成分特征值、貢獻率、累積貢獻率Tab.3 Eigenvalue, contribution rate and cumulative contribution rate of principal component

提取方法：主成分分析法。

表4 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣Tab.4 Composition matrix after the rotation

提取方法：主成分分析法。

旋轉(zhuǎn)方法：凱撒正態(tài)化最大方差法。

a. 旋轉(zhuǎn)在 7 次迭代后已收斂。

其中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分別代表了年平均降雨量、年平均氣溫、年極高氣溫、年極低氣溫、年平均相對濕度、年平均風速、年平均日照量。

圖1 旋轉(zhuǎn)后的空間中組建Fig.1 Formation of the space after the rotation

從主成分旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣可以看出，第一組成分里，年平均降雨量和年相對濕度的高低呈負相關(guān)性，直接影響年平均風速、年極低氣溫、年平均日照量。第二組成分里，年極高氣溫和和日照量載荷大，相關(guān)性程度高。氣溫在第三組成分上的載荷較大。

通過分析可得，第一主成分為水分，它是影響杉木人工林生物量生長的主要因子，貢獻率為34.766%。第二主成分晴天，天氣晴朗，日照時間積累量增長，溫度上升，有利于杉木進行光合作用，促進生物量增長，貢獻率為26.257%。第三主成分溫度，適當溫度可提高杉木細胞酶活性，有利于生物量增加，貢獻率為21.182%。這3個主要成分累積貢獻率達到82.206%，可以完全代表這7個氣象因子特性。

2.3 回歸分析

應用SPSS19.0統(tǒng)計軟件對全部因子進行回歸分析，回歸結(jié)果見表5、表6。

表5 回歸方程的方差分解及檢驗結(jié)果Tab.5 Variance decomposition of regression equation and test results

a. 因變量：Y

b. 預測變量：(常量)，X7，X4，X2，X1，X3，X5，X6

表6 回歸方程系數(shù)Tab.6 Regression equation coefficients

a. 因變量：Y

其中Y、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分別代表了杉木年平均胸徑、年平均降雨量、年平均氣溫、年極高氣溫、年極低氣溫、年平均相對濕度、年平均風速、年平均日照量。

從表5可知，因變量和被預測變量的線性關(guān)系是顯著的，顯著系數(shù)為0.012，可建立線性方程。因此，杉木連年平均胸徑值與氣候因子之間的回歸方程為：Y=-1.372+0.005X1+0.92X2-0.625X3-0.529X4+0.29X5+2.628X6+0.057X7。

3 結(jié)論

第一，通過對會同站杉木人工林胸徑年平均值與氣候因子相關(guān)分析，表明不同年份的各氣象因子對杉木的胸徑影響是錯綜復雜的。各氣象因子對胸徑影響的大小順序為：年平均風速>年平均相對濕度>年平均降雨量>年極低氣溫>年平均日照量>年極高氣溫>年平均氣溫，其中年平均風速、年平均相對濕度、年平均降雨量是對胸徑影響最大的主要氣象因子。

第二，從主成分分析來看，影響杉木胸徑生長的關(guān)鍵因子是水分，其次是較高的溫度及日照量，這也比較好地解釋了杉木栽培區(qū)域為什么集中在整個亞熱帶。也就是說，杉木需要在雨水充足、氣候溫暖、濕度大、風力弱、光照時間長的環(huán)境下，才可以快速生長。

第三，通過建立會同站試驗林場杉木人工林胸徑生長與氣象因子之間的回歸模型，能夠合理解釋和預測杉木胸徑的生長情況，可以有效服務于該區(qū)域杉木人工林的經(jīng)營和調(diào)控。

[1] 肖復明，汪思龍，杜天真，等.湖南會同林區(qū)杉木人工林呼吸量測定[J].生態(tài)學報，2005，(25)：2514-2519.

[2] 汪思龍，黃志群，王清奎，等.凋落物的樹種多樣性與杉木人工林土壤生態(tài)功能[J].生態(tài)學報，2005，(25)：474-480.

[3] 章文波，陳紅艷.實用數(shù)學統(tǒng)計分析及Spss12.0應用[M].北京：人民郵電出版社，2006.

Effects of meteorological factors on DBH growth ofCunninghamialanceolataHook

WANG Guang-sheng

(Hubei Ecology Vocational College, Wuhan 430200, China)

CunninghamialanceolataHook is one of the important afforestation and timber species in China. It has a long history and wide distribution area[1]. In order to better find all kinds of factors on the growth and development ofCunninghamialanceolataHook, Chinese Academy of Sciences has built a group of comprehensive observation fields in conjunction with the forest ecological experimental station, and tried to find all aspects of the relationship and role through long-time weather, water, soil and biology monitoring. Through the observation and accumulation of raw data for a long time, it is found that climate is one of the main influencing factors of normal metabolism of tree growth and development. The influence of meteorological factors on DBH growth ofCunninghamialanceolataHook is taken as an example.

Meteorological factors;CunninghamialanceolataHook; DBH growth

2016-12-28

王廣勝(1970-)，男，碩士研究生，講師。

S791.27

A

1674-8646(2017)04-0185-04