章古臺沙地樟子松天然更新影響因子研究

曹怡立 劉淑玲 張日升

摘要?以遼寧省章古臺沙地樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）人工林為研究對象，采用因子分析方法，研究了沙地樟子松人工林天然更新環境因素的影響。結果表明，沙丘的坡向是章古臺沙地樟子松天然更新質量的關鍵環境因子。半陰坡為樟子松天然更新提供了適宜的水分和光照條件，天然更新幼樹株數極顯著多于其他坡向。根據章古臺沙地樟子松天然更新潛力，將地形因子劃分為3種類型，適宜天然更新類型：半陰坡;可持續人工促進類型：陰坡、平緩沙地、半陽坡，輔以整地、澆水等人工措施能更好地促進樟子松天新更新;天然更新不宜類型：陽坡。郁閉度、枯枝落葉層厚度、積沙層厚度、植被蓋度等對天然更新也起到了重要作用，在郁閉度0.3～0.6、枯枝落葉層厚度1～2cm、積沙層厚度>10cm、植被蓋度>85%條件下，天然更新的效果最好。

關鍵詞?樟子松;天然更新;環境因子

中圖分類號?S?791.253文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）23-0121-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.23.034

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Environmental Factors on Natural Regeneration of Pinus sylvestris var. mongolica in Zhanggutai Sandy Land

CAO Yi?li1，LIU Shu?ling1，ZHANG Ri?sheng1，2

（1.Liaoning Institute of Sandy Land Control and Utilization， Fuxin，Liaoning 123000;2.Liaoning Zhanggutai Horqin Desert Ecosystem Research Station， Fuxin，Liaoning 123000）

Abstract?Taking the Pinus sylvestris var. mongolica plantation in Zhanggutai sandy land of Liaoning Province as the research object， the environmental factors impacting natural regeneration of P.sylvestris plantation were studied by factor analysis method.The results showed that the slope direction of sand dunes was the key environmental factor for the natural regeneration quality of P.sylvestris.The semi?shady slope provided suitable water and light conditions for the natural regeneration of P.sylvestris.The number of naturally regenerated saplings was significantly more than that of other slopes. According to the natural regeneration potential of P.sylvestris in Zhanggutai sandy land， the natural regeneration was divided into three types. Natural regeneration suitable type： semi?shain slope;Sustainable artificial promotion type： shady slope， gentle sandy land and semi?sunny slope， it was better to promote natural regeneration by artificial measures such as land preparation and watering;Natural regeneration was not suitable type： sunny slope.The canopy density，thickness of the litter layer，thickness of the sand layer and vegetation coverage also played important roles in natural regeneration. The effect of natural regeneration was best under the condition of canopy density of 0.3 to 0.6，thickness of litter layer was 1 to 2cm，thickness of sand layer was >10cm， and vegetation coverage was >85%.

Key words?Pinus sylvestris var. mongolica;Natural regeneration;Environmental factor

林分的自然更新過程是一個復雜的生態過程，主要是指利用林木自身繁殖能力形成新一代的幼林。林分的自然更新過程受到自然生態因子、遺傳和再生樹種生態特征的影響。影響因子的研究主要集中在地形條件、林分條件、土壤條件和干擾方面[1]。李雪云等[1]、曾德慧等[2]、韓廣等[3]、沈海龍等[4]研究表明，樹冠密度、坡向、坡位和腐殖質層厚度對幼樹再生有顯著影響;朱教君等[5]認為

土壤的干旱脅迫和沙地表層（0～5 cm）與樟子松共生的外生菌根菌幾乎不能存活而導致幼苗根系無法形成菌根，致使存活的樟子松幼苗抗旱、抗病能力非常弱，不能越冬;劉淑玲等[6]認為在樟子松天然更新過程中，降水量和積雪是主要環境因素。現有研究大多采用比較分析方法，使用綜合方法研究多種因素對天然更新的影響極為罕見。

目前國內對樟子松天然更新的研究多集中在原產地及高緯度高海拔引種區。韓廣等[3]、王妍等[7-8]、閆德仁等[9]表示樟子松在天然更新分布區域擁有極強再生潛力，且天然更新幼苗的數量及年齡結構受母樹密度、林冠密度影響，樟子松的天然更新在引種區域相對困難，更新障礙來自缺乏適宜幼苗存活的環境條件[10]。但近些年調查發現，章古臺樟子松人工林圍封區內存在天然更新幼樹，連年生長且最大更新樹齡達28年。劉淑玲等[11-12]認為樟子松在章古臺沙地區域可進行天然更新，更新苗集中在降水量大的年份。然而目前仍缺乏對其天然更新影響因子的研究。筆者通過多因子分析方法探究樟子松天然更新與環境因子的關系，找出主要影響因素，為促進天然更新提供參考和科學技術指導。

1?研究區概況與研究方法

1.1?研究區概況?研究區位于遼寧省彰武縣章古臺鎮（122°25′33.05″～122°37′33.72″E、 42°39′04.19″～42°45′42.09″N），地處科爾沁沙地東南緣，海拔226.5 m。該土壤以風沙土為主，沙層厚度達126 m;年均降水量475.5 mm，多集中在6、7、8月;年均蒸發量1 300～1 880 mm。

1.2?研究方法

1.2.1?標準地設置及調查。

標準地設在經多次間伐的、有天然更新的樟子松人工林內（表1），立地為平緩沙地和起伏的沙丘。采取臨時標準地測量與固定試驗觀測相結合的方法，按林況、地形不同設置標準地150塊，面積按林內天然更新狀況隨機而定，調查不同坡向坡位及平緩沙地標準地內更新幼樹幼苗的數量、密度、生長狀況及其組成結構，母樹林郁閉度、平均樹高、平均胸徑、林齡;在標準地中心和4個方向對角線中點選設5個1 m×1 m的樣方用于植被調查[13]，調查灌木和草本植被的種類、數量、高度、蓋度以及枯枝落葉層厚度和積沙層厚度。

1.2.2?影響因子分解。

選擇影響樟子松天然更新的環境因子對其進行分解，環境因子包括坡向、坡位、郁閉度、枯枝落葉層厚度、積沙層厚度、植被蓋度等。各環境因子分解見表2。更新密度統計條件為郁閉度<0.6;半陰坡（西北坡、東北坡、東坡），半陽坡（西坡、西南坡、東南坡），陽坡（南坡），陰坡（北坡）。

1.2.3?數據統計分析。

應用主成分法（principal components）進行綜合因子分析。

因子得分公式：Fi=bi1X1+bi2X2+…+bn1Xn（i=1，2，…，n）

其中公因子Fj的方差貢獻率為g2j

g2j=kj=1a2ij（i=1，2，…，p）

分析軟件為SPSS 19.0。

2?結果與分析

2.1?評價過程與結果

空間格局是植物種群的基本特征，通過研究天然更新幼苗的空間格局及隨機性有助于認識更新的生態過程以及與生境的相互關系[14]。參考相關文獻[1，15-17]及結合章古臺地區天然更新特征，選擇影響樟子松天然更新的環境因子并對其進行統計分析。結果表明，半陰坡的更新總頻度和更新幼樹株數最大，因此認為半陰坡是影響樟子松天然更新的主要環境因子（表3）。

由于所調查的影響因子既有定性又有定量指標且互為相關，因此應用因子分析將多個相關變量轉換為幾個不相關的復合指標。將變量通過不同指標進行分類，找出主導因子，從影響樟子松天然更新幼樹幼苗株數對各因子進行綜合分析。

2.2?影響因子評價結果

以樟子松天然更新幼樹幼苗株數為因變量，選取的環境因子為自變量，KMO統計量=0.585，大于0.5，P<0.001，適合做因子分析。進行因子分析，樣本數為150個，結果見表4，綜合影響因子中坡向對樟子松幼樹幼苗株數的貢獻率最大。影響樟子松天然更新的綜合環境因子的得分排名由高至低為坡向、坡位、植被蓋度、積沙層厚度、枯枝落葉層厚度、林分郁閉度。影響樟子松天然更新的分解環境因子的得分排名由高至低為半陰坡、陰坡、上坡位、下坡位、中坡位、郁閉度0.3～0.6、枯枝落葉層厚1～2cm、積沙層厚度>10cm、植被蓋度>85%。

2.3?環境因子對樟子松天然更新的影響分析

2.3.1?地形因子對樟子松天然更新的影響。根據表4結果，坡向對樟子松天然更新影響排名第1位，且半陰坡樟子松更新幼樹幼苗株數最好，其次為陰坡，最差的是陽坡。表3分析結果表明，更新株數受坡向影響達到顯著差異。半陰坡相較于其他坡向差異達到極顯著水平，陰坡與陽坡差異顯著，這與表4結果相一致。半陰坡適宜樟子松天然更新，此環境下天然更新幼樹幼苗株數和總頻度為最好，這是因為不同坡向環境因子差異較大，太陽輻射強度和日照時數是主要影響因素[18]。半陰坡、陰坡溫度較低，蒸騰減少，土壤含水量高，為種子萌發和幼樹幼苗生長提供了有利條件。而陽坡日照時數較大，輻射量大，蒸騰量大，不利于幼樹幼苗生長。同時樟子松在生長過程中傾向于光照充足的環境，因此半陰坡提供了適宜的土壤與環境，最適合樟子松天然更新進行。坡位對樟子松天然更新影響差異不顯著。

2.3.2?積沙及枯枝落葉對樟子松天然更新的影響。

積沙層厚度對樟子松天然更新的影響排在第4位，是樟子松落種能否產生天然更新的基礎。由表4得分值來看，由好到差的順序為>10 cm、<5 cm、5～10 cm。由單因子方差分析（表3）得出，不同積沙層厚度對樟子松天然更新的影響存在差異。其中積沙層厚度<5 cm和5～10 cm的表現相近，與>10 cm之間差異顯著。調查發現，天然更新效果與積沙層厚度成正相關。而沒有積沙的林地，土壤表層緊實，難以提供天然更新所需的最基礎條件，因此很難看到樟子松的天然更新。由于當地的氣候特征，積沙對樟子松1、2年生幼苗安全越冬起到了保護作用。積沙層厚也有利于樟子松幼樹幼苗根系的生長，利于吸收土壤水分和養分。

枯枝落葉層厚度對樟子松天然更新的影響排在第5位。不同枯枝落葉層厚度對樟子松天然更新的影響存在差異，其中枯枝落葉層厚度<1 cm和>2 cm表現相近，與1～2 cm差異顯著。天然更新幼樹株數和總頻度由大到小順序為1～2 cm、>2 cm、<1 cm，與表4得分排序相符。當地有樵采樟子松人工林林下松針的習慣，森林內的土壤通常處于半覆蓋狀態。較薄的凋落物層有利于種子發芽、生根。因此，經營中可采取人為措施控制枯枝落葉層厚度，以促進其更新。

2.3.3?植被蓋度對樟子松天然更新的影響。

植被蓋度對樟子松天然更新的影響排在第3位。不同植被蓋度對樟子松天然更新影響差異顯著，影響樟子松天然更新幼樹幼苗株數和總頻度由大到小的順序是>85%、50%～85%、<50%。這與表4得分排序相符，其中>85%與其他相比顯著差異。調查發現，有樟子松天然更新的標準地地表植被大多為灌草結合，當草本多為1年生時，灌木為樟子松天然更新提供了庇蔭場所，有助于固定流沙和種子，對樟子松天然更新起到了保護作用。而多年生牧草（如虎尾草）覆蓋的林地，土壤層密集的草根盤結基本無法進行更新，即使有更新，更新幼樹也無法存活下來。

2.3.4?林分郁閉度對樟子松天然更新的影響。

光照條件是種子萌發生長的關鍵。林分郁閉度對樟子松天然更新的影響實質是光照條件的影響，光的變化能改變森林微環境溫度和土壤水分含量，從而影響樟子松天然更新的模式和過程[19]。不同郁閉度對樟子松天然更新的影響差異顯著（表3）。從幼樹幼苗株數和總頻度看，郁閉度0.3～0.6好于郁閉度<0.3，這與表4中郁閉度得分排序相符。郁閉度>0.6時很難進行天然更新。因此，在經營中可采取調控郁閉度的措施促進其天然更新進行。

3?結論

（1）坡向是影響章古臺沙地樟子松天然更新質量的關鍵環境因子。坡向在很大程度上決定著水分和光照條件，天然更新由好到差的順序為半陰坡、陰坡、半陽坡、平緩沙地、陽坡。坡向對更新幼樹幼苗株數的影響達到差異顯著水平，半陰坡相較于其他坡向達到差異極顯著水平;陰坡與陽坡差異顯著;半陰坡為樟子松天然更新提供了適宜的水熱條件和土壤理化特性，適宜樟子松天然更新進行，而陽坡天然更新比較困難。坡位對樟子松天然更新影響差異不顯著。根據章古臺沙地樟子松天然更新潛力，按地形因子將章古臺沙地樟子松天然更新劃分3類：①適宜天然更新類型，半陰坡，天然更新幼樹株數達1 262株/hm2;②可持續人工促進類型，包括陰坡、平緩沙地、半陽坡，其更新幼樹株數為113～440株/hm2，經過輔以整地、澆水等措施可以達到更新標準;③天然更新不宜類型，陽坡，更新幼樹株數僅為7株/hm2。

（2）郁閉度、積沙層厚度、植被蓋度、枯枝落葉層厚度是影響章古臺沙地樟子松天然更新的重要因子，郁閉度0.3～0.6時更新密度和更新頻度最大，<0.3時次之，但當郁閉度>0.6時幾乎沒有天然更新幼樹，天然更新無法正常進行。積沙層厚度決定著樟子松落種是否能夠產生天然更新的基礎，積沙層越厚，天然更新效果越好。天然更新由好到差的順序為>10 cm、<5 cm、5～10 cm，不同積沙層厚度對樟子松天然更新的影響為顯著差異。不同植被蓋度對樟子松天然更新影響為顯著差異，影響樟子松天然更新幼樹幼苗株數由大到小的順序是>85%、50%～85%、<50%，灌草結合利于樟子松天然更新。不同枯枝落葉層厚度對樟子松天然更新影響為顯著差異，其中枯枝落葉層厚度1～2 cm時表現最好。

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