湖北省杉木人工林立地類型劃分及評價

李斌成　杜超群　袁慧　吳楚　許業洲

摘 要：以湖北省杉木人工林為研究對象，選擇166塊具有代表性的杉木人工林標準地，并測定樣地的常規立地因子。利用數量化理論Ⅰ的方法建立了杉木優勢高與立地因子之間的關系模型，對研究區杉木人工林進行立地類型劃分及立地質量評價。結果表明，所選擇的5個立地因子與優勢高數量化擬合的復相關系數為0.639;海拔、腐殖層厚度和坡位這3個立地因子對優勢高的貢獻率達84.99%，且影響均達到極顯著水平;采用海拔、腐殖層厚度和坡位3個因子構建研究區杉木人工林立地類型，共劃分為22類;按照優、良、中、差4個評價等級對166塊樣地所屬的立地類型進行立地質量評價，得出湖北省杉木人工林在中海拔、土壤濕潤、土壤養分含量較高的立地條件下生產力較高，研究區立地質量整體處于中等偏上水平的結論。

關鍵詞：杉木人工林;數量化理論Ⅰ;立地分類;立地質量評價

中圖分類號：S791.27 文獻標識碼：A 文章編號：1004-3020（2020）02-0001-05

Site Classification and Quality Evaluation of Cunninghamia lanceolata Plantation in Hubei Province

Li Bincheng（1，2） Du Chaoqun（2） Yuan Hui（2） Wu Chu（1） Xu Yezhou（2）

（1.Yangtze University Jingzhou 434025;2.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075）

Abstract：Taking Cunninghamia lanceolata plantation in Hubei Province as the research object，166 representative standard plots of Cunninghamia lanceolata plantation were selected and the conventional site factors of sample plots were determined. The relationship model between the dominant height of Cunninghamia lanceolata and the site factors was established by using the method of quantification theory I，and the site classification and site quality evaluation of Cunninghamia lanceolata Plantation in the study area were carried out. The results showed that the complex correlation coefficient of the five selected site factors and the dominant height was 0.639;the contribution rate of the three site factors of altitude，humic layer thickness and slope position to the dominant height was 84.99%，and the influence reached a very significant level;the three factors of altitude，humic layer thickness and slope position were used to construct the site types of Cunninghamia lanceolata plantation in the study area，which were divided into 22 categories;according to the excellent，The site quality of 166 sample plots was evaluated by good，medium and poor four evaluation levels. The results showed that the productivity of Cunninghamia lanceolata plantation was higher under the site conditions of medium altitude，soil moisture and higher soil nutrient content，and the site quality of the study area was in the upper middle level.

Key words：Cunninghamia lanceolata plantation;quantification theoryⅠ;site classification;quality evaluation

立地質量是指立地的生產能力，是影響林分生長狀況的關鍵因素，受到多種環境因素共同作用的影響。立地質量評價是合理利用林地的基礎，正確的立地質量評價能夠為當地的造林提供科學依據，對于林業生產實踐以及提高森林經營的各種效益具有現實意義。立地類型劃分是立地質量評價的內容之一，科學的立地分類有助于適地適樹以及林地的合理使用，是林業生產實踐中林木經營方向的重要參考。中國對于森林立地類型的研究始于20世紀50年代，以波氏立地條件類型學說和蘇卡喬夫林型學說為理論指導逐漸開展國內森林立地分類的研究[1]。20世紀70年代，在吸收國外先進經驗的基礎上，結合國內造林發展需要，以南方14省（區）杉木科研協作組開展的杉木產區區劃和立地分類及質量評價為標志，逐步開展了黃土高原、珠江三角洲和華北中原平原等地區的森林立地研究工作，在研究過程中，森林立地類型定性研究的方法開始使用[2-3]。1987年，隨著研究的不斷深入，出現了生態序列法、主導因子法、指示植物種譜應用和數量化分類法等多種立地分類方法，對多種方法的對比分析和綜合應用成為立地分類理論研究的一個重要方面[4]。進入21世紀，隨著計算機科學、衛星遙感技術以及地理信息科學的快速發展，使得立地信息的獲取變得更加方便與精確，利用3S技術結合數量化統計方法可以對大面積林地的立地分類和質量評價做出快速、有效地估測[5]。而數量化理論方法評價作為森林立地質量最經典的方法，國內許多學者已運用這種方法對不同地區、不同樹種進行了立地類型劃分與評價，取得了不錯的效果[6-7]，目前，數量化理論方法在中國森林立地類型劃分及評價中仍是使用最為廣泛的方法之一。

杉木Cunninghamia lanceolata，為中國重要的用材樹種之一，為解決其速生豐產問題，1978年，由南方十四省（區）杉木栽培科研協作組主導，對中國杉木的產區立地類型劃分進行研究，提出了以地貌、巖性、局部地形和土壤因素為主要依據的三級分類系統。而湖南省[8]、貴州省[9]、廣東省[10]、浙江省[11]等省份相繼對本區域杉木立地條件類型劃分進行了相關研究，湖北省作為杉木栽培的北緣產區，杉木人工林種植面積約2.5×10 5 hm2，但未開展本區域杉木人工林立地類型劃分及質量評價的相關研究工作。本研究以林分優勢高和樣地立地因子為基礎，利用數量化理論Ⅰ建立優勢木高與各立地因子之間的多元線性回歸方程，篩選對湖北杉木人工林立地質量影響明顯的主導因子進行立地類型劃分，并根據回歸方程建立數量化立地質量得分表和數量化立地質量評價表，以期為湖北杉木人工林生產實踐提供理論支持與幫助。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

湖北省位于長江中游，東經108°21′～116°07′，北緯29°01′～33°6′，屬于亞熱帶季風氣候區。省內地貌以山地丘陵為主，處于中國地勢第二級階梯向第三級階梯過渡地帶，東、西、北三面環山，中間低平，地勢高低相差較大，最高峰神農頂海拔3 105 m，而平原區海拔約20～100 m。年平均氣溫16 ℃，年平均降水量800～1 600 mm，氣候濕潤，雨熱同期。

1.2 數據來源

依據杉木在湖北省的分布特點以及生物學習性，分別在杉木人工林主要分布區的6個地區11個縣市區，按典型抽樣和隨機抽樣相結合的方式，在造林面積大于15 hm2的人工林中選取不同年齡、不同立地林相完整的林分設置面積為600 m 2（20 m×30 m）的標準地，標準地內每木檢尺，測量胸徑、樹高、枝下高、冠幅等生長量指標，利用GPS獲取樣地地理坐標及海拔，并利用羅盤儀測量坡向和坡位，選擇具有代表性的海拔、坡度、坡向、坡位、土壤特點等地布設樣地，共設置166塊。在每個樣地內開挖1 m寬，深度為1 m的土壤剖面，記錄土壤類型、土層厚度以及腐殖層厚度等信息。樣地基本信息見表1。

運用Excel 2007、SPSS 21.0等軟件進行數據處理和統計分析。

1.3 研究方法

1.3.1 立地因子類目劃分

立地因子的選擇要綜合考慮各因子對樹木生長的影響以及便于在實際生產中應用[12]。根據湖北省杉木主產區的地形特點和研究需要，選擇海拔、坡度、坡位、坡向、腐殖層厚度等常見立地因子（表2）。

1.3.2 數量化理論Ⅰ

數量化理論Ⅰ是解決數據中含有定性數據的一類統計方法，采用數量化理論Ⅰ，將各立地因子作為項目，各分級標準作為相應的類目，建立各立地因子與優勢高之間的多元線性回歸，根據回歸結果篩選出主導立地因子。數量化理論Ⅰ模型為：

式中：y是自變量，yi是第塊地的立地指數（i=1，2，3，…，n為樣地數）;b0為常數項;j=1，2，3，…，m為立地因子數;k=1，2，3，…，ri為第k個水平;δi（j，k）為第j個因子第k個水平的等級反映（0或1）;b（ik）為立地因子的第k水平的得分值。

2 結果與分析

2.1 主導立地因子的篩選

結合立地因子類目劃分，將定量因子轉化為定性因子，利用示性函數將定性因子（0，1）化展開。采用數量化理論Ⅰ將（0，1）化數據與各樣地優勢高建模，利用偏相關系數和因子得分范圍作為判定因子貢獻率的依據，相關結果見表3。

由表3可以看出，各立地因子得分范圍大小為：海拔>腐殖層厚度>坡位>坡度>坡向，前3項因子得分比高達84.99%，說明前3項因子所包含的信息占總體信息的84.99%。海拔是決定土壤、氣候的關鍵因子，海拔的垂直分布會直接影響土壤狀況和水濕條件，杉木喜溫暖濕潤、排水良好的酸性土壤環境，在湖北杉木主產區之一的恩施州，其適生海拔在1 000 m左右，江漢平原及周邊低山崗地杉木分布較少，生長較差，說明海拔是影響該區域杉木生長的重要因素;腐殖層厚度會影響土壤肥力，進而影響植物從土壤中獲取養分的多少，因此腐殖層厚度也是一個主要因子;坡位會影響土層厚度與土壤水分蓄積，也是影響植物生長的主要因子。因此，選擇海拔、腐殖層厚度和坡位這3個因子作為影響湖北杉木立地質量的主導因子。

2.2 立地類型劃分

根據篩選出的主導立地因子，參考分區分類原則，采用立地區劃單位和分類單位相統一的分類系統來進行研究區的立地類型劃分。選擇海拔、腐殖層厚度和坡位3個立地因子對杉木人工林立地類型進行劃分，排除研究區標準地中未收集到的立地類型，最終的立地類型劃分結果見表4，由表可以看出，166塊樣地隸屬于22種立地類型。

2.3 立地質量評價

本研究中，數量化立地質量評價方法是將各類目的得分值代數和的極差按照優、良、中、差4個評價等級進行3等分，根據各等級的等分范圍對不同立地類型進行評價。經過計算，立地質量得分值y≥16.17的標準地立地質量為優，立地質量得分值14.00≤y≤16.17的標準地立地質量為良，立地質量得分值11.84≤y≤14.00標準地立地質量為中，立地質量得分值y≤11.84的標準地立地質量為差。

對22種立地類型進行立地質量評價的結果見表4，由表4可以看出，低海拔的9個立地類型中，“低海拔下坡薄腐殖層”的平均立地得分值最低，評價結果為“差”，“低海拔中坡中腐殖層”的平均立地得分值最高，評價結果為“良”;中海拔的5個立地類型中，“中海拔上坡薄腐殖層”的平均立地得分值最低，評價結果為“良”，“中海拔中坡中腐殖層”的平均立地得分值最高，評價結果為“優”;高海拔的8個立地類型中，“高海拔上坡厚腐殖層”的平均立地得分值最低，評價結果為“良”，[JP2]“高海拔中坡中腐殖層”的平均立地得分值最高，評價結果為“優”。同海拔中坡平均立地得分值要高于上坡和下坡;同海拔中腐殖層厚度的平均立地得分值要高于薄腐殖層和厚腐殖層，由此可見，湖北省杉木人工林在中海拔、中坡、中腐殖層厚度的立地條件下生產力較高。

表4中立地類型的評價結果顯示，立地質量評價為差的標準地塊數有50塊，約占總標準地的30.1%，中等偏上的標準地塊數有116塊，約占總標準地的69.9%，表明湖北省內杉木人工林的立地質量總體處于中等偏上水平，較為適宜杉木人工林的生長。

3 討論與結論

運用數量化方法進行立地質量評價，一般采用立地指數作為基準變量與立地因子進行線性擬合[13]，但根據實際情況，有時也可以利用優勢高作為基準變量[7，14]。本研究通過利用數量化理論Ⅰ方法建立湖北省杉木人工林優勢高與立地因子之間的多元線性回歸，根據回歸結果進行湖北省杉木人工林立地分類與質量評價，結果表明：影響湖北省杉木人工林立地質量的因子按其得分占比大小排序為海拔>腐殖層厚度>坡位>坡度>坡向，根據因子得分占比，選擇海拔、腐殖層厚度和坡位為影響湖北杉木人工林立地質量的主導因子;以海拔劃分立地類型區、以坡位劃分立地類型組，腐殖層厚度劃分立地類型，共得到22個立地類型;根據各標準地立地質量得分值將研究區立地質量劃分為優、良、中、差4個等級，[JP2]對所有標準地進行立地質量評價的結果表明，研究區杉木人工林在中海拔、土壤濕潤、土壤養分含量較高的立地條件下立地質量得分值較高，說明生長較好，這與李志先[15]的研究結果相一致;另外，研究區所有樣地立地質量總體處于中等偏上水平的占69.6%，表明研究區立地質量總體處于中等偏上水平，較適宜杉木人工林的生長。

立地質量受氣候、土壤、地形等多種環境因素的影響，當研究區域跨度較大時，為保證結果的準確性，應該將氣候因子加以考慮[16]。本研究的研究區域地跨湖北省杉木栽培的6個地區11個縣市，原則上應該綜合考慮氣候因子對立地質量的影響，由于是首次嘗試研究，本著簡明實用的立地類型劃分原則，暫時未考慮氣候因子，這將是立地質量評價的下一步研究重點。

湖北省杉木人工林立地質量雖然總體呈中等偏上水平，但同其它杉木栽培區一樣，杉木大徑材的出材量仍然極度匱乏。目前中國杉木人工林種植面積超6成以上為幼齡林，而近、成、過熟林面積不足4成，無法滿足市場對于大中徑材接近75.2%的需求量。因此，如何結合立地質量評價結果，開展大中徑材定向培育研究是湖北省杉木人工林培育的重要研究方向。

參 考 文 獻

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（責任編輯：唐 嵐）

收稿日期：2020-03-01

基金項目：“十二五”農村領域國家科技支撐計劃子課題（2015BAD09B0104）。

作者簡介：李斌成（1994～），男，長江大學園藝園林學院，碩士研究生。

許業洲為通訊作者。