立地因子對不同齡級油松人工林生長的影響

梁佳寧，劉洋，周曉東，錢騰

(1.北京市西山試驗林場，北京 100093;2.中國林業科學研究院林業科技信息研究所，北京 100091)

油松(Pinustabuliformis)是我國暖溫帶濕潤半濕潤氣候區重要的造林樹種，是中國北方地區最主要的造林樹種之一，油松林是華北地區有代表性的針葉林類型之一[1]。油松分布廣泛，在地域分布上，北起遼寧南郊，西至寧夏賀蘭山，南至川甘接壤地區，東至山東山地；在垂直分布上，油松分布的最高海拔可達2 700 m[2]。除在暖溫帶地區外，在北亞熱帶山地也有少量天然油松林分布[3]。油松具有重要的社會效益和環境效益，其木材富含松脂，耐腐，適作建筑、家具、枕木、電桿、人造纖維等用材，樹干可割取松脂，提取松節油，樹皮可提取栲膠，松節、針葉及花粉可入藥。油松根系發達，樹姿雄偉，枝葉繁茂，有良好的保持水土和美化環境的功能[4]。

油松在北京地區分布廣泛，特別是北京山區，多分布于海拔200～1 500 m、陰坡，能耐比較干旱和貧瘠的土壤[5]。油松是北京山區重要的針葉林類型，主要以人工林為主，天然林分布面積較少[6]。20世紀50年代以來，由于初植密度過大，撫育工作滯后，油松普遍長勢衰弱，生態功能不高，未能充分發揮其生態效益[7]。要想充分發揮油松人工林的生態效益，須經過科學的經營。立地因子是影響林木生長發育的重要因子，通過對北京市山區油松人工林資源分布進行分析，研究影響油松人工林生長情況的立地因子，分析油松人工林資源存在的問題，探討問題形成的原因，對指導油松人工林營林實踐，提高林分質量，發揮更大的生態和景觀效益，均具有重要意義。

1 研究區概況

北京市位于華北平原的北部，毗鄰渤海灣，上靠遼東半島，下臨山東半島，位于39°28′—41°05′ N，115°25′—117°30′ E，地勢西北高，東南低，平均海拔43.5 m，山區占北京市總面積的62%，平原約占38%。北京市屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。全年7月平均氣溫最高，1月氣溫最低。全年無霜期為180～200 d，年日照時數為2 000～2 800 h，年降水量為600 mm，70%～80%降水量集中在夏季，冬季降水量只占全年約2%。土壤類型按垂直分布主要為山地草甸土、山地棕壤、褐土、潮土、草甸沼澤土、水稻土等，地帶性土壤主要是褐土，主要分布在海拔800 m以下丘陵和山前傾斜平原。北京地區原始植被類型為暖溫帶落葉闊葉林和溫帶針葉林，由于人為破壞，現已不多見。中山中、下部，陰坡大面積分布著遼東櫟、蒙古櫟萌生林和灌叢，陽坡則分布有側柏、臭椿、山杏等。北京地區常見人工栽植的樹種主要有油松、側柏、落葉松、刺槐、楊、柳、國槐、黃櫨、元寶楓等。

2 研究方法

根據《2014年北京市森林資源規劃設計調查操作技術細則》和以往的研究成果確定本研究所涉及的立地因子(表1)

北京市油松人工林10年為一個齡級，幼齡林≤20年，中齡林21～30年，近熟林 31～40年，成熟林41～60年，過熟林>60年。根據對油松樹齡統計的結果，本研究篩選平均林齡≤60年的小班共計4 451個小班，設≤20年為Ⅰ齡級，21～30年為Ⅱ齡級，31～40年為Ⅲ齡級，41～60年為Ⅳ齡級。在現有的對油松人工林立地因子研究的基礎上，通過分析北京市及其他地區森林立地環境因子的統計數據，研究并分析地貌類型、海拔、坡向、坡度、土壤質地、土壤厚度等立地因子的特性，初步篩選出立地因子，采用主成分分析法，確定影響北京山區油松人工林生長的立地主導因子。

表1 立地因子

研究不同立地因子對不同齡級油松人工林平均樹高、平均胸徑及平均蓄積量的影響關系，主要通過Pearson相關性分析方法。

3 數據來源及統計分析

數據資料主要來源于2014年北京市森林資源二類清查資料，北京市森林資源進行的一些典型調查及研究，運用Excel2016，SPSS23.0等軟件對數據進行統計分析。

4 結果與分析

4.1 油松人工林主導立地因子確定

根據對油松樹齡統計的結果，進行主成分分析，篩選出與油松人工林生產力密切相關的因子，構建多元回歸模型，通過因子和系數來反映影響油松生長的主要立地因子。

在進行統計分析之前需要將立地因子數量化，根據各立地因子的分類標準，分別以1～6賦值(表2)。

表2 立地因子賦值表

結果如表3所示，前4個主成分的特征值大于1，其累計貢獻率為69.365%，說明前4個主成分可以代表絕大部分信息，因此可以選取前4個主成分。由表4可以看出，系數越大，其性狀指標值就越大。在第一主成分中，系數較大的是海拔立地因子，說明海拔在第一主成分中起主要影響作用；在第二主成分中，坡度和土壤厚度的系數較大，說明在第二主成分中海拔和土壤厚度起主要影響作用；在第三、四主成分中，起主要影響作用的分別為坡向、土壤質地。

通過定量分析，可以得出海拔、坡度、坡向、土壤類型、土壤質地、土壤厚度是影響油松山區立地條件的主要立地因子。

表3 立地因子主成分分析

表4 立地因子成分矩陣

4.2 立地因子與平均樹高相關性分析

由表5可以見，在0.01顯著水平下，對Ⅰ齡級油松人工林平均樹高影響最大的是海拔，Pearson相關系數為-0.203，其次是坡向，相關系數為0.125，第三是坡度，相關系數為-0.099。與土壤質地、土壤厚度等立地因子相關度不高。因此，影響Ⅰ齡級油松人工林平均樹高的立地因子相關性大小為：海拔>坡向>坡度>土壤類型。

Ⅱ齡級油松人工林平均樹高與坡向、坡度等立地因子相關，在0.01顯著水平下，立地因子與土壤質地明顯負相關，其Pearson系數為-0.136；在0.05顯著水平下，立地因子與坡向正相關，相關系數為0.086，相關性大小為：土壤質地>坡向。

在0.01顯著水平下，土壤厚度相關系數最大，為0.230，其次為海拔，為0.175，第三是坡度，相關系數為-0.080。在0.05顯著水平下，土壤類型因子與平均樹高相關性最高，其Pearson相關系數為-0.052。影響Ⅲ齡級油松人工林平均樹高的立地因子相關性大小為：土壤厚度>海拔>坡度>坡向>土壤類型。

Ⅳ齡級油松人工林平均樹高與海拔、土壤質地、土壤厚度正相關，與坡度、土壤類型等立地因子負相關。在0.01顯著水平下，海拔的Pearson相關系數最高，為0.333，其次是土壤厚度因子，為0.120。影響Ⅳ齡級油松人工林其平均樹高的立地因子相關性大小為：海拔>土壤厚度>土壤類型>土壤質地>坡度。

表5 立地因子與平均樹高相關性

4.3 立地因子與平均胸徑相關性分析

表6 立地因子與平均胸徑相關性

以油松人工林平均胸徑作為油松生長指標，結果詳見表6。海拔、坡向、坡度等立地因子對Ⅰ齡級油松人工林平均胸徑有明顯的相關性，在0.01顯著水平下，對平均胸徑影響最大的是海拔，Pearson相關系數為-0.228，其次是坡向，相關系數為0.127，與土壤類型、土壤質地、土壤厚度等立地因子相關性，相關性大小依次為：海拔>坡度>坡向。

Ⅱ齡級油松人工林其平均胸徑與坡向、土壤厚度等立地因子正相關，在0.01顯著水平下，土壤厚度與油松人工林平均胸徑相關性明顯，Pearson相關系數為0.157，在0.05顯著水平下，坡向與平均胸徑具有相關性，相關系數為0.063，相關性大小為：土壤厚度>坡向。

Ⅲ齡級油松人工林其平均胸徑與海拔、坡向、坡度、土壤質地等立地因子相關，在0.01顯著水平下，平均胸徑與海拔、坡度等立地因子負相關，相關性最高的為海拔因子，相關系數為-0.144。在0.05顯著水平下，與坡向正相關，Pearson系數為-0.080，與土壤質地立地因子負相關，相關系數為-0.073，相關性大小為：海拔>坡度>坡向>土壤質地。

Ⅳ齡級油松人工林其平均胸徑與海拔、土壤厚度正相關，與土壤質地負相關。在0.01顯著水平下，土壤厚度因子Pearson相關系數最高為0.333。在0.05顯著水平下，海拔因子的Pearson相關系數為0.049，土壤質地因子的Pearson相關性系數為-0.058，相關性大小為：土壤厚度>土壤質地>海拔。

4.4 立地因子與平均蓄積量相關性分析

由表7可以看出，在0.01顯著水平下，油松人工林平均蓄積量與海拔、土壤質地等立地因子負相關，海拔因子的Pearson相關性指數大于土壤質地因子，為-0.109，與坡向立地因子正相關，相關性指數為0.099。由此可見，影響Ⅰ齡級油松人工林平均蓄積量的主要立地因子相關性大小為：海拔>土壤質地>坡向。

Ⅱ齡級油松人工林平均蓄積量與在0.01顯著水平下，與土壤質地負相關，Pearson相關系數為-0.222。在0.05顯著水平下，平均蓄積量與坡向因子正相關，相關系數為0.088，其相關性大小為：土壤質地>坡向。

在0.01顯著水平下，Ⅲ齡級油松人工林平均蓄積量與海拔高度、土壤厚度正相關，土壤厚度因子的相關性系數最大，為0.228，與土壤類型和土壤質地負相關。Ⅲ齡級油松人工林平均蓄積量相關的立地因子相關性大小為：土壤厚度>土壤質地>土壤類型>海拔>坡向

Ⅳ齡級油松人工林平均蓄積量與海拔、坡度、土壤類型、土壤質地、土壤厚度等立地因子相關，在0.01顯著水平下，平均蓄積量與海拔、土壤厚度等立地因子正相關，海拔因子的Pearson相關系數大于土壤厚度的相關性系數，為0.209，與土壤類型、土壤質地等立地因子負相關，相關性較高的為土壤質地立地因子。在0.05顯著水平下，平均蓄積量與坡度立地因子成負相關，相關系數為-0.050，其相關性大小依次為：海拔>土壤厚度>土壤質地>土壤類型>坡度。

表7 立地因子與平均蓄積量的相關性

從統計結果來看，立地因子對Ⅲ齡級、Ⅳ齡級各生長量受到立地因子的影響范圍最大，這與馮沛[8]對遼寧省朝陽市油松不同林齡階段生長與立地因子關系的研究中結果一致。可能是因為油松在約15 a后其生長因立地條件不同而產生的效應會更加明顯[9]，姜國斌[10]研究發現，油松的生長高峰期為20 a，在高峰期之后，對立地條件的反映最明顯。

從分析結果來看，對Ⅰ齡級和Ⅲ齡級油松人工林各生長量均有影響的立地因子是海拔和坡向，對Ⅱ齡級油松人工林各生長量均有影響的立地因子是坡向，對Ⅳ齡級油松人工林各生長量均有影響的立地因子是海拔、土壤質地和土壤厚度。由此可見，海拔對各齡級油松人工林的各生長量均有影響。海拔是重要的立地因子之一，隨著海拔的上升，水熱供應發生變化，影響植物生長進而影響油松人工林生產力[11]。坡向是影響幼樹成長的重要因子，主要通過影響太陽輻射，進而影響熱量分布，從而影響油松人工林生產力。

從油松人工林平均樹高、平均胸徑和平均蓄積量整體情況來看，土壤因子對油松人工林Ⅲ、Ⅳ齡級的生長情況影響較大，對Ⅰ、Ⅱ齡級油松人工林影響較小。這可能是由于林齡較低時，土壤質地不同，透氣性不同，影響植物生長。土壤類型和土壤厚度主要與土壤中有機質含量有關，有機質含量越高，林木長勢越好，生產力越高。但如果超過一定范圍，某些生態因子會變異，反而又會成為森林生長的限制條件[12]。

5 討論

本研究選取了海拔、坡向、坡度、土壤質地、土壤類型、土壤厚度、枯落葉厚度等7個立地因子，篩選出的主導立地因子比較具有代表性。李仁平[11]對遼東地區油松建筑林立地類型及立地質量評價的研究中，篩選出了坡位、坡度、海拔、土層厚度等主導因子；汪笑安[13]通過對旺業甸試驗林場立地類型的研究中，篩選出了海拔、坡度、土壤類型等主導因子。任本研究未將坡位納入主要影響因子,主要是因為坡位主要關系到土壤養分和水分，而本研究已篩選了三個土壤因子。枯落葉厚度因子主要通過分解成有機質從而影響植物生長，其與油松人工林生長相關性不大，可能是由于油松針葉分解速率較慢造成的。

對北京山區油松人工林Ⅰ齡級影響較小的立地因子主要是海拔和坡向因子，馮沛[8]對遼寧省朝陽市油松人工林不同林齡階段與立地因子生長的關系研究中表明，在樹齡較小時，其影響因子主要有土壤質地、土壤厚度和坡位，造成這種情況的原因可能是北京山區立地條件普遍較差，Ⅰ齡級油松人工林分布集中，土壤類型、土壤質地及土壤厚度比較單一。

本研究選取的立地因子還不夠全面，且在人為和自然因素的影響下，森林資源是不斷進行動態變化的，在今后實踐應用中，針對其中某一具體造林地時，還應收集更多的數據信息，對立地因子進一步豐富優化，細化研究工作。

6 結論

不同立地因子對不同齡級油松人工林生長的影響不同，對Ⅲ齡級、Ⅳ齡級各生長量受到立地因子的影響范圍最大。

影響Ⅰ齡級油松人工林平均樹高的立地因子及相關性大小為：海拔>坡向>坡度>土壤類型；影響平均胸徑的立地因子及相關性大小依次為：海拔>坡度>坡向；影響平均蓄積量的主要立地因子及相關性大小為：海拔>土壤質地>坡向。

影響Ⅱ齡級油松人工林平均樹高的立地因子及相關性大小為：土壤質地>坡向；影響平均胸徑的立地因子及相關性大小為：土壤厚度>坡向>；影響平均蓄積量的立地因子及相關性大小為：土壤質地>坡向。

影響Ⅲ齡級油松人工林平均樹高的立地因子及相關性大小為：土壤厚度>海拔>坡度>坡向>土壤類型。影響平均胸徑的立地因子及相關性大小為：海拔>坡度>坡向>土壤質地；影響平均蓄積量的立地因子主要及相關性大小為：土壤厚度>土壤質地>土壤類型>海拔>坡向。

影響Ⅳ齡級油松人工林平均樹高的立地因子及相關性大小為：海拔>土壤厚度>土壤類型>土壤質地>坡度；影響平均胸徑的立地因子及相關性大小為：土壤厚度>土壤質地>海拔；影響平均蓄積量相關的主要立地因子及相關性大小依次為：海拔>土壤厚度>土壤質地>土壤類型>坡度。