雷瓊地區尾細桉人工林立地類型劃分及其質量評價

張沛健，盧萬鴻，徐建民，林志鋒，陳馬興，李孔生

(1.中國林業科學研究院熱帶林業研究所，廣東 廣州 510520；2.國家林業和草原局桉樹研究開發中心，廣東 湛江 524022；3.海南金華林業有限公司，海南 儋州 578101；4.中林集團雷州林業局有限公司，廣東 湛江 524043)

立地類型及其林地質量是多種地理環境因素的綜合反映[1]，是研究森林生長和立地環境的一個重要手段[2]，對評價立地生產潛力尤為重要[3]。立地質量評價是實現科學造林、合理高效利用林地的重要保證[4]，對樹種選擇、營林技術、地力改良等具有重要指導作用。而數量化理論方法是研究立地因子對立地質量影響最常應用的方法，國內許多學者已運用該方法對柚木（Tectona grandisL.F.）[5]、西南樺（Betula alnoidesBuch.-Ham.ex D.Don）[6]、杉木（Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook.）[7]等樹種進行了立地類型劃分及評價的研究，均取得了較好的效果。

桉樹（Eucalyptus robustaSmith）因速生豐產、輪伐期短等優點，成為我國重要的工業原料林樹種，為我國木材、紙漿生產做出了重要貢獻。華南作為我國桉樹紙漿林發展的主要栽培區[8]，通過多年來的測定和推廣種植，尾細桉（Eucalyptus urophylla×E.tereticornis）無性系成為了華南沿海地區桉樹紙漿林重要的種植品系，亦是臺風頻繁的雷瓊地區造林的首選品種[9]。由于對尾細桉生長與立地生產力間的關系認識不足，營林過程中出現林分退化、生產力低下等現象，影響了尾細桉紙漿材林的經濟、生態和社會效益。近些年，桉樹人工林立地分類及質量的研究也一直受到學者們的關注。國外對桉樹立地潛在生產力預測、立地等級及劃分、立地質量對生產力的影響等方面進行了研究[10-12]。國內對廣西、云南、福建等地區的桉樹立地分類與評價研究已有報道[13-16]。雷瓊地區桉樹人工林面積達38.5 萬hm2，而尾細桉作為該地區重要的種植品系，關于尾細桉人工林在該區域的立地分類和質量評價研究尚未見報道。

本研究以雷瓊地區具有一定規模的1～18 年生尾細桉（TH91-LH 系列無性系）人工林為研究對象，通過調查112 塊樣地的林木生長量及地形、地貌和土壤理化性質等立地因子，應用數量化理論方法研究優勢木高生長量與立地因子的關系，采用聚類分析和相關性分析進行立地劃分與生產力評價，旨在為尾細桉人工林種植的立地選擇和合理經營等提供科學依據。

1 研究區概況

試驗區位于雷瓊沿海臺地（18°10′～21°55′N，108°37′～111°03′ E），屬熱帶季風氣候，降雨充沛，雨熱同期，干濕季分明，全年無霜。太陽總輻射量大，年均溫度23～26℃，年均日照1 800～2 500 h，年均降水量1 000～2 500 mm，5—9月為雨季，降雨量約占全年的80%，熱帶風暴和臺風災害頻繁發生。土壤類型以酸性磚紅壤為主，林下植被以飛機草(Chromolaene odorata(L.) R.M.King &H.Rob.)、闊葉豐花草（Spermacoce alataAublet）、銀柴（Aporosa dioica(Roxb.) Mull.Arg.）、白楸（Mallotus paniculatus(Lam.) Mull.Arg.）居多。尾細桉人工林造林及撫育措施：機耕整地后采用挖坑(50cm×50cm×40cm)或開30 cm 定植溝種植，基肥為桉樹專用復合肥(N:P:K為6:23:8)，當年砍除雜灌草1 次，第2、3 年各追施復合肥(N:P:K為22:5:13)1 次及各砍除雜灌草2 次，3 年后不再施肥，人為除草、撫育措施基本一致。

2 研究方法

2.1 樣地調查及采樣方法

于2018—2019 年選取雷瓊沿海地區1～18 年生尾細桉人工林，采用典型抽樣方法，設置112 塊20 m×20 m 的臨時標準樣地（圖1），進行立地因子和生長量調查。記錄每個樣地的經緯度、地貌、海拔、坡度、土壤類型等立地因子，對樣地內尾細桉的樹高、胸徑進行每木檢尺，選取5 株優勢木，記錄優勢木樹高和胸徑；在每個標準樣地內沿對角線選取左下角、中間和右上角 3 個點挖取60 cm 深的土壤剖面，環刀取原狀土，帶回實驗室進行土壤物理性質分析；同一土壤剖面從上到下取土壤樣品，混合均勻后裝入密封袋，帶回實驗室測定其化學性質；在野外調查鑒別時，用手測法來確定土壤質地，主要是把指頭大小的土壤放在手上，稍加水來進行揉捏，不成球、不成片的為砂土，可捏成片、不斷裂、黏性強的為黏土，壤土介于砂土和黏土之間，手捏勉強成團，輕壓即碎。

圖1 雷瓊地區標準樣地的位點Fig.1 Location of standard plot in Leiqiong region

2.2 土壤理化性質測定方法

采用環刀法測定土壤密度；采用四分法取 1 kg左右的混合土樣，經風干后研磨過篩再測定土壤化學性質，各指標測定方法如下：pH 值采用電位法測定，有機質含量采用重鉻酸鉀氧化-容量法測定，全氮含量采用凱氏法測定，全磷含量采用凱氏消煮-鉬銻抗比色法測定，全鉀含量采用氫氧化鈉堿熔-火焰光度法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷含量采用雙酸浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定[17]。

2.3 立地劃分及評價方法

2.3.1 立地因子的類目劃分 在考慮立地因子時，既要包含影響林木生長的主要因子，又要便于在林業實際中的應用。筆者根據各因子的變化幅度及對林木生長的影響，結合有關林業調查技術標準，選取海拔（X1）、坡度（X2）、土層厚度（X3）、成土母巖（X4）、pH 值（X5）、土壤質地（X6）、土壤密度（X7）7 個立地因子，對各因子進行統計和分級處理，共劃分24 個類目，其中，X1分別為<100 m、100～300 m、>300 m，X2分別為0～5°（平坡）、6～15°（緩坡）、16～25°（斜坡）、>25°（陡坡），X3分別為<40 cm（薄土層 ）、40～80 cm（中土層）、>80 cm（厚土層 ），X4分別為玄武巖、花崗巖、砂頁巖、淺海沉積物，X5分 別為 pH>7.5（堿 性）、pH6.5～7.5（中性）、pH4.5～6.5（酸 性）、pH<4.5（強 酸性），X6分別為壤土、砂土、黏土，X7分別為 >1.4 g.cm?3（高密度）、1.2～1.4 g.cm?3（中 密度）、<1.2 g.cm?3（低密度）。

2.3.2 數量化理論Ⅰ模型 數量化理論Ⅰ是可以解決立地因子中的定量因子（如海拔）和定性因子（如成土母巖）共同影響的統計方法。結合類目劃分表，對樣地各立地因子數據進行（0，1）化，采用數量化理論Ⅰ將（0，1）化后數據與各樣地優勢木高年均生長量建模，擬合得出模型回歸系數及各項目的得分值、偏相關系數，對復相關系數進行F檢驗來驗證模型的可靠性。

數量化理論Ⅰ的數學模型如下：

式中：y是自變量，i為樣地數（i=1，2，...，n），j為立地因子數（j=1，2，...，m），k為j因子下的類目（k=1，2，...，ri），δi(j，k)為第j個因子第k個水平的等級反映（0 或1），bjk是立地因子j的第k水平的得分值，εi是第i次抽樣的隨機誤差。

數量化理論Ι 計算方法與回歸分析相似，復相關系數R是衡量預測精度的一種數值指標，其值越大，則估測相關越密切，說明模型對理論值的估計效果越好，模型檢驗的F值越大于F臨界值，所得的數量化得分表就越可靠[18-19]。偏相關系數是衡量預測精度與各項目對預測貢獻大小的重要統計量[20]。在實際應用中，可用各項目的范圍來衡量各項目對預測的貢獻。范圍越大，說明第j個立地因子對預測值的貢獻越大。

2.4 數據處理

采用 Excel 2010 和 SPSS 24 進行數據統計與分析。應用數量化方法Ⅰ通過賦值使定性因子定量化，對立地因子進行回歸分析，確定變量對基準變量的影響程度并進行預測，劃分立地類型，通過聚類分析進行立地質量評價，同時對林木生長量和土壤化學性質進行相關性分析，并繪制土壤化學性質與生產力等級的變化圖。

3 結果與分析

3.1 基準年齡的確定

基準年齡指樹高生長趨于穩定且能靈敏反映立地差異的年齡[21]，一般超過樹種輪伐期一半。由表1 可知：尾細桉1～4 年生時優勢木樹高變異系數較大，從第5 年生時樹高生長變異趨于穩定，而現行桉樹紙漿材的主伐年限約為5～6 a。因此，雷瓊地區尾細桉人工林的基準年齡確定為5 a，其中，8 年生的平均樹高生長大于9 年生，可能是立地生產力不同造成的差異，選取林齡在5 a 及以上的74 個樣地進行立地分類，能更科學的反映立地質量的差異。

表1 不同林齡優勢木高及變異系數 Table 1 Coefficient of variation of dominant height in different age

3.2 數量化回歸模型及檢驗

從立地因子對林木生長影響的角度出發，根據所選基準年齡5 年生以上樣地，結合立地因子類目劃分，得出（0，1）反應矩陣表（表略），按照數量化理論Ⅰ模型計算各類目與尾細桉優勢木高年均生長量的回歸系數、得分范圍值、偏相關系數及復相關系數。回歸分析計算結果見表2。

擬合建立的立地指數隨立地因子變化的數量化回歸方程如下：

由表2 可知：立地因子得分范圍值大小依次為土壤質地 >成土母巖 >土壤密度 >pH 值 >坡度 >土壤厚度 >海拔，前3 項因子得分占比達74.79%，土壤性質對尾細桉人工林生長的影響大于地勢和地形條件?；貧w模型的復相關系數R=0.712，達極顯著。將回歸模型中7 個立地因子（海拔X1，坡度X2，土層厚度 X3，成土母巖X4，pH 值X5，土壤質地X6和土壤密度 X7）與優勢木高年均生長模型進行適用性檢驗，得出F(7，66)=9.719 >F0.01 (7，66)=3.672，即7 個立地因子與優勢木高年均生長量之間的關系極緊密，用該方程來評價雷瓊地區尾細桉人工林立地質量是可靠的。

3.3 立地類型劃分及生產力等級評價

基于回歸分析，選出土壤質地、成土母巖、土壤密度為主導因子，采用主導因子組合法劃分立地類型。根據分類依據和對應的類目以及實際選用的分類立地因子，理論上雷瓊地區尾細桉林立地共可劃分3 個立地類型區、12 個立地類型組，36 個立地類型。本研究中，部分立地類型沒有樣地存在，所選用的74 個樣地實際共劃分為12 個立地類型（表3）。

不同的立地類型存在差異，通過生產力和適宜性評價，可以實現立地的合理利用。根據各樣地立地指數隨立地因子變化的回歸模型得出預測得分值，采用K-均值聚類分析將12 個立地類型劃分為4 個生產力等級組（表3）：高產組（2.8～3.2 m）、中產組（2.4～2.8 m）、低產組（1.8～2.4 m）、劣產組（1.4～1.8 m），模型預測值與實測值接近。由表3 可知：雷瓊地區5 年生以上尾細桉林地的生產力等級表現為：壤土類型 >砂土類型 >黏土類型。同土壤質地中，淺海沉積物中密度的立地生產力普遍高于其它立地類型?？梢?，尾細桉在壤土、中密度的立地栽培時林木生長較好。

具體說，高產組屬于淺海沉積物和玄武巖發育而成的壤土、中低密度的立地類型。該生產力等級的尾細桉生長旺盛，年均高生長量可達2.99 m，年均胸徑生長量可達2.65 cm，年均材積增長量可達30.94 m3·hm?2·a?1。該組立地條件最好，生產潛力最大，最適合尾細桉的種植，進行常規撫育管理即可保證尾細桉的良好生長，也可延長主伐林齡，充分發揮立地潛力，可作為尾細桉造林地的首要選擇。

中產組屬于花崗巖、砂頁巖、淺海沉積物發育而成的壤土、高密度的立地類型。該生產力等級的尾細桉長勢較好，年均高生長量為2.60 m，年均胸徑生長量為2.27 cm，年均材積增長量為23.09 m3·hm?2·a?1。該組立地條件較好，生產潛力良好，比較適宜栽種尾細桉，進行適當的撫育管理，可有效促進林木的生長，達到速生豐產的經營目的。

低產組屬于花崗巖、砂頁巖發育而成壤土、中低密度的立地類型以及淺海沉積物、花崗巖、砂頁巖發育而成的砂土、中高密度的土壤類型。該生產力等級的尾細桉年均高生長量、年均胸徑生長量、年均材積增長量分別為2.13 m、1.93 cm、21.78 m3·hm?2·a?1。該組立地條件一般，生產潛力一般，但也適宜尾細桉種植，應加強撫育管理措施，增加種植密度，可培育中小徑材的尾細桉。

劣產組屬于砂土花崗巖、中低密度的立地類型以及黏土淺海沉積物、低密度的立地類型。該生產力等級的尾細桉年均高生長量、年均胸徑生長量、年均材積增長量分別為1.56 m、1.41 cm、13.41 m3·hm?2·a?1。該組立地條件較差，林木長勢較差，不宜栽種速生豐產的桉樹，適宜鄉土樹種營造薪炭林或防護林等。

3.4 優勢木年均生長量與土壤化學性質的關系

由回歸分析立地因子得分可知：土壤對林木生長量的影響較大。通過對土壤化學性質與尾細桉林優勢木樹高和胸徑的年均生長量進行相關性分析，結果（表4）表明：pH 值、有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀都與優勢木年均生長量有不同程度的相關性，其中，pH 值、全鉀和速效鉀含量與優勢木年均生長量呈極顯著負相關，有機質與優勢木年均生長量呈顯著負相關，全磷含量與優勢木高年均生長量呈顯著正相關。說明在一定范圍內，土壤pH 值越低，有機質和全鉀含量越低，全磷含量越高，尾細桉的年均生長量越好。各生產力等級組土壤化學性質的比較見圖2。

表4 優勢木年均生長量與土壤化學性質相關性Table 4 Correlation between high annual average growth of dominant trees and soil chemical property

圖2 各生產力組的土壤化學性質Fig.2 Soil chemical properties of different productivity groups

通過對土壤化學性質與尾細桉林地生產力等級的分析（圖2）可知：各生產力等級組的土壤化學性質之間存在較大差異，根據全國第二次土壤普查養分分級標準和各生產力等級組的養分含量范圍，將立地等級組劃分為Ⅲ級（劣產組）、Ⅳ級（低產組）和 Ⅴ級（高產組和中產組）3 個級別，表明雷瓊地區土壤養分含量普遍偏低。各生產力組的pH 值為4～6，適合桉樹酸性土壤生長的生物學特性。高產組的有機質含量高于中產組，與低產組相差不大，略低于劣產組。中產組全氮含量最低，比高產組、低產組和劣產組分別低了30.11%、29.89%和55.29%；各生產力等級組堿解氮含量略有差異，整體較低，基本位于養分含量的Ⅳ級水平。高產組的全磷明顯高于其它生產力等級組，但有效磷含量相比最低，中產組、低產組、劣產組全磷含量分別比高產組低了58.82%、57.09%、36.32%。全鉀和速效鉀含量均是高產組<中產組<低產組<劣產組。高產組主要分布在立地條件較好的地區，雖然養分含量不高，但由于土壤密度較小，土壤疏松和滲透性好，保水保肥能力強，林木根系發達，有利于對土壤水分和養分的吸收與利用，林木年均生長量較好。低產組和劣產組主要分布在立地條件較差的地區，雖然土壤養分含量較高，但因土壤質地差異導致養分被吸收利用率低，年均生長量較差。

4 討論

4.1 雷瓊地區立地分類的主要影響因子

立地類型劃分是立地質量評價的基礎和科學造林的關鍵[2]。由于立地質量受土壤、地形、氣候等多種立地因子的影響[22]，在進行立地劃分和評價時對立地因子進行了較多研究。羅美娟等[23]研究表明，影響尾葉桉樹高生長的主要因子為土壤有機質、土層厚度、腐殖質厚度，影響胸徑生長的主要因子為坡位、密度、有效磷含量；凌子燕等[24]研究表明，桉樹生長受海拔、坡位、土壤種類、坡向和成土母巖的影響比較大，其中，坡向、土壤種類和成土母巖因子對桉樹影響明顯，與本研究認為雷瓊地區影響尾細桉生長的主要立地因子是土壤質地、成土母巖和土壤密度的研究結果類似。

土壤質地具有較穩定的自然屬性，對土壤理化性質和林木的生長有極其重要的影響。砂土利于尾細桉根系生長，但其保持水肥能力較差；黏土雖養分含量豐富，但對營養的吸收利用率較低；壤土保水肥效果好，利于根系生長和地上生物量的積累。所以，尾細桉林地生產力表現為壤土較好，砂土次之，黏土最差，該結果與賈立華等[25]的研究結果一致。成土母巖影響著土壤養分和土壤理化性質，從而對植物生長發育產生重要影響[26-27]。有研究表明，成土母巖與烤煙[28]、米老排（Mytilaria laosensisLec.）[29]、杜 仲（Eucommia ulmoidesOliver）[30]等植物的生長密切相關。本研究表明，成土母巖是影響尾細桉人工林生長的重要立地因子之一，在今后選擇造林地時要注意發育形成土壤的成土母巖，以充分發揮林地土壤的生產力。土壤密度作為最重要的土壤物理性質之一，不僅可以準確地反映土壤物理性狀，還可有效地指示土壤質量和土壤生產力[31]。研究表明，雷瓊地區土壤密度變化范圍為1.02～1.66 g·cm?3，不同立地類型的土壤密度差異明顯。一般中、低密度的土壤類型土壤疏松，結構性良好，有助于養分的吸收利用，更利于林木的生長，但保水保肥性能一般。然而，受土壤質地等立地因子影響，中、低密度土壤保水肥能力會有所改善。高密度土壤雖具有較好的保水肥性能，但因通透性差，不利于水肥的吸收利用，從而影響尾細桉生長。由于本研究受區域范圍和立地因子的限制，今后應加大研究區域和立地因子的選擇力度，可進一步深入探討氣候因子等因素對林木生長和立地生產力的影響，以增強尾細桉人工林立地分類系統的準確性和針對性。

4.2 土壤化學性質對尾細桉生長的影響

土壤肥力在一定程度上影響著林木的生長，了解影響因子作用對森林的經營與管理具重要指導意義[32-33]。國內外學者圍繞土壤肥力和林木生長的關系已開展較多研究[34-35]，但土壤化學性質對尾細桉林木生長的關聯性研究有限。本文通過相關性分析表明，影響尾細桉人工林生長的土壤肥力因子為pH 值、有機質、全磷、全鉀和速效鉀，這與紀浩等[36]的研究結果相似。pH 值作為土壤的重要化學性質，可直接影響植物的生長發育[37]。雷瓊地區尾細桉林地各生產力等級組土壤以酸性為主，pH 值在4～6 范圍內表現為其值越低，林地生產力越高，說明尾細桉對酸性土壤的適應性較強。土壤有機質是土壤中各種養分的重要來源，對土壤肥力的提高具有重要作用。隨著生產力等級的升高，有機質含量整體呈減少趨勢，高產組和中產組含量相對較低，所以應盡量保留林地的凋落物，提高土壤有機質含量，以促進尾細桉的穩定高產。氮素直接影響植物的光合速率，對植物有明顯的增產效果[38]。本研究氮素與尾細桉生長相關性不顯著，各生產力等級組雖有差異，但整體含量較低，為防止林木矮小和生長緩慢，應注意氮肥的施用。華南地區土壤含磷量偏低，且容易被吸附固定，鉀素也普遍缺乏；而磷、鉀元素與尾細桉的生長關系密切，土壤缺磷和鉀會導致林木生長不良，病蟲害增多，生長量下降。高產組全磷含量最高，有效磷較低，鉀素含量也都較低，經營中要注意及時補充磷肥和鉀肥，保證高產組生產力的穩定性。其它生產力等級組因土壤密度較高和土壤質地差異，土壤通透性較差，影響水肥輸送，導致養分累積，尤其有效磷和鉀素含量相對較高，被吸收利用的效率有待提高，經營中需適當改善立地環境，掌握尾細桉的需求規律，合理施用磷、鉀肥，提高立地生產力。

4.3 雷瓊地區立地生產力的評價

通過優勢木高變化確定林分的基準年齡，然后選用基準年齡以上的樣地進行立地質量評價，能更好的應用于造林實踐。結果表明：雷瓊地區尾細桉林地高產組（最適宜）、中產組（較適宜）和低產組（適宜）等級總占比為91.89%，表明雷瓊地區整體上比較適合尾細桉的種植和生長，種植區分布基本合理，仍有一定的增長空間，需加強經營管理的撫育措施，可充分發揮林地的生產潛力；但有8.11%的樣地不適宜栽植尾細桉，可考慮栽種其它更適宜的鄉土樹種來提高林地的利用效率。雖然立地質量是決定林分生產力的主要因素，但其它營林因素，如造林密度、施肥撫育、林下植物對土壤養分循環的關系等影響也很重要[13]。已有研究證明，林分密度對桉樹人工林樹高、胸徑及材積的生長有很大影響[39-40]。因此，今后在選擇立地時還需關注營林因素對生長的影響，高產組由于立地條件良好，可適當降低林分的密度和做好施肥等撫育管理，以便充分發揮林地的生產力。中產組和低產組在造林時應加強整地措施，通過改善土壤結構和環境，提高林木對養分的利用率，適當增加種植密度，最大限度的提高人工林生態系統的穩定性和林地生產力。

5 結論

雷瓊地區影響尾細桉人工林生長的立地主導因子是土壤質地、成土母巖和土壤密度，可劃分為12 個立地類型，將其分為高產組、中產組、低產組和劣產組4 個立地等級。當尾細桉栽種在淺海沉積物和玄武巖發育的壤土、中低土壤密度立地時，林木生長最好，立地生產力最高。雖然雷瓊地區土壤養分含量整體較低，但土壤pH 值、有機質、全磷、全鉀和速效鉀的含量對尾細桉的生長也會產生顯著影響。因此，在營造尾細桉人工林時，應選擇合適的土壤類型，了解土壤的理化性能，適當的施用磷肥和鉀肥，以期發揮尾細桉人工林最大生產潛力。