馬佳琳，李新平，賀義才，王建義，郭 斌

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

華北落葉松人工林在山西的適應(yīng)性

馬佳琳，李新平，賀義才，王建義，郭 斌

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

以山西省華北落葉松人工林為研究對(duì)象，通過調(diào)查華北落葉松人工林在不同立地、不同氣象因子條件下的生長(zhǎng)差異，分析華北落葉松人工林在山西的適應(yīng)性。結(jié)果表明：在緯度36°30′～39°00′，海拔1 900 m～2 200 m間，最適宜發(fā)展華北落葉松人工林。海拔1 400 m以下，不適宜發(fā)展華北落葉松人工林。華北落葉松在適宜的環(huán)境中，坡向、坡位、坡度等不是其生長(zhǎng)的限制因子，生態(tài)位幅度較大。年降水量550 mm是華北落葉松人工林正常生長(zhǎng)的下限，適宜的年均溫為2 ℃～8 ℃,1月均溫為-14.0 ℃～-7.0 ℃.

華北落葉松；人工林；適應(yīng)性；山西

不同的緯度和經(jīng)度對(duì)水熱條件的分配有很大影響，從而形成了不同的氣候區(qū)域。影響林分生長(zhǎng)的生態(tài)因素有氣候、地形和土壤，所以，要找出氣象因子中與樹木生長(zhǎng)關(guān)系密切的因子，進(jìn)而找出適合樹木生長(zhǎng)的最適環(huán)境因子。同時(shí)，一定氣候區(qū)域范圍內(nèi)林分的生長(zhǎng)也受海拔、坡向、坡度、坡位、土壤類型和土層厚度等地形和土壤因子的影響。通過分析林分生長(zhǎng)量與立地因子之間的相關(guān)關(guān)系，可以找出影響林分生長(zhǎng)的主要立地因子，并找出主要立地因子對(duì)林分生長(zhǎng)影響的規(guī)律性。這對(duì)于林木的引種栽培、適地適樹、造林地選擇以及科學(xué)評(píng)價(jià)林分的立地質(zhì)量都具有重要的實(shí)踐意義。

華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr)作為我國(guó)主要樹種之一，在中國(guó)針葉林中占有重要地位，它是寒溫帶針葉林和其它地區(qū)高海拔森林的重要組成成分。華北落葉松具有速生、材質(zhì)好、用途廣、耐腐蝕、涵養(yǎng)水源等優(yōu)點(diǎn)，是營(yíng)造速生豐產(chǎn)林和水源涵養(yǎng)林的良好樹種。筆者以山西省華北落葉松人工林為研究對(duì)象，分析華北落葉松人工林在不同立地、氣象因子條件下的生長(zhǎng)差異，以提出華北落葉松人工林在山西的生境選擇和對(duì)立地條件的生長(zhǎng)響應(yīng)機(jī)制。

1 研究區(qū)自然概況

山西省地處黃河中游、黃土高原東部，北緯34°34′48″～40°43′24″，東經(jīng)110°14′36″～114°33′24″，總面積15.66×104km2.大部分地區(qū)海拔都在1 000 m以上，山地、丘陵占總面積的80.3%.屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫-4 ℃～14 ℃，年降水量400 mm～650 mm.

土壤地帶性規(guī)律在山西表現(xiàn)為明顯的緯度地帶性，省境中南部為森林草原褐土地帶，北部為干旱草原栗鈣土地帶，呂梁山以西是由森林草原向干旱草原過渡的灰褐土地帶。在植被分布上，恒山以北屬溫帶草原地帶，旱生和旱中生草原植物區(qū)系成分的種類占優(yōu)勢(shì)；恒山以南屬暖溫帶夏綠闊葉林地帶。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

在中條山、太行山、太岳山、呂梁山、關(guān)帝山、管涔山以及雁北山地華北落葉松人工林集中栽培區(qū)，根據(jù)海拔、坡向、坡位等設(shè)置樣地，每種類型樣地不少于3塊，每塊樣地面積600 m2，共設(shè)置42塊，分別調(diào)查樣地的各項(xiàng)立地因子和林木的各項(xiàng)生長(zhǎng)因子。

2.2 調(diào)查方法

2.2.1 樹木解析

選擇平均標(biāo)準(zhǔn)木，在0.0 m，1.3 m，3.6 m，5.6 m，7.6 m處各取一圓盤，齡階為3 a，對(duì)所選取平均標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行樹干解析，分析單木胸徑、樹高、蓄積生長(zhǎng)過程。

2.2.2 環(huán)境因子

用GPS記錄樣地的經(jīng)度、緯度、海拔、坡向、坡位、坡度等環(huán)境因子。

2.2.3 氣象因子

調(diào)查收集樣地附近縣、市近30 a的氣象資料，利用插值法推算樣地的氣象值，對(duì)各樣地的年均溫、1月均溫、年降水量與樹木生長(zhǎng)量之間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

為了數(shù)據(jù)間的一致性，利用樹木解析所得生長(zhǎng)曲線，對(duì)樹高和胸徑的生長(zhǎng)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化?？紤]落葉松屬速生樹種，調(diào)查及收集的落葉松以35 a為標(biāo)準(zhǔn)年齡。

根據(jù)不同立地條件標(biāo)準(zhǔn)木的樹干解析結(jié)果繪制樹高生長(zhǎng)曲線圖。根據(jù)每個(gè)樣地平均標(biāo)準(zhǔn)木的樹高、胸徑及材積，對(duì)照樹高、胸徑及材積生長(zhǎng)曲線，用等比內(nèi)插法找出各樣地平均標(biāo)準(zhǔn)木的標(biāo)準(zhǔn)齡樹高、胸徑及材積。

2.3.2 數(shù)學(xué)分析方法

利用SPSS 20.0軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、多重比較等處理。

3 結(jié)果分析

3.1 水平分布

3.1.1 經(jīng)緯度分析

華北落葉松人工林樹高、胸徑在經(jīng)度上的分布規(guī)律見圖1，圖2.

圖1 華北落葉松人工林樹高在經(jīng)度上的分布規(guī)律

圖2 華北落葉松人工林胸徑在經(jīng)度上的分布規(guī)律

從圖1，圖2來看，華北落葉松人工林在山西的東西向分布不連續(xù)，集中在111°10′，111°30′，112°00′，113°30′ 4條經(jīng)度帶上，對(duì)應(yīng)著呂梁、關(guān)帝、中條、太岳、管涔及太行、長(zhǎng)城山和恒山，中間空白為平川盆地。表明華北落葉松人工林主要集中在山地。從生長(zhǎng)量來看，無論是樹高還是胸徑，在經(jīng)度上均沒有表現(xiàn)出規(guī)律性。

華北落葉松人工林樹高、胸徑在緯度上的分布規(guī)律見第13頁(yè)圖3，圖4.

從圖3，圖4可以看出，華北落葉松人工林在緯度35°00′～40°30′都有分布。樹高生長(zhǎng)呈現(xiàn)出偏左正態(tài)型，隨緯度的增加先從低變高，到37°時(shí)達(dá)到最高值，38°后逐漸變低。胸徑生長(zhǎng)呈拋物線型，隨緯度的增加從低變高，到37°時(shí)達(dá)到最高，之后逐漸平緩。緯度 36°30′ ～ 39°00′對(duì)應(yīng)著太行山、太岳山、呂梁山、關(guān)帝山和管涔山地區(qū)，從生長(zhǎng)量來看，華北落葉松人工林分布集中，樹高、胸徑生長(zhǎng)量較大。

圖3 華北落葉松人工林樹高在緯度上的分布規(guī)律

圖4 華北落葉松人工林胸徑在緯度上的分布規(guī)律

提取經(jīng)度 112°00′左右的中條、太岳及管涔山樣地進(jìn)行緯度變化分析，見圖5.

圖5 經(jīng)度112°00′時(shí)華北落葉松在緯度上的分布特征

由圖5可以看出，樹高的變化趨勢(shì)隨緯度的增加呈拋物線型，到 36°40′時(shí)達(dá)到最高值，之后逐漸平緩。

以上分析可以看出，華北落葉松人工林在山西的水平分布與山脈走向一致，集中于太行山、太岳山、呂梁山、關(guān)帝山和管涔山地區(qū)，與經(jīng)度變化基本沒有相關(guān)性。

3.1.2 山地之間分析

通過經(jīng)緯度分析可以看出華北落葉松人工林集中分布的范圍，為進(jìn)一步了解各山地華北落葉松人工林生長(zhǎng)量間的差異性，對(duì)華北落葉松樹高、胸徑做單因素方差分析，見表1.

表1 各山地間方差分析

由表1可知，山地間華北落葉松樹高差異極顯著，胸徑差異不顯著。進(jìn)一步進(jìn)行多重比較(p<0.05)，見表2.

表2 各山地間華北落葉松樹高多重比較

由表2可以看出，各山地間華北落葉松樹高之間存在明顯差異。太行林局、呂梁林局、太岳林局、管涔林局樹高較大，一般在16 m以上；關(guān)帝林局、平順縣、恒山林場(chǎng)次之，樹高在12.5 m左右；靜樂縣、長(zhǎng)城山林場(chǎng)、中條林局樹高最低，一般在11 m以下。這表明華北落葉松喜涼濕生境，在干熱、寒旱地區(qū)生長(zhǎng)情況較差。

3.2 垂直分布

3.2.1 海拔影響

華北落葉松在山地的分布，主要隨海拔而變化。以每100 m為1個(gè)梯度對(duì)各海拔華北落葉松的樹高、胸徑進(jìn)行方差分析，見表3.

由表3可知，不同海拔間華北落葉松樹高差異極顯著，胸徑差異不顯著。進(jìn)一步進(jìn)行多重比較(p<0.05)，見表4.

表3 不同海拔范圍內(nèi)方差分析

表4 華北落葉松不同海拔樹高多重比較

各海拔華北落葉松樹高之間存在明顯差異。海拔1 900 m～2 200 m，樹高可達(dá)17 m以上；海拔1 400 m～1 900 m，樹高在15 m左右；海拔>2 200 m，樹高在14 m左右；海拔<1 400 m，樹高一般在10 m以下。另外，海拔1 700 m～1 800 m之間有2塊樣地在中條林局的山坡上部，樹高僅8 m左右，對(duì)這個(gè)區(qū)間的總體樹高產(chǎn)生了影響。

上述差異性表明，在緯度36°30′～39°00′，海拔1 900 m～2 200 m，最適宜發(fā)展華北落葉松人工林；海拔1 400 m以下，不適宜發(fā)展華北落葉松人工林。

3.2.2 坡向、坡位、坡度的影響

在海拔數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，剔除1 400 m以下的數(shù)據(jù)，對(duì)坡向、坡位、坡度進(jìn)行差異性分析,見表5.

表5中樹高、胸徑都沒有顯著差異，表明華北落葉松在適宜的環(huán)境中，坡向、坡位、坡度等不是其生長(zhǎng)的限制因子，生態(tài)位幅度較大。

3.3 主要?dú)庀笠蜃优c植物因子的相關(guān)性

植物的地帶性分布規(guī)律是其隨水、熱條件變化分異的表征。影響植物分布的主要?dú)庀笠蜃佑心昃鶞亍?月均溫、7月均溫、年積溫、年降水、年均濕度等。取年均溫、1月均溫、年降水3個(gè)氣象因子，分析其與華北落葉松生長(zhǎng)量的關(guān)系。

表5 坡向、坡位、坡度方差分析

3.3.1 年均溫的影響

用年均溫作自變量，分別與華北落葉松的樹高、胸徑進(jìn)行相關(guān)性分析，經(jīng)多種模型擬合后，其多項(xiàng)式表達(dá)如圖6，圖7.

圖6 年均溫與樹高的相關(guān)性分析

圖7 年均溫與胸徑的相關(guān)性分析

從圖6，圖7可以看出，年均溫對(duì)華北落葉松樹高、胸徑生長(zhǎng)的影響一致。在年均溫2 ℃～8 ℃之間，華北落葉松樹高、胸徑較大，當(dāng)年均溫<2 ℃或>8 ℃時(shí)，樹高、胸徑較小。

3.3.2 1月均溫的影響

1月均溫對(duì)華北落葉松樹高、胸徑的影響趨勢(shì)與年均溫一致，如圖8，圖9.

圖8 1月均溫與樹高的相關(guān)性分析

圖9 1月均溫與胸徑的相關(guān)性分析

由圖8，圖9可以看出，當(dāng)1月均溫大于-7.0 ℃或小于-14.0 ℃時(shí)，華北落葉松樹高、胸徑較小。說明華北落葉松不適宜在極端低溫及較高低溫環(huán)境下生長(zhǎng)。

3.3.3 年降水量的影響

經(jīng)多種模型擬合，冪函數(shù)對(duì)降水量與華北落葉松樹高、胸徑相關(guān)性的擬合程度最好，如圖10，圖11.

圖10，圖11中，年降水量550 mm以上，華北落葉松樹高、胸徑隨降水量增加基本呈直線上升趨勢(shì)。表明，年降水量550 mm是保證華北落葉松人工林正常生長(zhǎng)的最低值。

圖10 降水量與樹高的相關(guān)性分析

圖11 降水量與胸徑的相關(guān)性分析

4 結(jié)論

1) 華北落葉松人工林在緯度36°30′～39°00′，海拔1 900 m～2 200 m之間，樹高可達(dá)17 m以上。海拔1 400 m以下，不適宜發(fā)展華北落葉松人工林。華北落葉松在適宜的環(huán)境中，坡向、坡位、坡度等不是其生長(zhǎng)的限制因子，生態(tài)位幅度較大。

2) 年降水量550 mm是華北落葉松人工林正常生長(zhǎng)的下限，適宜的年均溫為2 ℃～8 ℃，1月均溫為-14.0 ℃～-7.0 ℃.

[1] 劉紅霞.氣象因子對(duì)華北落葉松生長(zhǎng)量影響研究[D].河北：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[2] 荀守華,曹漢玉,吳德軍.日本落葉松生長(zhǎng)量與立地因子的相關(guān)分析[J].山東師大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1995,10(3)：264-266.

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[4] 李盼威，胡慶祿.華北落葉松速生豐產(chǎn)林培育技術(shù)[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社,2003.

[5] 張金屯，孟東平.蘆芽山華北落葉松林不同齡級(jí)立木的點(diǎn)格局分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2004,24(1)：35-40.

Adaptability ofLarixPrincipis-rupprechtiiMayr Plantation in Shanxi Province

Ma Jialin，Li Xinping ，He Yicai，Wang Jianyi，Guo Bin

(ShanxiAcademyofForestSciences,Taiyuan030012,China)

The adaptability ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation in Shanxi was analyzed through investigating its growth differences under different sites and meteorological factors with theLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation in Shanxi Province as study object. The results showed that it was the most suitable for the development ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation at the latitude of 36°30′～ 39°00′ and altitude of 1 900 m～2 200 m. it was not suitable for the development ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation below the altitude of 1 400 m. In suitable environment, slope direction, slope position and slope were not the limiting factors to the growth ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr, and the range of its ecological niche was relatively large. Annual precipitation of 550 mm was the lowest limit for the growth ofLarixprincipis-rupprechtiiMayr plantation,and the suitable conditions of its growth were annual average temperature at 2 ℃ ～ 8 ℃ and January mean temperature at -14.0 ℃～-7.0 ℃.

Larixprincipis-rupprechtiiMayr; Plantation; Adaptability; Shanxi province

2016-12-29

山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(20120311014-1)

馬佳琳(1988— )，男，山西太原人，2011年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，助理工程師。

S791.259

A

1007-726X(2017)02- 0011- 05