梁佳寧，劉洋，周曉東，錢騰

(1.北京市西山試驗(yàn)林場(chǎng)，北京 100093;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)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(qū)重要的造林樹種，是中國北方地區(qū)最主要的造林樹種之一，油松林是華北地區(qū)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(qū)，東至山東山地；在垂直分布上，油松分布的最高海拔可達(dá)2 700 m[2]。除在暖溫帶地區(qū)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(huì)效益和環(huán)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(jié)油，樹皮可提取栲膠，松節(jié)、針葉及花粉可入藥。油松根系發(fā)達(dá)，樹姿雄偉，枝葉繁茂，有良好的保持水土和美化環(huán)境的功能[4]。

油松在北京地區(qū)分布廣泛，特別是北京山區(qū)，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(qū)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(jì)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(shì)衰弱，生態(tài)功能不高，未能充分發(fā)揮其生態(tài)效益[7]。要想充分發(fā)揮油松人工林的生態(tài)效益，須經(jīng)過科學(xué)的經(jīng)營。立地因子是影響林木生長發(fā)育的重要因子，通過對(duì)北京市山區(qū)油松人工林資源分布進(jìn)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(duì)指導(dǎo)油松人工林營林實(shí)踐，提高林分質(zhì)量，發(fā)揮更大的生態(tài)和景觀效益，均具有重要意義。

1 研究區(qū)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(shì)西北高，東南低，平均海拔43.5 m，山區(qū)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(fēng)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(shí)數(shù)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(qū)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(xiàn)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(cè)柏、臭椿、山杏等。北京地區(qū)常見人工栽植的樹種主要有油松、側(cè)柏、落葉松、刺槐、楊、柳、國槐、黃櫨、元寶楓等。

2 研究方法

根據(jù)《2014年北京市森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查操作技術(shù)細(xì)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(gè)齡級(jí)，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(jù)對(duì)油松樹齡統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，本研究篩選平均林齡≤60年的小班共計(jì)4 451個(gè)小班，設(shè)≤20年為Ⅰ齡級(jí)，21～30年為Ⅱ齡級(jí)，31～40年為Ⅲ齡級(jí)，41～60年為Ⅳ齡級(jí)。在現(xiàn)有的對(duì)油松人工林立地因子研究的基礎(chǔ)上，通過分析北京市及其他地區(qū)森林立地環(huán)境因子的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，研究并分析地貌類型、海拔、坡向、坡度、土壤質(zhì)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(qū)油松人工林生長的立地主導(dǎo)因子。

表1 立地因子

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

3 數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)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(jìn)行的一些典型調(diào)查及研究，運(yùn)用Excel2016，SPSS23.0等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 油松人工林主導(dǎo)立地因子確定

根據(jù)對(duì)油松樹齡統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，進(jìn)行主成分分析，篩選出與油松人工林生產(chǎn)力密切相關(guān)的因子，構(gòu)建多元回歸模型，通過因子和系數(shù)來反映影響油松生長的主要立地因子。

在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析之前需要將立地因子數(shù)量化，根據(jù)各立地因子的分類標(biāo)準(zhǔn)，分別以1～6賦值(表2)。

表2 立地因子賦值表

結(jié)果如表3所示，前4個(gè)主成分的特征值大于1，其累計(jì)貢獻(xiàn)率為69.365%，說明前4個(gè)主成分可以代表絕大部分信息，因此可以選取前4個(gè)主成分。由表4可以看出，系數(shù)越大，其性狀指標(biāo)值就越大。在第一主成分中，系數(shù)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(shù)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(zhì)地。

通過定量分析，可以得出海拔、坡度、坡向、土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤厚度是影響油松山區(qū)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(guān)性分析

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

Ⅱ齡級(jí)油松人工林平均樹高與坡向、坡度等立地因子相關(guān)，在0.01顯著水平下，立地因子與土壤質(zhì)地明顯負(fù)相關(guān)，其Pearson系數(shù)為-0.136；在0.05顯著水平下，立地因子與坡向正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.086，相關(guān)性大小為：土壤質(zhì)地>坡向。

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

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

表5 立地因子與平均樹高相關(guān)性

4.3 立地因子與平均胸徑相關(guān)性分析

表6 立地因子與平均胸徑相關(guān)性

以油松人工林平均胸徑作為油松生長指標(biāo)，結(jié)果詳見表6。海拔、坡向、坡度等立地因子對(duì)Ⅰ齡級(jí)油松人工林平均胸徑有明顯的相關(guān)性，在0.01顯著水平下，對(duì)平均胸徑影響最大的是海拔，Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.228，其次是坡向，相關(guān)系數(shù)為0.127，與土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤厚度等立地因子相關(guān)性，相關(guān)性大小依次為：海拔>坡度>坡向。

Ⅱ齡級(jí)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(guān)，在0.01顯著水平下，土壤厚度與油松人工林平均胸徑相關(guān)性明顯，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.157，在0.05顯著水平下，坡向與平均胸徑具有相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.063，相關(guān)性大小為：土壤厚度>坡向。

Ⅲ齡級(jí)油松人工林其平均胸徑與海拔、坡向、坡度、土壤質(zhì)地等立地因子相關(guān)，在0.01顯著水平下，平均胸徑與海拔、坡度等立地因子負(fù)相關(guān)，相關(guān)性最高的為海拔因子，相關(guān)系數(shù)為-0.144。在0.05顯著水平下，與坡向正相關(guān)，Pearson系數(shù)為-0.080，與土壤質(zhì)地立地因子負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.073，相關(guān)性大小為：海拔>坡度>坡向>土壤質(zhì)地。

Ⅳ齡級(jí)油松人工林其平均胸徑與海拔、土壤厚度正相關(guān)，與土壤質(zhì)地負(fù)相關(guān)。在0.01顯著水平下，土壤厚度因子Pearson相關(guān)系數(shù)最高為0.333。在0.05顯著水平下，海拔因子的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.049，土壤質(zhì)地因子的Pearson相關(guān)性系數(shù)為-0.058，相關(guān)性大小為：土壤厚度>土壤質(zhì)地>海拔。

4.4 立地因子與平均蓄積量相關(guān)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(zhì)地等立地因子負(fù)相關(guān)，海拔因子的Pearson相關(guān)性指數(shù)大于土壤質(zhì)地因子，為-0.109，與坡向立地因子正相關(guān)，相關(guān)性指數(shù)為0.099。由此可見，影響Ⅰ齡級(jí)油松人工林平均蓄積量的主要立地因子相關(guān)性大小為：海拔>土壤質(zhì)地>坡向。

Ⅱ齡級(jí)油松人工林平均蓄積量與在0.01顯著水平下，與土壤質(zhì)地負(fù)相關(guān)，Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.222。在0.05顯著水平下，平均蓄積量與坡向因子正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.088，其相關(guān)性大小為：土壤質(zhì)地>坡向。

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

Ⅳ齡級(jí)油松人工林平均蓄積量與海拔、坡度、土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤厚度等立地因子相關(guān)，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(guān)，海拔因子的Pearson相關(guān)系數(shù)大于土壤厚度的相關(guān)性系數(shù)，為0.209，與土壤類型、土壤質(zhì)地等立地因子負(fù)相關(guān)，相關(guān)性較高的為土壤質(zhì)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(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.050，其相關(guān)性大小依次為：海拔>土壤厚度>土壤質(zhì)地>土壤類型>坡度。

表7 立地因子與平均蓄積量的相關(guān)性

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，立地因子對(duì)Ⅲ齡級(jí)、Ⅳ齡級(jí)各生長量受到立地因子的影響范圍最大，這與馮沛[8]對(duì)遼寧省朝陽市油松不同林齡階段生長與立地因子關(guān)系的研究中結(jié)果一致?？赡苁且?yàn)橛退稍诩s15 a后其生長因立地條件不同而產(chǎn)生的效應(yīng)會(huì)更加明顯[9]，姜國斌[10]研究發(fā)現(xiàn)，油松的生長高峰期為20 a，在高峰期之后，對(duì)立地條件的反映最明顯。

從分析結(jié)果來看，對(duì)Ⅰ齡級(jí)和Ⅲ齡級(jí)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(duì)Ⅱ齡級(jí)油松人工林各生長量均有影響的立地因子是坡向，對(duì)Ⅳ齡級(jí)油松人工林各生長量均有影響的立地因子是海拔、土壤質(zhì)地和土壤厚度。由此可見，海拔對(duì)各齡級(jí)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(yīng)發(fā)生變化，影響植物生長進(jìn)而影響油松人工林生產(chǎn)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(jìn)而影響熱量分布，從而影響油松人工林生產(chǎn)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(duì)油松人工林Ⅲ、Ⅳ齡級(jí)的生長情況影響較大，對(duì)Ⅰ、Ⅱ齡級(jí)油松人工林影響較小。這可能是由于林齡較低時(shí)，土壤質(zhì)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(jī)質(zhì)含量有關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量越高，林木長勢(shì)越好，生產(chǎn)力越高。但如果超過一定范圍，某些生態(tài)因子會(huì)變異，反而又會(huì)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(zhì)地、土壤類型、土壤厚度、枯落葉厚度等7個(gè)立地因子，篩選出的主導(dǎo)立地因子比較具有代表性。李仁平[11]對(duì)遼東地區(qū)油松建筑林立地類型及立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究中，篩選出了坡位、坡度、海拔、土層厚度等主導(dǎo)因子；汪笑安[13]通過對(duì)旺業(yè)甸試驗(yàn)林場(chǎng)立地類型的研究中，篩選出了海拔、坡度、土壤類型等主導(dǎo)因子。任本研究未將坡位納入主要影響因子,主要是因?yàn)槠挛恢饕P(guān)系到土壤養(yǎng)分和水分，而本研究已篩選了三個(gè)土壤因子。枯落葉厚度因子主要通過分解成有機(jī)質(zhì)從而影響植物生長，其與油松人工林生長相關(guān)性不大，可能是由于油松針葉分解速率較慢造成的。

對(duì)北京山區(qū)油松人工林Ⅰ齡級(jí)影響較小的立地因子主要是海拔和坡向因子，馮沛[8]對(duì)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(guān)系研究中表明，在樹齡較小時(shí)，其影響因子主要有土壤質(zhì)地、土壤厚度和坡位，造成這種情況的原因可能是北京山區(qū)立地條件普遍較差，Ⅰ齡級(jí)油松人工林分布集中，土壤類型、土壤質(zhì)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(jìn)行動(dòng)態(tài)變化的，在今后實(shí)踐應(yīng)用中，針對(duì)其中某一具體造林地時(shí)，還應(yīng)收集更多的數(shù)據(jù)信息，對(duì)立地因子進(jìn)一步豐富優(yōu)化，細(xì)化研究工作。

6 結(jié)論

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

影響Ⅰ齡級(jí)油松人工林平均樹高的立地因子及相關(guān)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(guān)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(guān)性大小為：海拔>土壤質(zhì)地>坡向。

影響Ⅱ齡級(jí)油松人工林平均樹高的立地因子及相關(guān)性大小為：土壤質(zhì)地>坡向；影響平均胸徑的立地因子及相關(guān)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(guān)性大小為：土壤質(zhì)地>坡向。

影響Ⅲ齡級(jí)油松人工林平均樹高的立地因子及相關(guān)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(guān)性大小為：海拔>坡度>坡向>土壤質(zhì)地；影響平均蓄積量的立地因子主要及相關(guān)性大小為：土壤厚度>土壤質(zhì)地>土壤類型>海拔>坡向。

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