蘭州北山“三水”造林區(qū)檸條的生長適宜性

黃海霞，張玉珍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學林學院，730070，蘭州)

檸條(Caragana korshinskii)是黃土高原地區(qū)的主要旱生落葉灌木樹種，對環(huán)境具有廣泛的適應性和很強的抗逆性，對貧瘠的黃土具有良好的改土作用，是中國西北、華北、東北西部水土保持和固沙造林的重要樹種之一［1］。

蘭州北山屬黃土高原半干旱地區(qū)，地形比較復雜，水熱資源的再分配不均，使得不同立地條件下的微環(huán)境差異很大。水分是該區(qū)植被恢復和生長的主要影響因素。“三水”造林技術(shù)(收集雨水、覆膜保水、嚴重干旱期根部注水)是在無灌溉條件下探索的一套抗旱造林新技術(shù)［2］。實踐表明，“三水”造林可變無效降雨為有效降雨，增加土壤含水量，減少蒸發(fā)量，提高樹木的成活率。檸條是蘭州北山“三水”造林試驗的首選樹種，造林面積達1萬hm2，成活率超過85%，在水土保持中具有重要作用。選擇最適宜的立地環(huán)境栽植檸條，可使這一抗旱樹種更快覆蓋坡面，發(fā)揮水土保持作用，因此，開展檸條對不同立地條件的適生性研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。筆者對檸條生長和立地因子的關(guān)系進行探尋，找出主導影響因子，通過模糊最優(yōu)局勢決策法分析檸條適宜生長的立地條件類型，為生態(tài)環(huán)境建設中檸條林的營造提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及樣地調(diào)查

研究區(qū)為蘭州北山(徐家山)的“三水”造林試驗基地。屬北溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫8.9℃，絕對最高氣溫39.3℃，絕對最低氣溫23.1℃，≥10℃積溫3 242℃;年日照時間2 424.0 h;無霜期185～200 d;年均降水量320 mm左右，多集中在7、8、9月，占全年降水量的60%以上;年蒸發(fā)量1 468 mm;土壤類型主要為淡灰鈣土，次為黃綿土。該區(qū)為黃土梁峁溝壑地貌類型，地形破碎，水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱。

2011年6月進行了樣地調(diào)查，根據(jù)檸條的分布情況，將海拔分為3個梯度:Ⅰ級(1 609～1 658 m)、Ⅱ級(1 659～1 708 m)、Ⅲ級(1 709～1 758 m);坡度分為緩坡(6°～15°)、斜坡(16°～25°)、陡坡(26°～35°);坡向分為陽坡、半陽坡、陰坡、半陰坡;組成36種立地條件類型，樣地面積10 m×10 m，樣地概況見表1。用GPS進行樣地定位，測定海拔，用布魯萊斯測高器測定坡度，手持羅盤儀測坡向。株高為灌叢的最大高度，用測高標桿量測，基徑為距地面5cm處的直徑，用游標卡尺測定，冠幅為灌木叢南北方向與東西方向最大樹冠直徑的平均值，叢枝數(shù)以從地面起的一級分枝來計數(shù)。

1.2 生長指標與立地因子的關(guān)系分析

將樣地各生長指標的調(diào)查數(shù)據(jù)取平均值(表2)，用SPSS 13.0統(tǒng)計分析軟件做各生長指標與立地因子的相關(guān)分析和回歸分析。坡向(陰坡、半陰坡、半陽坡、陽坡)量化值分別取 1、2、3、4［3］。

1.3 生長適宜性的評定

采用模糊最優(yōu)局勢決策法［4］計算不同立地條件下檸條的適生值，根據(jù)適生值的大小進行適宜性評價，其中指標權(quán)重用均方差法［5］確定。

表1 樣地概況Tab.1 Survey of sample plots

式中:δi為適生值;wj為各評價指標權(quán)重;rij為效果測度值;i為立地條件序列;j為指標序列;n為指標個數(shù)，n=4。

式中:uij為指標實測值;umax為某一類指標實測值中的最大值。

表2 各樣地檸條生長指標調(diào)查統(tǒng)計表Tab.2 Survey of growth indicators of C.korshinkii in each sample plot

2 結(jié)果與分析

2.1 檸條生長指標與立地因子的相關(guān)性分析

在樣地調(diào)查的基礎上(表1和表2)，采用相關(guān)分析法對檸條各生長指標與立地因子之間的相互關(guān)系進行分析。由表3可以看出:株高與海拔和坡向均呈極顯著負相關(guān)，與坡度顯著負相關(guān);基徑與坡度顯著負相關(guān)，與坡向和海拔的負相關(guān)關(guān)系較小;叢枝數(shù)坡向呈極顯著負相關(guān)，與坡度和海拔的負相關(guān)性不顯著;冠幅與坡度、坡向均呈極顯著負相關(guān)，而與海拔的負相關(guān)性較小。隨著坡度和海拔的增加，檸條的生長受到不同程度的限制，綜合來看，坡度的限制作用更明顯，與緩坡相比，陡坡的檸條株高、基徑、叢枝數(shù)和冠幅分別下降了13.7%、9.3%、16.2%和11.5%。陰坡、半陰坡的檸條長勢較陽坡、半陽坡好，前者的株高、基徑、叢枝數(shù)和冠幅平均高出后者15.8%、7.8%、24.0%和10.8%。從相關(guān)系數(shù)可以看出，坡向?qū)帡l的生長影響最為明顯，其次為坡度，海拔最小。這可能是由于干旱是該區(qū)檸條生長的主要限制因素，不同坡向和坡度的土壤水分差別較大，表現(xiàn)為陰坡、半陰坡的緩坡和斜坡的水分條件相對較好，有利于檸條的生長;檸條主要分布區(qū)海拔范圍變化較小，對土壤水分和養(yǎng)分的再分配作用沒有明顯地表現(xiàn)出來。

表3 生長指標與立地因子相關(guān)性Tab.3 Correlation between growth indicator and site factors

2.2 檸條生長指標與立地因子的定量關(guān)系

采用逐步回歸分析得到各生長指標與立地因子的回歸模型(表4)，其中 X1、X2、X3分別表示海拔、坡度、坡向。4個回歸方程的相關(guān)系數(shù)檢驗均達顯著水平(P＜0.05)，表明檸條生長指標與相應立地因子的回歸關(guān)系是顯著的，可以通過測定立地因子，對檸條的生長效果進行預測。從回歸模型中可以看出，坡度是4個因變量共同的入選變量，表明坡度對各生長指標均有顯著影響，而坡向?qū)χ旮?、叢枝?shù)和冠幅的回歸系數(shù)的絕對值明顯大于(10倍左右)坡度。說明其對檸條株高生長及冠幅擴展的影響程度明顯大于坡度，坡度和坡向由于對土壤水分條件具有明顯的再分配作用，成為影響檸條生長的主導因子，通過測定坡度和坡向，就可以間接了解檸條的生長效果。

表4 生長指標與立地因子的回歸方程及顯著性檢驗Tab.4 Regression equation between growth indicators and site factors and significance test

2.3 檸條生長適宜性分析

2.3.1 各生長指標的權(quán)重 由于選定的各評價指標的重要性大小是不同的，需確定其權(quán)重。權(quán)重的大小反映了各生長指標在評價檸條生長適宜性中的重要性程度。采用最大離差法對生長指標的測定值進行標準化，然后用均方差法計算得到株高、基徑、叢枝數(shù)、冠幅的權(quán)重值分別為0.232、0.222、0.265、0.281，說明冠幅的大小最能反映檸條的生長適宜性，其次為叢枝數(shù)、株高，基徑的重要性程度最小。

2.3.2 不同立地條件下檸條的適生值 用適生值這一綜合衡量指標，可以集中株高、基徑、分枝數(shù)、冠幅等多個指標的信息，較好地反映林分的適生情況［4］。不同立地條件下檸條林的適生值見表5。適生值越大，林分越適生，適生值越小，林分越不適生;但確定適生與不適生的分界線是一個關(guān)鍵的問題。參照胡建忠等［4］的方法，通過繪制適生值的變化趨勢圖，按照“優(yōu)”比例較小，“良、中”比例大，“差”比例較小的原則，適當考慮到分界值的取整，確定出適生分界值。檸條各樣地適生值的變化曲線見圖1。

表5 不同立地條件下檸條適生值Tab.5 Adaptability value of C.korshinkii under different site conditions

2.3.3 不同立地條件下檸條的生長適宜性 分析表5和圖1得出，適生值在0.6、0.4、0.3處變化較明顯，適生值≥0.6的樣地數(shù)占全部樣地數(shù)的22.2%，0.4≤適生值 ＜0.6的樣地數(shù)占38.9%，0.3≤適生值＜0.4的樣地數(shù)占22.2%，適生值＜0.3的占16.7%，符合不同適宜性等級的分配比例原則，因此將其作為分界值點，把檸條的生長適宜性分為4個等級，確定為適生、較適生、一般和不適生4類。

圖1 檸條適生值分布曲線Fig.1 Distribution curve of adaptability value for growth of C.korshinkii

根據(jù)適應性評價的分類標準和各立地條件下的適生值，可以得出徐家山“三水”造林區(qū)范圍內(nèi)，檸條生長的適宜立地條件類型:海拔為1 609～1 658 m、坡度為6°～15°范圍內(nèi)的陰坡、半陰坡;較適宜立地條件類型為:海拔為1 659～1 708 m、坡度為6°～25°范圍內(nèi)的陰坡、半陰坡;適宜程度一般的立地條件類型為:海拔為1 659～1 708 m、坡度為16°～35°范圍內(nèi)的半陽坡;不適宜的立地條件類型為:海拔為1 709～1 758 m、坡度為26°～35°范圍內(nèi)的陽坡。

3 結(jié)論與討論

水分是干旱、半干旱地區(qū)植被恢復和生態(tài)環(huán)境建設的決定性因子。坡向是影響土壤水分變化的重要因素［6］。本研究發(fā)現(xiàn)，在陽坡、半陽坡檸條的株高、基徑、叢枝數(shù)和冠幅生長均好于陽坡。根據(jù)程積民等［7］的研究結(jié)果，我們調(diào)查的對象檸條林(林齡為10 a)處于中齡期，此時土壤中已出現(xiàn)干層，土壤水分成為主要的限制因子，由于陰坡、半陰坡土壤蒸發(fā)較弱，水分狀況好于陽坡、半陽坡，因此陰坡、半陰坡更適合檸條的生長。高俊芳［8］的研究也得出，在黃土丘陵區(qū)相同林齡下不同坡向人工檸條林各種生長指標陰坡優(yōu)于陽坡;但畢建琦等［9］研究發(fā)現(xiàn)，在黃土高原丘陵區(qū)，3年生檸條的株高、地上部分生物量均表現(xiàn)為陽坡、半陽坡高于陰坡、半陰坡，與本研究的結(jié)論不一致。這可能是因為研究對象的年齡和樣地不同，對水分的需求及實際的土壤水分狀況存在差異。

坡度與檸條株高、基徑和冠幅的生長呈顯著負相關(guān)關(guān)系，坡度＞25°時，檸條生長較差。坡度是通過影響立地的土壤條件，進而造成林木生長的狀況不同［10］，地表徑流和降水在土壤中的入滲速度與坡度成正比關(guān)系，坡度大的部位水分和養(yǎng)分容易流失。有學者認為，在相同降水量條件下，土壤水分與坡面坡度之間呈負相關(guān)關(guān)系［11］，坡度與土壤有機質(zhì)流失量呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系［12］。坡度大時，土壤排水能力強，養(yǎng)分保持能力差，檸條生長受到限制。

基于灰色理論的模糊最優(yōu)局勢決策法，可以綜合林木多個生長指標的信息，已被應用于樹種生態(tài)適宜性的評價中［4，13］。本研究表明，檸條最適生的立地類型為海拔1 609～1 658 m、坡度6°～15°的陰坡、半陰坡;較適宜立地類型為海拔1 659～1 708 m、坡度6°～25°的陰坡、半陰坡，這和檸條分布區(qū)土壤水分狀況的變化基本一致。

本研究中對檸條生長指標的調(diào)查不夠全面，在今后還應綜合株高和基徑的年生長量、地上生物量等指標的信息，并對較適宜立地條件類型下檸條的適宜造林密度開展研究，為今后檸條林的營造提供更為可靠的理論依據(jù)。

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