福建南方紅豆杉林生境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

羅 寧 歐建德 吳志莊

(1. 國(guó)家林業(yè)局竹子研究開(kāi)發(fā)中心浙江省竹子高效加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；2. 明溪縣林業(yè)局，福建 三明 365200；3. 明溪國(guó)有林場(chǎng)，福建 三明 365200)

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福建南方紅豆杉林生境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

羅 寧1歐建德2吳志莊3

(1. 國(guó)家林業(yè)局竹子研究開(kāi)發(fā)中心浙江省竹子高效加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；2. 明溪縣林業(yè)局，福建 三明 365200；3. 明溪國(guó)有林場(chǎng)，福建 三明 365200)

選取福建省明溪縣南方紅豆杉117塊標(biāo)準(zhǔn)地，以優(yōu)勢(shì)木平均高為因變量，以腐殖質(zhì)層厚度、冠層郁閉度、土層厚度、海拔、冠層樹(shù)種組成、坡位、坡向、坡形8個(gè)因子為自變量，基于數(shù)量化理論法確定并劃分生境質(zhì)量等級(jí)。結(jié)果表明：采用以上因子構(gòu)建南方紅豆杉生境質(zhì)量模型評(píng)價(jià)效果良好，項(xiàng)目得分值的極差為6.697，表明模型中的生境因子明顯影響南方紅豆杉生長(zhǎng)；影響生境質(zhì)量的因子重要性依次為腐殖質(zhì)層厚度 > 冠層郁閉度 > 土層厚度 > 海拔 > 冠層樹(shù)種組成 >坡位 > 坡向。將生境質(zhì)量劃分為3個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)不同的南方紅豆杉培育目標(biāo)給出相應(yīng)經(jīng)營(yíng)措施與建議。

南方紅豆杉；生境質(zhì)量；培育；經(jīng)營(yíng)；評(píng)價(jià)

南方紅豆杉 (Taxuswallichianavar.mairei) 作為我國(guó)重要的藥用、材用和觀賞樹(shù)種[1-2]，其干形通直、木材紋理致密、削面光滑，是高級(jí)建筑、家具等的上等用材，也是我國(guó)亞熱帶中東部地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展珍貴用材樹(shù)種之一。南方紅豆杉林下更新培育模式基于其幼齡期偏陰的生物學(xué)特性，以其能促進(jìn)生長(zhǎng)、縮短培育周期的特點(diǎn)，已成為資源培育重要模式[3-7]。植物生長(zhǎng)離不開(kāi)一定的生長(zhǎng)環(huán)境，環(huán)境影響植株生長(zhǎng)，生境質(zhì)量一般用來(lái)描述一定區(qū)域地段生境的好壞[8]，是其宜林性或?qū)ζ錆撛谏a(chǎn)力進(jìn)行判斷和預(yù)測(cè)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也是衡量林下更新培育適宜程度和利用價(jià)值的重要指標(biāo)，因此其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到森林培育的成效[9]。生境質(zhì)量評(píng)價(jià)為科學(xué)營(yíng)林、育林等森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)提供決策依據(jù)，是經(jīng)營(yíng)管理決策支持系統(tǒng)的重要組成因素[10-13]。生境質(zhì)量是很多環(huán)境因子的總和，可根據(jù)一定時(shí)期內(nèi)林地生產(chǎn)林木的最高產(chǎn)量來(lái)測(cè)算[8]，人們常用優(yōu)勢(shì)木高度來(lái)間接評(píng)價(jià)[8,13-18]。林下生境質(zhì)量受到許多因子影響，包括土壤、地形與林冠層結(jié)構(gòu)等，找出其主要影響因子并定量化處理是關(guān)鍵。數(shù)量化理論以其計(jì)算最精確等特點(diǎn)，常用于森林立地與生境質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究[14-18]。為此本研究通過(guò)測(cè)定優(yōu)勢(shì)木平均高，嘗試采用數(shù)量化分析方法評(píng)價(jià)生境因子，找出主導(dǎo)因子并定量化，編制生境質(zhì)量等級(jí)表，從而構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而為南方紅豆杉培育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)選在具有 “中國(guó)紅豆杉之鄉(xiāng)” 之稱的福建省明溪縣，位于福建省西北部，地處北緯26°08′～26°39′、東經(jīng)117°04′～118°47′，屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。該區(qū)年平均氣溫18.1 ℃，年平均降水量1 786 mm，全年降水5—6月最多，全年平均蒸發(fā)量1 364 mm，年平均日照時(shí)間1 750.7 h，無(wú)霜期283 d，年平均相對(duì)濕度81%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用臨時(shí)樣地 (方形20 m × 20 m) 采集數(shù)據(jù)，共計(jì)調(diào)查117個(gè)樣地。以樹(shù)高最高法優(yōu)勢(shì)木選擇標(biāo)準(zhǔn)與方法[19]，每個(gè)樣地選擇6株南方紅豆杉優(yōu)勢(shì)木，計(jì)算優(yōu)勢(shì)木平均高。通過(guò)查閱造林技術(shù)檔案確定各樣地南方紅豆杉年齡，測(cè)量各樣地的坡向、腐殖質(zhì)厚度、土層厚度、海拔、冠層郁閉度，調(diào)查坡位、坡形、冠層樹(shù)種組成[16]。依據(jù)數(shù)量化理論要求，考慮到本研究情況設(shè)定項(xiàng)目數(shù)8個(gè)，共計(jì)22個(gè)類目，具體見(jiàn)表1。

表1 生境因子項(xiàng)目劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 研究方法

1.3.1 因子項(xiàng)目和類目的選擇

本研究針對(duì)南方紅豆杉的生長(zhǎng)特性，參照前人研究成果[4,9,14-18,20-22]，選擇以下因子項(xiàng)目：冠層因素：選擇林冠層郁閉度與冠層樹(shù)種組成；土壤因子：選擇土層厚度與腐殖質(zhì)厚度；地形地貌因素：選擇海拔、坡形、坡位、坡向。

1.3.2 數(shù)量化模型的建立

參照前人的研究成果[14-15]，本研究數(shù)量化理論模型為：

式中：yi為因變量，是第i塊標(biāo)準(zhǔn)地的優(yōu)勢(shì)木平均高；bjk為j項(xiàng)目k類目的得分值；b為林分年齡的得分值；A為林分年齡；εi為隨機(jī)誤差；δ(j,k)為類目反應(yīng)值，當(dāng)?shù)趇個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地中，j項(xiàng)目的定性數(shù)據(jù)為k類目時(shí)的反映時(shí)取值為1，否則為0；其中：i=1，2，…，n；標(biāo)準(zhǔn)地號(hào)j=1，2，…，m；項(xiàng)目數(shù)k=1，2，…，n。

1.3.3 數(shù)量化得分表的建立

根據(jù)生境因子類目表，構(gòu)建南方紅豆杉林分優(yōu)勢(shì)木平均高數(shù)量化反映表，利用數(shù)量化分析方法，建立林分優(yōu)勢(shì)木平均高與生境因子的回歸方程[14-15]。采用SPSS 21進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與檢驗(yàn)，分別計(jì)算出各項(xiàng)目得分值、偏相關(guān)系數(shù)、T檢驗(yàn)值及模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)，并進(jìn)行復(fù)相關(guān)系數(shù)與偏相關(guān)系數(shù)的F檢驗(yàn)與t檢驗(yàn)[5,14-16,18]。為簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)，剔除偏相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn)不顯著的項(xiàng)目，重新計(jì)算，直到所有項(xiàng)目偏相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn)顯著為止[5,14,18]。

1.3.4 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定

鑒于生境因子得分表滿足要求，選取腐殖質(zhì)層厚度、冠層郁閉度、土層厚度、海拔、冠層樹(shù)種組成、坡位、坡向、坡形等8個(gè)主導(dǎo)因子對(duì)生境適宜性進(jìn)行評(píng)估，建立了適宜、較適宜和不適宜等3個(gè)質(zhì)量等級(jí)[23]。通過(guò)求算各項(xiàng)目類目得分值極差[5,14,18]并三等分，將生境質(zhì)量從高到低劃分為三等級(jí)，即Ⅰ級(jí) (適宜)、Ⅱ級(jí) (較適宜)、Ⅲ級(jí) (不適宜)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生境質(zhì)量因子量化評(píng)定與檢驗(yàn)

各生境質(zhì)量因子得分值及其檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 生境質(zhì)量因子量化評(píng)定結(jié)果

由表2可知，影響南方紅豆杉優(yōu)勢(shì)木平均高的主要因子有坡向、坡位、土層厚度、海拔高度、腐殖質(zhì)層厚度、冠層郁閉度、冠層樹(shù)種組成等7個(gè)因子。鑒于坡形項(xiàng)目偏相關(guān)系數(shù)和T檢驗(yàn)不顯著，剔除了坡形項(xiàng)目后重新計(jì)算南方紅豆杉優(yōu)勢(shì)木平均高及各因子的回歸方程為：

y1=8.340lgA-0.508x11-0.010x12-0.887x21-0.673x22-1.370x31-0.329x32+0.9735x41+1.620x42+0.574x51+1.318x52+2.018x53+0.560x62-0.497x63-0.784x71

式中：y1為南方紅豆杉優(yōu)勢(shì)木平均高；A為年齡；x11為陽(yáng)坡，x12為半陰陽(yáng)坡，x13為陰坡；x21為山頂、坡上部，x22為山坡中部，x23為山谷、坡下部；x31為土層薄 (≤ 40 cm)，x32為土層厚度中等 (40～80 cm)，x33為土層厚 (≥ 80 cm)；x41為海拔≥ 800 m，x42為海拔< 800 m；x51為腐殖質(zhì)層薄 (≤ 10 cm)，x52為腐殖質(zhì)層中等 (10～20 cm)，x53為腐殖質(zhì)層厚 (≥ 20 cm)；x61為冠層郁閉度≤ 0.3，x62為冠層郁閉度0.3～0.7，x63為冠層郁閉度≥ 0.7；x71為冠層樹(shù)種組成以針葉樹(shù)為主，x72為冠層樹(shù)種組成以闊葉樹(shù)為主。

模型運(yùn)行結(jié)果與各類目得分值和項(xiàng)目得分范圍、貢獻(xiàn)比例見(jiàn)表3。

表3 生境質(zhì)量因子權(quán)重優(yōu)化評(píng)定結(jié)果

由表3可知，南方紅豆杉優(yōu)勢(shì)木平均高模型中偏相關(guān)系數(shù)采用T檢驗(yàn)，結(jié)果均為極顯著，復(fù)相關(guān)系數(shù)為R=0.940；采用F檢驗(yàn)，F(xiàn)=83.751 >F0.01(5,46)=2.81，檢驗(yàn)結(jié)果為極顯著。篩選出的坡向、坡位、土層厚度、海拔高度、腐殖質(zhì)層厚度、冠層郁閉度、冠層樹(shù)種組成等7個(gè)生境因子與南方紅豆優(yōu)勢(shì)木平均高之間具有極顯著相關(guān)關(guān)系。

2.2 生境因子綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)偏相關(guān)系數(shù)大小得出各項(xiàng)目影響生境質(zhì)量的重要性[5,14-16,18]，依次為：腐殖質(zhì)層厚度 > 冠層郁閉度 > 土層厚度 > 海拔 > 冠層樹(shù)種組成 > 坡位 >坡向。表3結(jié)果顯示，項(xiàng)目得分值的極差為6.697，表明以上生境因子明顯影響著南方紅豆杉生長(zhǎng)。從單個(gè)項(xiàng)目在模型中的貢獻(xiàn)比例 (表3) 可知，腐殖質(zhì)層厚度的貢獻(xiàn)率最大為21.56%，其次為土層厚度為20.46%，冠層郁閉度排名第三為15.78%，第四為坡位為13.24%，冠層樹(shù)種組成排名第五為11.71%，海拔高度與坡向的貢獻(xiàn)率分別為9.66%、7.59%，表明南方紅豆杉生境質(zhì)量控制項(xiàng)目?jī)?yōu)先順序?yàn)楦迟|(zhì)層厚度 > 土層厚度 > 冠層郁閉度 > 坡位 > 冠層樹(shù)種組成 > 海拔 > 坡向。從土壤因素、地形地貌因素、冠層結(jié)構(gòu)因素的貢獻(xiàn)百分比 (表3) 可知，土壤因素的貢獻(xiàn)率最高達(dá)42.02% (有土層厚度、腐殖質(zhì)層厚度2個(gè)因子)，其次為地形地貌因素 (含坡向、坡位、海拔3個(gè)因子) 達(dá)30.50%，冠層結(jié)構(gòu)因素 (含冠層郁閉度、樹(shù)種組成2個(gè)因子) 的貢獻(xiàn)率為27.49%。鑒于以上因素可以通過(guò)人為調(diào)控措施、選擇改變的現(xiàn)實(shí)，林下生境質(zhì)量控制優(yōu)先順序?yàn)橥寥酪蛩?> 地形地貌因素 > 冠層結(jié)構(gòu)因素。

2.3 生境質(zhì)量等級(jí)劃分

南方紅豆杉林生境質(zhì)量劃分及等級(jí)見(jiàn)表4。

表4 生境質(zhì)量劃分及等級(jí)

由表4可知，生境類型類目得分極大值和為4.198，得分極小值和為-2.499，極差為6.697；經(jīng)計(jì)算，生境的因子得分值范圍介于4.198～1.966，確定為 Ⅰ 級(jí) (適宜)；得分值范圍介于1.966～-0.267，確定為Ⅱ級(jí) (較適宜)；得分值范圍介于-0.267～-2.499，確定為Ⅲ級(jí) (不適宜)。按照本數(shù)量化模型計(jì)算預(yù)測(cè)3個(gè)等級(jí)生境質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)木平均高顯示，30年基準(zhǔn)年齡南方紅豆杉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)林下生境質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)木平均高分別為14.3～16.5、12.1～14.3、9.8～12.1 m，相鄰等級(jí)優(yōu)勢(shì)木平均高> 2 m，進(jìn)一步說(shuō)明該等級(jí)劃分合理。

3 結(jié)論與討論

科學(xué)評(píng)價(jià)南方紅豆杉的生產(chǎn)潛力，評(píng)定生境質(zhì)量等級(jí)，是森林經(jīng)營(yíng)基礎(chǔ)性工作。本研究選取腐殖質(zhì)層厚度、冠層郁閉度、土層厚度、海拔、冠層樹(shù)種組成、坡位、坡向、坡形等8個(gè)生境因子作為項(xiàng)目，運(yùn)用數(shù)量化理論方法，構(gòu)建了福建省南方紅豆杉林生境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。檢驗(yàn)結(jié)果表明，該模型達(dá)到精度要求，可以指導(dǎo)南方紅豆杉林培育的科學(xué)經(jīng)營(yíng)，充分發(fā)揮林地生產(chǎn)力的潛力，提高造林和經(jīng)營(yíng)水平。結(jié)果表明，腐殖質(zhì)層厚度、冠層郁閉度、土層厚度、海拔、冠層樹(shù)種組成、坡位、坡向等7個(gè)因子顯著性影響南方紅豆杉生境質(zhì)量，重要性依次為腐殖質(zhì)層厚度 > 冠層郁閉度 > 土層厚度 > 海拔 > 冠層樹(shù)種組成 > 坡位 > 坡向。南方紅豆杉林下更新培育最適生境為土層與腐殖質(zhì)層深厚、半陰陽(yáng)坡和山谷、坡下部以及冠層郁閉度0.3～0.7且樹(shù)種組成以闊葉樹(shù)為主，這與前人研究結(jié)論一致[4,9,22]。

研究結(jié)論認(rèn)為，腐殖質(zhì)層厚度、冠層郁閉度、土層厚度、海拔高度、冠層樹(shù)種組成、坡位、坡向等是生境質(zhì)量主導(dǎo)因子，驗(yàn)證了前人的研究結(jié)論[4-5,9-10,12-18,20-24]。冠層郁閉度0.3～0.7利于林下南方紅豆杉生長(zhǎng)，驗(yàn)證前人保持合理的冠層郁閉度是林下更新培育關(guān)鍵結(jié)論[4,9,22]。冠層樹(shù)種影響林下南方紅豆杉生長(zhǎng)，這與前人對(duì)林下套種閩楠(Phoebebournei)、南方紅豆杉的結(jié)論一致[4,24-26]。土層厚度、腐殖質(zhì)層厚度等土壤因子對(duì)南方紅豆杉生長(zhǎng)有顯著性影響，表現(xiàn)為土層與腐殖質(zhì)層深厚 > 中等 > 薄，這與南方紅豆杉生長(zhǎng)喜肥的生物學(xué)特性有關(guān)。坡向、坡位、海拔等地形地貌因子對(duì)南方紅豆杉生長(zhǎng)有顯著性影響，表現(xiàn)為半陰陽(yáng) > 陰坡 > 陽(yáng)坡，山谷、坡下部 > 山坡中部 > 山頂、坡上部，< 800 m海拔優(yōu)于≥ 800 m海拔，原因可能是半陰陽(yáng)坡能夠滿足其幼齡喜蔭、隨著年齡增長(zhǎng)需光量逐漸增強(qiáng)的生物學(xué)特性；土壤濕度較大的中山谷、坡下部滿足其生長(zhǎng)喜濕的生境；生長(zhǎng)在< 800 m海拔的低山、丘陵地貌南方紅豆杉的生長(zhǎng)期較長(zhǎng)。冠層郁閉度、冠層樹(shù)種組成等冠層結(jié)構(gòu)因子對(duì)南方紅豆杉生長(zhǎng)有顯著性影響，表現(xiàn)為 (0.3～0.7冠層郁閉度)>(冠層郁閉度≤ 0.3)>(冠層郁閉度≥ 0.7)，闊葉樹(shù)為主 > 針葉樹(shù)為主。

南方紅豆杉林培育過(guò)程中，可綜合生境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型與質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，做好生境質(zhì)量控制與培育目標(biāo)規(guī)劃。建議如下：1) 南方紅豆杉大、中徑材培育目標(biāo)，宜選擇Ⅰ級(jí) (適宜) 生境質(zhì)量，初植密度1 500～2 400株/hm2，主伐年齡30～50 a，期間撫育間伐2～3次，保留主伐密度600～1 200株/hm2，期間適時(shí)調(diào)控冠層結(jié)構(gòu)、施肥、修枝、修杈等措施集約經(jīng)營(yíng)；2) 中、小徑材培育目標(biāo)，宜選擇Ⅱ級(jí) (較適宜) 以上生境質(zhì)量，初植密度2 400～3 000株/hm2，主伐年齡20～30 a，適時(shí)調(diào)控冠層結(jié)構(gòu)；3) Ⅲ級(jí) (不適宜) 生境質(zhì)量不宜發(fā)展用材林，鑒于南方紅豆杉的藥用、材用和觀賞利用多用途樹(shù)種[1-2]，其經(jīng)營(yíng)目標(biāo)可確定為景觀林、綠化樹(shù)及生物質(zhì)利用培育。

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(責(zé)任編輯 曹 龍)

Evaluation of Habitat Quality forTaxuswallichianavar.maireiin Fujian Province

Luo Ning1, Ou Jiande2, Wu Zhizhuang3

(1. National Bamboo Research Center of State Forestry Administration, Key Laboratory of High Efficent Processing of Bamboo in Zhejiang Province, Hangzhou Zhejiang 310012, China; 2. Forestry Bureau of Mingxi County, Sanming Fujian 365200, China;3. State-owned Forest Farm of Mingxi County, Sanming Fujian 365200, China)

To scientifically evaluate the habitat quality grade for theTaxuswallichianavar.mairei, the average dominant tree heights ofT.wallichianavar.maireias the dependent variable, and the 8 factors including humus depth, canopy closure, soil thickness, altitude, canopy species composition, slope position, slope aspect and slope shape as the independent variables, we determined and divided the under-forest habitat quality grade based on the quantification theory with 117 sample plots ofT.wallichianavar.maireiin Mingxi County of Fujian Province. The results showed that the habitat quality model forT.chinensisvar.maireihas good effect by building with these factors, andthe range of project score was 6.697, which showed that those habitat factors significantly influenced the growth ofT.wallichianavar.mairei.The importance order of those factors affecting the habitat quality ofT.wallichianavar.maireiwas humus depth ﹥ canopy closure ﹥ soil thickness ﹥ altitude ﹥ canopy species composition ﹥ slope position ﹥ slope aspect. The habitat quality forTaxuswallichianavar.maireiwere divided into 3 categories, and put forward the corresponding management measures according to various cultivation objectives.

Taxuswallichianavar.mairei, habitat quality, cultivation, management, evaluation

10. 11929/j. issn. 2095-1914. 2016. 06. 009

2016-04-24

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資金項(xiàng)目 《觀賞型南方紅豆杉培育技術(shù)推廣與示范》 (閩[2015]TG05號(hào)) 資助。

歐建德 (1970—)，男，正高級(jí)工程師。研究方向：林木育種、資源培育、森林經(jīng)營(yíng)及保護(hù)。Email: smmxojd@163.com。

S718.51

A

2095-1914(2016)06-0052-06

第1作者：羅寧 (1966—)，男，林業(yè)高級(jí)工程師。研究方向：資源培育及森林經(jīng)營(yíng)。Email: mxln@126.com。