气象因子对杉木人工林胸径生长的影响

王广胜

(湖北生态工程职业技术学院，武汉 430200)



气象因子对杉木人工林胸径生长的影响

王广胜

(湖北生态工程职业技术学院，武汉 430200)

杉木(CunninghamialanceolataHook)是我国一种重要的造林、用材树种之一，栽种历史悠久、分布区域广阔[1]。为了更好地寻找各类因子对杉木人工林生长发育起到的主次作用，以求指导这类经济林更好地为国家建设服务，中国科学院会同森林生态实验站试验林场建立了一批杉木人工林综合观测场，通过长时间的气象、水分、土壤、生物监测，力图寻找各方面的相互关系和作用。通过长时间的原始数据观测和积累，发现气候是林木生长发育进行正常新陈代谢的主要影响因子之一，以气象因子变化对杉木人工林胸径生长的影响为例，进行探讨。

气象因子；杉木人工林；胸径生长

1 研究方法

研究地点位于中国科学院会同森林生态实验站试验林场(109°36′E，26°51′N)，海拔200～500 m，低山丘陵地貌，土壤为红黄壤，气候属于亚热带湿润气候，具有四季分明、气候温和、雨量充沛、高湿多雾等特点[2]。根据1998—2015年实验站气象统计资料，年平均气温在15.4 ℃～16.8 ℃，最冷月(1月)平均气温-3 ℃～8.9 ℃，极端最低温度-5 ℃，最热月(7月)平均气温25.9 ℃～27.7 ℃，极端最高温度38.5 ℃；年降雨量766.6～1 502 mm，相对湿度74.1%以上；年平均风速1.41～1.73 m/s。这片区域气候条件最适于杉木生长，为杉木生长核心产区。

研究对象为1983年营造的杉木纯林。经过30多年的自然生长和演替，由最初的纯林演变成以杜茎山(Maesajaponica)、毛柞木(Xylosmaracemosum)、乌桕(Sapiumsebiferum)、构树(Broussonetiapapyrifera)、格药柃(Euryamuricata)、千年桐(Verniciamontana)等为伴生种的生态系统。在一块杉木纯林进行长期监测调查，样地面积2 000 m2，共设置了25块固定样方。样地内树木按克拉夫特分级法进行每木调查，统计每年的年平均胸径值(Y)。气象资料来自于会同站长期气象监测数据，共7个项目，包括年平均降雨量(X1)、年平均气温(X2)、年极高气温(X3)、年极低气温(X4)、年平均相对湿度(X5)、年平均风速(X6)、年平均日照量(X7)，相关数据见表1。

2 结果与分析

2.1 相关分析

利用SPSS19.0统计软件相关分析模块对表1中的数据进行相关分析[3]，得到杉木年平均胸径与气象因子的相关系数矩阵，见表2。

表1 会同站林场杉木人工林综合观测场永久样地年平均胸径与气象资料Tab.1 Annual average DBH and meteorological data of permanent comprehensive observation fields of Cunninghamia lanceolata Hook

表2 杉木年平均胸径与气候各因子的相关系数矩阵Tab.2 Correlation coefficient matrix of average annual DBH and climate factors of Cunninghamia lanceolata Hook

*. 在 0.05 级别(双尾)，相关性显著。

**. 在 0.01 级别(双尾)，相关性显著。

由表2数据分析结果可得：气象因子中的年平均降雨量(X1)、年平均湿度(X5)、年平均风速(X6)是影响杉木人工林生物量的主要因素，其相关系数分别是0.656、0.758和-0.819，显著水平分别为0.028、0.007、0.002，都十分显著。年平均降雨量和年均湿度和生长量(Y)呈正相关性，即年平均降雨量和年均湿度越大，杉木生长量越高，年平均降雨量和年均湿度越小，生长量越低；年均风速和生长量呈负相关性，即年均风速越大杉木生长量越低，年均风速越小杉木生长量越高。年平均气温、年极高气温、年极低气温、年日照量对杉木生物生长量影响不突出，相关性不显著。从各气象因子之间相关性来看，年平均湿度和年平均风速负相关性最大，相关系数为-0.744，显著性系数为0.009。由此，可以推出：平均风速直接影响了年平均湿度的大小，进而间接作用于杉木的生长量；年极低气温与年平均风速成正相关，相关系数是0.631，显著水平为0.037；年极高气温与年日照量成正相关，相关系数是0.649，显著水平为0.031。

2.2 主成分分析

应用SPSS19.0统计进行主成分分析，选取关联度大的7个气候因子中的公共成分组成一个新的综合因子，并对这个综合因子进行合理分析，其结果见表3、表4、图1。

表3 主成分特征值、贡献率、累积贡献率Tab.3 Eigenvalue, contribution rate and cumulative contribution rate of principal component

提取方法：主成分分析法。

表4 旋转后的成分矩阵Tab.4 Composition matrix after the rotation

提取方法：主成分分析法。

旋转方法：凯撒正态化最大方差法。

a. 旋转在 7 次迭代后已收敛。

其中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分别代表了年平均降雨量、年平均气温、年极高气温、年极低气温、年平均相对湿度、年平均风速、年平均日照量。

图1 旋转后的空间中组建Fig.1 Formation of the space after the rotation

从主成分旋转后的成分矩阵可以看出，第一组成分里，年平均降雨量和年相对湿度的高低呈负相关性，直接影响年平均风速、年极低气温、年平均日照量。第二组成分里，年极高气温和和日照量载荷大，相关性程度高。气温在第三组成分上的载荷较大。

通过分析可得，第一主成分为水分，它是影响杉木人工林生物量生长的主要因子，贡献率为34.766%。第二主成分晴天，天气晴朗，日照时间积累量增长，温度上升，有利于杉木进行光合作用，促进生物量增长，贡献率为26.257%。第三主成分温度，适当温度可提高杉木细胞酶活性，有利于生物量增加，贡献率为21.182%。这3个主要成分累积贡献率达到82.206%，可以完全代表这7个气象因子特性。

2.3 回归分析

应用SPSS19.0统计软件对全部因子进行回归分析，回归结果见表5、表6。

表5 回归方程的方差分解及检验结果Tab.5 Variance decomposition of regression equation and test results

a. 因变量：Y

b. 预测变量：(常量)，X7，X4，X2，X1，X3，X5，X6

表6 回归方程系数Tab.6 Regression equation coefficients

a. 因变量：Y

其中Y、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分别代表了杉木年平均胸径、年平均降雨量、年平均气温、年极高气温、年极低气温、年平均相对湿度、年平均风速、年平均日照量。

从表5可知，因变量和被预测变量的线性关系是显著的，显著系数为0.012，可建立线性方程。因此，杉木连年平均胸径值与气候因子之间的回归方程为：Y=-1.372+0.005X1+0.92X2-0.625X3-0.529X4+0.29X5+2.628X6+0.057X7。

3 结论

第一，通过对会同站杉木人工林胸径年平均值与气候因子相关分析，表明不同年份的各气象因子对杉木的胸径影响是错综复杂的。各气象因子对胸径影响的大小顺序为：年平均风速>年平均相对湿度>年平均降雨量>年极低气温>年平均日照量>年极高气温>年平均气温，其中年平均风速、年平均相对湿度、年平均降雨量是对胸径影响最大的主要气象因子。

第二，从主成分分析来看，影响杉木胸径生长的关键因子是水分，其次是较高的温度及日照量，这也比较好地解释了杉木栽培区域为什么集中在整个亚热带。也就是说，杉木需要在雨水充足、气候温暖、湿度大、风力弱、光照时间长的环境下，才可以快速生长。

第三，通过建立会同站试验林场杉木人工林胸径生长与气象因子之间的回归模型，能够合理解释和预测杉木胸径的生长情况，可以有效服务于该区域杉木人工林的经营和调控。

[1] 肖复明，汪思龙，杜天真，等.湖南会同林区杉木人工林呼吸量测定[J].生态学报，2005，(25)：2514-2519.

[2] 汪思龙，黄志群，王清奎，等.凋落物的树种多样性与杉木人工林土壤生态功能[J].生态学报，2005，(25)：474-480.

[3] 章文波，陈红艳.实用数学统计分析及Spss12.0应用[M].北京：人民邮电出版社，2006.

Effects of meteorological factors on DBH growth ofCunninghamialanceolataHook

WANG Guang-sheng

(Hubei Ecology Vocational College, Wuhan 430200, China)

CunninghamialanceolataHook is one of the important afforestation and timber species in China. It has a long history and wide distribution area[1]. In order to better find all kinds of factors on the growth and development ofCunninghamialanceolataHook, Chinese Academy of Sciences has built a group of comprehensive observation fields in conjunction with the forest ecological experimental station, and tried to find all aspects of the relationship and role through long-time weather, water, soil and biology monitoring. Through the observation and accumulation of raw data for a long time, it is found that climate is one of the main influencing factors of normal metabolism of tree growth and development. The influence of meteorological factors on DBH growth ofCunninghamialanceolataHook is taken as an example.

Meteorological factors;CunninghamialanceolataHook; DBH growth

2016-12-28

王广胜(1970-)，男，硕士研究生，讲师。

S791.27

A

1674-8646(2017)04-0185-04