立地因子对不同龄级油松人工林生长的影响

梁佳宁，刘洋，周晓东，钱腾

(1.北京市西山试验林场，北京 100093;2.中国林业科学研究院林业科技信息研究所，北京 100091)

油松(Pinustabuliformis)是我国暖温带湿润半湿润气候区重要的造林树种，是中国北方地区最主要的造林树种之一，油松林是华北地区有代表性的针叶林类型之一[1]。油松分布广泛，在地域分布上，北起辽宁南郊，西至宁夏贺兰山，南至川甘接壤地区，东至山东山地；在垂直分布上，油松分布的最高海拔可达2 700 m[2]。除在暖温带地区外，在北亚热带山地也有少量天然油松林分布[3]。油松具有重要的社会效益和环境效益，其木材富含松脂，耐腐，适作建筑、家具、枕木、电杆、人造纤维等用材，树干可割取松脂，提取松节油，树皮可提取栲胶，松节、针叶及花粉可入药。油松根系发达，树姿雄伟，枝叶繁茂，有良好的保持水土和美化环境的功能[4]。

油松在北京地区分布广泛，特别是北京山区，多分布于海拔200～1 500 m、阴坡，能耐比较干旱和贫瘠的土壤[5]。油松是北京山区重要的针叶林类型，主要以人工林为主，天然林分布面积较少[6]。20世纪50年代以来，由于初植密度过大，抚育工作滞后，油松普遍长势衰弱，生态功能不高，未能充分发挥其生态效益[7]。要想充分发挥油松人工林的生态效益，须经过科学的经营。立地因子是影响林木生长发育的重要因子，通过对北京市山区油松人工林资源分布进行分析，研究影响油松人工林生长情况的立地因子，分析油松人工林资源存在的问题，探讨问题形成的原因，对指导油松人工林营林实践，提高林分质量，发挥更大的生态和景观效益，均具有重要意义。

1 研究区概况

北京市位于华北平原的北部，毗邻渤海湾，上靠辽东半岛，下临山东半岛，位于39°28′—41°05′ N，115°25′—117°30′ E，地势西北高，东南低，平均海拔43.5 m，山区占北京市总面积的62%，平原约占38%。北京市属暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。全年7月平均气温最高，1月气温最低。全年无霜期为180～200 d，年日照时数为2 000～2 800 h，年降水量为600 mm，70%～80%降水量集中在夏季，冬季降水量只占全年约2%。土壤类型按垂直分布主要为山地草甸土、山地棕壤、褐土、潮土、草甸沼泽土、水稻土等，地带性土壤主要是褐土，主要分布在海拔800 m以下丘陵和山前倾斜平原。北京地区原始植被类型为暖温带落叶阔叶林和温带针叶林，由于人为破坏，现已不多见。中山中、下部，阴坡大面积分布着辽东栎、蒙古栎萌生林和灌丛，阳坡则分布有侧柏、臭椿、山杏等。北京地区常见人工栽植的树种主要有油松、侧柏、落叶松、刺槐、杨、柳、国槐、黄栌、元宝枫等。

2 研究方法

根据《2014年北京市森林资源规划设计调查操作技术细则》和以往的研究成果确定本研究所涉及的立地因子(表1)

北京市油松人工林10年为一个龄级，幼龄林≤20年，中龄林21～30年，近熟林 31～40年，成熟林41～60年，过熟林>60年。根据对油松树龄统计的结果，本研究筛选平均林龄≤60年的小班共计4 451个小班，设≤20年为Ⅰ龄级，21～30年为Ⅱ龄级，31～40年为Ⅲ龄级，41～60年为Ⅳ龄级。在现有的对油松人工林立地因子研究的基础上，通过分析北京市及其他地区森林立地环境因子的统计数据，研究并分析地貌类型、海拔、坡向、坡度、土壤质地、土壤厚度等立地因子的特性，初步筛选出立地因子，采用主成分分析法，确定影响北京山区油松人工林生长的立地主导因子。

表1 立地因子

研究不同立地因子对不同龄级油松人工林平均树高、平均胸径及平均蓄积量的影响关系，主要通过Pearson相关性分析方法。

3 数据来源及统计分析

数据资料主要来源于2014年北京市森林资源二类清查资料，北京市森林资源进行的一些典型调查及研究，运用Excel2016，SPSS23.0等软件对数据进行统计分析。

4 结果与分析

4.1 油松人工林主导立地因子确定

根据对油松树龄统计的结果，进行主成分分析，筛选出与油松人工林生产力密切相关的因子，构建多元回归模型，通过因子和系数来反映影响油松生长的主要立地因子。

在进行统计分析之前需要将立地因子数量化，根据各立地因子的分类标准，分别以1～6赋值(表2)。

表2 立地因子赋值表

结果如表3所示，前4个主成分的特征值大于1，其累计贡献率为69.365%，说明前4个主成分可以代表绝大部分信息，因此可以选取前4个主成分。由表4可以看出，系数越大，其性状指标值就越大。在第一主成分中，系数较大的是海拔立地因子，说明海拔在第一主成分中起主要影响作用；在第二主成分中，坡度和土壤厚度的系数较大，说明在第二主成分中海拔和土壤厚度起主要影响作用；在第三、四主成分中，起主要影响作用的分别为坡向、土壤质地。

通过定量分析，可以得出海拔、坡度、坡向、土壤类型、土壤质地、土壤厚度是影响油松山区立地条件的主要立地因子。

表3 立地因子主成分分析

表4 立地因子成分矩阵

4.2 立地因子与平均树高相关性分析

由表5可以见，在0.01显著水平下，对Ⅰ龄级油松人工林平均树高影响最大的是海拔，Pearson相关系数为-0.203，其次是坡向，相关系数为0.125，第三是坡度，相关系数为-0.099。与土壤质地、土壤厚度等立地因子相关度不高。因此，影响Ⅰ龄级油松人工林平均树高的立地因子相关性大小为：海拔>坡向>坡度>土壤类型。

Ⅱ龄级油松人工林平均树高与坡向、坡度等立地因子相关，在0.01显著水平下，立地因子与土壤质地明显负相关，其Pearson系数为-0.136；在0.05显著水平下，立地因子与坡向正相关，相关系数为0.086，相关性大小为：土壤质地>坡向。

在0.01显著水平下，土壤厚度相关系数最大，为0.230，其次为海拔，为0.175，第三是坡度，相关系数为-0.080。在0.05显著水平下，土壤类型因子与平均树高相关性最高，其Pearson相关系数为-0.052。影响Ⅲ龄级油松人工林平均树高的立地因子相关性大小为：土壤厚度>海拔>坡度>坡向>土壤类型。

Ⅳ龄级油松人工林平均树高与海拔、土壤质地、土壤厚度正相关，与坡度、土壤类型等立地因子负相关。在0.01显著水平下，海拔的Pearson相关系数最高，为0.333，其次是土壤厚度因子，为0.120。影响Ⅳ龄级油松人工林其平均树高的立地因子相关性大小为：海拔>土壤厚度>土壤类型>土壤质地>坡度。

表5 立地因子与平均树高相关性

4.3 立地因子与平均胸径相关性分析

表6 立地因子与平均胸径相关性

以油松人工林平均胸径作为油松生长指标，结果详见表6。海拔、坡向、坡度等立地因子对Ⅰ龄级油松人工林平均胸径有明显的相关性，在0.01显著水平下，对平均胸径影响最大的是海拔，Pearson相关系数为-0.228，其次是坡向，相关系数为0.127，与土壤类型、土壤质地、土壤厚度等立地因子相关性，相关性大小依次为：海拔>坡度>坡向。

Ⅱ龄级油松人工林其平均胸径与坡向、土壤厚度等立地因子正相关，在0.01显著水平下，土壤厚度与油松人工林平均胸径相关性明显，Pearson相关系数为0.157，在0.05显著水平下，坡向与平均胸径具有相关性，相关系数为0.063，相关性大小为：土壤厚度>坡向。

Ⅲ龄级油松人工林其平均胸径与海拔、坡向、坡度、土壤质地等立地因子相关，在0.01显著水平下，平均胸径与海拔、坡度等立地因子负相关，相关性最高的为海拔因子，相关系数为-0.144。在0.05显著水平下，与坡向正相关，Pearson系数为-0.080，与土壤质地立地因子负相关，相关系数为-0.073，相关性大小为：海拔>坡度>坡向>土壤质地。

Ⅳ龄级油松人工林其平均胸径与海拔、土壤厚度正相关，与土壤质地负相关。在0.01显著水平下，土壤厚度因子Pearson相关系数最高为0.333。在0.05显著水平下，海拔因子的Pearson相关系数为0.049，土壤质地因子的Pearson相关性系数为-0.058，相关性大小为：土壤厚度>土壤质地>海拔。

4.4 立地因子与平均蓄积量相关性分析

由表7可以看出，在0.01显著水平下，油松人工林平均蓄积量与海拔、土壤质地等立地因子负相关，海拔因子的Pearson相关性指数大于土壤质地因子，为-0.109，与坡向立地因子正相关，相关性指数为0.099。由此可见，影响Ⅰ龄级油松人工林平均蓄积量的主要立地因子相关性大小为：海拔>土壤质地>坡向。

Ⅱ龄级油松人工林平均蓄积量与在0.01显著水平下，与土壤质地负相关，Pearson相关系数为-0.222。在0.05显著水平下，平均蓄积量与坡向因子正相关，相关系数为0.088，其相关性大小为：土壤质地>坡向。

在0.01显著水平下，Ⅲ龄级油松人工林平均蓄积量与海拔高度、土壤厚度正相关，土壤厚度因子的相关性系数最大，为0.228，与土壤类型和土壤质地负相关。Ⅲ龄级油松人工林平均蓄积量相关的立地因子相关性大小为：土壤厚度>土壤质地>土壤类型>海拔>坡向

Ⅳ龄级油松人工林平均蓄积量与海拔、坡度、土壤类型、土壤质地、土壤厚度等立地因子相关，在0.01显著水平下，平均蓄积量与海拔、土壤厚度等立地因子正相关，海拔因子的Pearson相关系数大于土壤厚度的相关性系数，为0.209，与土壤类型、土壤质地等立地因子负相关，相关性较高的为土壤质地立地因子。在0.05显著水平下，平均蓄积量与坡度立地因子成负相关，相关系数为-0.050，其相关性大小依次为：海拔>土壤厚度>土壤质地>土壤类型>坡度。

表7 立地因子与平均蓄积量的相关性

从统计结果来看，立地因子对Ⅲ龄级、Ⅳ龄级各生长量受到立地因子的影响范围最大，这与冯沛[8]对辽宁省朝阳市油松不同林龄阶段生长与立地因子关系的研究中结果一致。可能是因为油松在约15 a后其生长因立地条件不同而产生的效应会更加明显[9]，姜国斌[10]研究发现，油松的生长高峰期为20 a，在高峰期之后，对立地条件的反映最明显。

从分析结果来看，对Ⅰ龄级和Ⅲ龄级油松人工林各生长量均有影响的立地因子是海拔和坡向，对Ⅱ龄级油松人工林各生长量均有影响的立地因子是坡向，对Ⅳ龄级油松人工林各生长量均有影响的立地因子是海拔、土壤质地和土壤厚度。由此可见，海拔对各龄级油松人工林的各生长量均有影响。海拔是重要的立地因子之一，随着海拔的上升，水热供应发生变化，影响植物生长进而影响油松人工林生产力[11]。坡向是影响幼树成长的重要因子，主要通过影响太阳辐射，进而影响热量分布，从而影响油松人工林生产力。

从油松人工林平均树高、平均胸径和平均蓄积量整体情况来看，土壤因子对油松人工林Ⅲ、Ⅳ龄级的生长情况影响较大，对Ⅰ、Ⅱ龄级油松人工林影响较小。这可能是由于林龄较低时，土壤质地不同，透气性不同，影响植物生长。土壤类型和土壤厚度主要与土壤中有机质含量有关，有机质含量越高，林木长势越好，生产力越高。但如果超过一定范围，某些生态因子会变异，反而又会成为森林生长的限制条件[12]。

5 讨论

本研究选取了海拔、坡向、坡度、土壤质地、土壤类型、土壤厚度、枯落叶厚度等7个立地因子，筛选出的主导立地因子比较具有代表性。李仁平[11]对辽东地区油松建筑林立地类型及立地质量评价的研究中，筛选出了坡位、坡度、海拔、土层厚度等主导因子；汪笑安[13]通过对旺业甸试验林场立地类型的研究中，筛选出了海拔、坡度、土壤类型等主导因子。任本研究未将坡位纳入主要影响因子,主要是因为坡位主要关系到土壤养分和水分，而本研究已筛选了三个土壤因子。枯落叶厚度因子主要通过分解成有机质从而影响植物生长，其与油松人工林生长相关性不大，可能是由于油松针叶分解速率较慢造成的。

对北京山区油松人工林Ⅰ龄级影响较小的立地因子主要是海拔和坡向因子，冯沛[8]对辽宁省朝阳市油松人工林不同林龄阶段与立地因子生长的关系研究中表明，在树龄较小时，其影响因子主要有土壤质地、土壤厚度和坡位，造成这种情况的原因可能是北京山区立地条件普遍较差，Ⅰ龄级油松人工林分布集中，土壤类型、土壤质地及土壤厚度比较单一。

本研究选取的立地因子还不够全面，且在人为和自然因素的影响下，森林资源是不断进行动态变化的，在今后实践应用中，针对其中某一具体造林地时，还应收集更多的数据信息，对立地因子进一步丰富优化，细化研究工作。

6 结论

不同立地因子对不同龄级油松人工林生长的影响不同，对Ⅲ龄级、Ⅳ龄级各生长量受到立地因子的影响范围最大。

影响Ⅰ龄级油松人工林平均树高的立地因子及相关性大小为：海拔>坡向>坡度>土壤类型；影响平均胸径的立地因子及相关性大小依次为：海拔>坡度>坡向；影响平均蓄积量的主要立地因子及相关性大小为：海拔>土壤质地>坡向。

影响Ⅱ龄级油松人工林平均树高的立地因子及相关性大小为：土壤质地>坡向；影响平均胸径的立地因子及相关性大小为：土壤厚度>坡向>；影响平均蓄积量的立地因子及相关性大小为：土壤质地>坡向。

影响Ⅲ龄级油松人工林平均树高的立地因子及相关性大小为：土壤厚度>海拔>坡度>坡向>土壤类型。影响平均胸径的立地因子及相关性大小为：海拔>坡度>坡向>土壤质地；影响平均蓄积量的立地因子主要及相关性大小为：土壤厚度>土壤质地>土壤类型>海拔>坡向。

影响Ⅳ龄级油松人工林平均树高的立地因子及相关性大小为：海拔>土壤厚度>土壤类型>土壤质地>坡度；影响平均胸径的立地因子及相关性大小为：土壤厚度>土壤质地>海拔；影响平均蓄积量相关的主要立地因子及相关性大小依次为：海拔>土壤厚度>土壤质地>土壤类型>坡度。