雅鲁藏布江中游巨柏种群立地分类研究

李瑛萍,赵玉文,姚 祺,杨小林,赵垦田

(西藏农牧学院,西藏 林芝 860000)

森林立地是在一定空间内通过气候、地质、地貌、土壤、水分、植被及其他生物等对森林生长和发育有重大影响意义的自然环境因子的总体[1-2]。立地分类是根据立地特征的相似性和差异性将林业用地和林地生产力综合地自然分类[3-4]。立地类型是立地分类的基本单位,是把具有相同或相近环境条件的所有地段划分成统一立地类型的分类单位[5-6]。通过森林立地分类对森林抚育经营、造林工作及森林资源的管理具有重要意义[7-8]。因此,立地是森林生长发育的重要物质基础,不同的立地条件,适合不同的森林树种生长和发育[9],正确地划分和应用立地类型是提高林地生产效益的重要手段之一。

巨柏(Cupressusgigantean),隶属于柏科(Cupressaceae)、柏木属(Cupressus),又名雅鲁藏布江柏木,藏语称秀柏,为常绿大乔木,西藏特有的国家一级保护植物[10]。巨柏寿命长,树龄可达2 000余年,其树干笔直、高大挺拔、树姿优美、材质优良,且耐干旱瘠薄,是藏东南城乡绿化、荒地造林的重要树种[11]。巨柏天然分布狭窄,仅分布于西藏雅鲁藏布江中游沿江部分山坡和谷底及其支流尼洋河下游,垂直分布范围为海拔3 000～3 400 m,分朗县、米林县、巴宜区3个独立种群[12]。其中,朗县为主要分布区,其种群面积最大、沿雅鲁藏布江呈“走廊式”带状分布,而米林种群和巴宜种群面积很小,呈“岛状”分布[12-13]。从20世纪70年代末80年代初人们关注巨柏保护开始,巨柏研究领域不断拓展,认识不断深入,主要涉及生物生态学特性[14]、群落特征[15-16]、扩繁技术[17-19]、濒危机制[20-21]等方面。在巨柏种群立地分类方面,边喜丽等[22-23]开展过相关研究。本文以雅鲁藏布江中游朗县种群巨柏为研究对象,通过环境和植被综合多因子分析,对巨柏生长地进行立地类型划分,掌握适合巨柏生存环境的立地类型,以期为巨柏林经营管理以及西藏河谷地带立地类型划分方法提供参考。

1 研究区概况

研究区位于雅鲁藏布江中游朗县地段,西起朗县县城西,东至朗县与米林交界处沿江海拔3 400 m以下峡谷,地理坐标为28°40′～29°29′N,92°28′～93°16′E。该区属青藏高原半湿润-半干旱季风气候区,年均日照达2 000～2 500 h,日照百分率70%～80%,太阳年辐射700 MJ/m2,降雨量偏少、且四季不均,年均降水量在350～600 mm,多集中在6—9月份,多为夜雨,占全年降水量的90%以上,年蒸发量在1 201～2 682 mm,约为降水量的4倍。干季长达8个月,湿季仅4个月。年均温11.0℃,年均最高温19.1℃,年均最低温5.3℃,年均温日较差13.8℃,全年无霜期日数平均在130～170 d。

2 研究方法

2.1 样地调查

分别于2018年、2019年在雅鲁藏布江中游朗县段根据地形特点的不同分别设置44块样地进行调查,样地大小为10 m×10 m,调查数据包括环境因子(地形、坡向、坡度、土壤)和植被因子。

2.2 立地分类

按照巴登-符腾堡分类法将环境因子和植被因子综合进行立地分类[24-25]。根据野外调查信息,选择易于调查、稳定性较高且对立地分类起到决定性作用的因子,根据不同立地类型组分别进行调查。选择地貌、海拔、坡向、坡度、石砾含量、 土层(沙层)厚度、土壤成分、土壤容重、总孔隙度、土壤通气度、自然含水率、pH 等通过主成分分析筛选主导因子后进行立地分类。

2.3 土壤测定

土样经过处理后,参照土壤农化分析[26]测定各项指标:土壤比重采用比重瓶法测量,土壤自然含水量采用烘干法测量,土壤pH值采用酸度剂测定法测量,环刀法测量土壤容重和总孔隙度(包括毛管孔隙度及非毛管孔隙度)釆用环刀法进行测定。

2.4 立地分类单位的确定

根据《中国森林立地分类》区分区划法,共分为6级分类系统:一级分类单位,立地区域；二级分类单位,立地区；三级分类单位,立地亚区；四级分类单位,立地类型小区；五级分类单位,立地类型组；六级分类单位,立地类型。其中,立地类型是立地分类系统中的基本单位[27]。

3 结果与分析

3.1 巨柏种群立地分类

依据上述分类单位并参考《西藏自然地理》与《西藏地貌》[28-29],朗县巨柏种群的立地分类单位属于西南高山峡谷亚热带立地区域,其次向下分为:雅鲁藏布江立地区、西南高山峡谷立地区。雅鲁藏布江立地区分为3个立地亚区:雅鲁藏布江上游立地亚区、雅鲁藏布江中游立地亚区、藏南高原湖盆立地亚区。雅鲁藏布江中游立地亚区可分2个立地小区为:雅鲁藏布江中游山地立地小区、雅鲁藏布江中游谷地立地小区。试验地(巨柏种群生境)位于雅鲁藏布江中游谷地立地类型小区,地形特征可分为5个立地类型组:岩石裸露地、山麓坡地、阶地、河滩地(河漫滩)、水线岸边,最后再确定立地类型。

3.2 立地因子主成分

3.2.1山麓坡地

对山麓坡地立地因子进行主成分分析(表1),通过各因子的方差贡献率确定各因子的权重,一般情况下选择累计贡献率超过80%的成分作为主成分[30-31]。由表1可知,前4个主成分的特征值分别为2.040,1.808,1.605,1.055,其累计贡献率达81.356%,因此,选择其为主导因子包括了该立地类型组的综合状况。

表1 立地因子主成分的方差解释表

对山麓坡地立地因子的8个指标进行相关矩阵分析,得到8个因子的载荷值(表2),从每个主成分中选取载荷值最大的因子作为主导因子。结果显示:第一主成分中坡向的载荷值最大为0.678,说明第一主成分是对坡向的描述；第二主成分中坡度的载荷值最大为0.869,说明第二主成分描述了坡度的信息；第三主成分中土壤容重的载荷值最大为0.865,说明第三主成分反映了土壤容重的综合情况；第四主成分中含水率的载荷值最大为0.742,说明第四主成分是对水分含量的综合反应。因此,在山麓坡地立地类型组划分时选择坡向、坡度、土壤容重及含水率作为主导因子。根据表2可得到各主成分的表达式为:Y1=0.678X1-0.065X2+0.642X3-0.737X4+0.310X5+0.364X6+0.620X7+0.081X8；Y2=-0.007X1+0.869X2-0.393X3-0.263X4+0.505X5-0.638X6+0.344X7-0.221X8；Y3=-0.461X1-0.141X2+0.289X3+0.144X4-0.050X5-0.468X6+0.547X7+0.865X8；Y4=-0.494X1+0.051X2+0.223X3-0.013X4+0.742X5+0.346X6-0.287X7+0.085X8。其中:X1为坡向,X2为坡度,X3为石砾含量,X4为总孔隙度,X5为含水率,X6为pH,X7为海拔,X8为土壤容重。

表2 立地因子相关矩阵的特征向量

3.2.2阶地

对立地因子进行主成分方差分析。由表3可知,有4个公因子的特征值大于1,分别为2.464,2.057,1.598,1.133,且其累计贡献率达到80.581%,表明前4个主成分能代表该立地的综合性状。

表3 立地因子主成分的方差解释表

对阶地立地因子的9个指标进行相关矩阵分析可知(表4):第一主成分中土壤质地的载荷值最大为0.777,说明第一主成分是对土壤质地的描述；第二主成分中土层厚度的载荷值最大为0.736,说明第二主成分反映的是土层厚度的立地信息；第三主成分中石砾含量的载荷值最大为0.896,说明第三主成分反映了石砾含量的综合情况；第四主成分中土壤容重的载荷值最大,说明第四主成分是对土壤容重的综合反应。因此,确定影响阶地立地类型组划分的主导因子是土壤质地、土层厚度、石砾含量和土壤容重。根据表4可得到各主成分的表达式为:Y1=0.031X1-0.489X2+0.777X3+0.217X4+0.687X5+0.283X6-0.908X7+0.185X8+0.404X9；Y2=0.736X1+0.339X2+0.252X3-0.292X4-0.587X5+0.167X6+0.009X7+0.723X8+0.598X9；Y3=0.329X1+0.025X2-0.189X3+0.896X4+0.073X5-0.624X6+0.102X7-0.113X8+0.481X9；Y4=0.013X1+0.590X2-0.406X3+0.181X4+0.151X5+0.605X6-0.276X7-0.271X8+0.221X9。其中:X1为土层厚度,X2为植被盖度,X3为土壤质地,X4为石砾含量,X5为海拔,X6为土壤容重,X7为总孔隙度,X8为含水率,X9为pH。

表4 立地因子相关矩阵的特征向量

3.2.3河滩地

对河滩地立地因子进行主成分分析可知(表5),前4个公因子的特征值均大于1,分别为2.241,1.626,1.393,1.181,其累计贡献率达80.510%。由此表明前4个主成分可以用来描述该立地的综合性状。

表5 立地因子主成分的方差解释表

对河滩地立地因子的8个指标进行相关矩阵分析可知(表6),第一主成分中地势的载荷值最大为0.882,说明第一主成分是对地势的描述；第二主成分中含水率的载荷值最大为0.762,说明第二主成分描述了土壤水分含量；第三主成分中沙层厚度的载荷值最大为0.758,说明第三主成分反映了沙层厚度的综合情况；第四主成分中植被盖度最大为0.675,说明第四主成分是对植被盖度的综合反应。通过分析可以看出,地势、沙层厚度、含水率和植被盖度对河滩地立地类型划分的作用最大,可以选择为立地分类的主导因子。根据表6可得到各主成分的表达式为:Y1=-0.162X1+0.882X2-0.233X3+0.031X4+0.877X5-0.083X6-0.155X7+0.762X8；Y2=0.536X1-0.100X2-0.189X3+0.466X4-0.165X5-0.542X6+0.762X7+0.439X8；Y3=0.189X1-0.251X2+0.758X3+0.618X4+0.225X5+0.420X6-0.160X7+0.291X8；Y4=0.675X1+0.152X2-0.026X3-0.462X4+0.160X5+0.599X6+0.314X7-0.076X8。其中:X1为植被盖度,X2为地势,X3为沙层厚度,X4为沙粒大小,X5为土壤容重,X6为总孔隙度,X7为含水率,X8为pH。

表6 立地因子相关矩阵的特征向量

3.3 立地类型划分

在已有调查的基础上,参考《中国森林立地分类》、《西藏地貌》、《西藏自然地理》得出雅鲁藏布江中游朗县巨柏种群的立地类型组,再根据因子的结果,可以得到具体的立地类型(表7)。

表7 朗县巨柏种群立地类型

4 讨论与结论

4.1 讨论

1) 赵彬[32]采用主成分分析法分析了西藏鲁朗66个标准地,调查实测材料首先选取分类因子,再根据分类因子与立地的关系共选取地形因子(海拔高度、坡度、坡向)和土壤因子(土层厚度、土壤质地、石砾含量、土壤有机质含量)7个因子,共划分出8个森林立地类型,并且认为以此方法在西藏高山峡谷林区划分森林立地类型较适宜。张广军[33]根据西藏“一江两河”地区的自然条件,依据地域分异特点:地形、地下水位、土壤质地、土壤中砾石含量、土壤肥力分析并研究了影响林木生长与成活的主要立地因子的变化规律,并以此为依据划分了4个立地类型组,12个森林立地类型。寇韬[34]根据中国森林立地分类,把拉萨河谷的立地分为:藏西南山地温暖半干旱灌丛草原立地区域,雅鲁藏布江中游立地区,雅鲁藏布江中游谷立地亚区,拉萨河河谷立地类型小区；其次根据拉萨河谷不同的地形确定了4个立地类型组,采用主成分分析选择各立地类型组的主导因子,并结合聚类和土体构型划分出16个立地类型。本研究中,通过调查和参考中国森林立地分类、西藏地貌、西藏自然地理先确定朗县巨柏种群地形特征,再根据主成分分析筛选各立地因子后确定立地类型,这与其他科研工作者在西藏不同地区进行立地分类的研究方法一致,且此方法对西藏河谷地带立地类型划分的方法提供一定的基础。

2) 本研究在进行立地分类时只采用了传统的研究方法,存在一定的局限性。今后在西藏各地区立地分类时可以多应用RS和GIS,这样不仅能实现立地类型划分信息的快速提取、自动化分类以及可视化表达和空间查询,还可以将立地分类由定性分析转变为定量分析(数量化理论、聚类分析方法等),使西藏林地经营目标更为明确,使林分朝目标林方向发展。林地划分类型也可根据不同时期的目标通过进一步研究取得,可设计出与林地类型配套的经营措施体系,将适地适树造林和森林经营研究提高到一个较高水平。

4.2 结论

1) 参考《中国森林立地分类》、《西藏地貌》、《西藏自然地理》得出雅江中游朗县巨柏种群的立地类型组分别为:岩石裸露地立地类型组、山麓坡地立地类型组、阶地立地类型组、河滩地(河漫滩)立地类型组、水线岸边立地类型组。

2) 采用数量化方法,分别各立地类型组的各立地因子进行分析,筛选各立地类型组的主导因子,得出:山麓坡地立地类型组的主要立地因子为坡向、坡度、土壤容重及含水率；阶地立地类型组的主要立地因子为土壤质地、土层厚度、石砾含量和土壤容重；河滩地(河漫滩)立地类型组的主要立地因子为地势、沙层厚度、含水率和植被盖度；岩石裸露地立地类型组和水线岸边立地类型组受条件限制只采用调查的方法进行分类。

3) 根据立地分类的原则和依据,构建朗县巨柏种群立地分类,将朗县巨柏种群划分为5个立地类型组,15个立地类型。