陕西黄陵油松人工林立地类型划分及评价

张春霞，冯自茂，李文鑫，杨培华，安向明，王明杰

(1西北农林科技大学 a国家林业和草原局油松工程技术研究中心，b林学院，陕西 杨凌712100；2延安市桥山国有林管理局，陕西 黄陵 727300)

立地质量是影响林木生长发育的重要因素之一，评价不同立地条件下林木的生长对森林经营和适地适树造林具有非常重要的意义,根据不同立地类型条件下林木生长情况进行立地质量评价是目前广泛使用的评价方法之一[1-4]。不同立地条件下林木生长差别很大，比如生长较好地段的20年生油松优势木树高可达8.6 m，而生长差的只有3 m左右[5]。由于立地类型影响林木的生长潜力，目前已有关于重要的林木如柚木、桉树、油松、桦木、松类等立地指数表的编制、立地类型和立地质量评价的研究报道[2-9]。但由于不同地区存在独特的气候因子、地形因子及其他因素的差异，比如温度、降水、立地条件等，不同地区油松立地类型的划分和立地质量的评价结果存在较大差异[5,7,10-12]。对油松主产区的油松人工林进行立地条件评价和立地分类，并根据立地生产力确定不同的育林目标和营林措施，依此指导荒山造林，是当前亟待解决的一个问题。

油松(Pinustabulaeformis)是黄土高原地区的主要造林树种，具有耐干旱、瘠薄，适应性和抗逆性强等特点，已成为黄土高原人工植被的主要组成部分[13-15]。陕西省延安市黄陵地区是典型的黄土高原地形[16]，油松为黄陵地区主要的造林树种[17]。本研究调查分析了陕西黄陵地区油松人工林林分的生长状况，并对其立地质量进行评价,以期为该地区油松人工林的经营管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于陕西省延安市黄陵县城以西45 km的双龙林场，地处陕北黄土高原南部(108°45′～109°02′E、35°20′～35°50′N)。该区有沟壑、梁峁、残原等特有的黄土地貌，黄土堆积较厚，为典型的黄土高原区域。该区海拔900～1 700 m，总体坡度较缓，平均坡度小于25°。年平均气温9.3 ℃，极端最高气温38 ℃，极端最低气温-23.7 ℃。年平均日照时数为2 528 h，初霜期多在10月上、中旬，终霜期多在4月下旬[18]。年平均降水量677.4 mm，属暖温带半湿润气候区。土壤属褐土地带，多在暖温带大陆性半湿润半干旱季风气候和森林条件下形成，成土母质多为含碳酸盐的黄土、沙岩和页岩，土层深厚，一般在0.7～1.0 m，石灰淋溶和淀积作用明显，黏化作用强烈，pH值7.0～8.0，腐殖质层厚8～12 cm，土壤湿润肥沃，有机质含量15.262 g/kg，全氮含量1.06 g/kg，全磷含量1.06 g/kg。

1.2 研究方法

1.2.1 林地调查及取样方法 采取典型样地调查方法。2019年5月，在陕西黄陵双龙林场设置52个20 m×20 m的标准样地。样地设置的具体原则为：(1)分别在林龄为20，30，40，50年的油松纯林中，选取同一起源未进行间伐的区域设置样地；(2)由于样地内未进行间伐，不同林分疏密度应存在一定差异；(3)样地选择应考虑不同的林龄、生长情况和立地条件，各种不同的立地类型应涵盖在所选样地之中；(4)样地为20 m×20 m，样地内至少有30株以上的油松。

1.2.2 林分因子调查 调查并记录林分种源、起源、造林年度等；对样地内的每株油松进行每木检尺，测定样地内油松的树高、胸径、枝下高、南北冠幅和东西冠幅。

1.2.3 环境因子调查 调查和记录样地地形环境因子，根据样地所处的山形位置记录坡位和坡向，采用 Vertex Ⅳ 测定坡度大小，罗盘仪确定方位角，GPS仪确定样地的经纬度和海拔高度。

1.3 内业处理及数据分析

1.3.1 油松生长指标分析 对不同林龄的油松进行树高、胸径、单株材积等生长指标分析，根据每株油松的树高和胸径计算单株材积，计算公式为V=0.102 5πD2(H+3)[19]，其中V为单株材积，D为胸径，H为树高。

1.3.2 因子类目划分 根据立地因子的变化幅度及其对林木生长发育的影响程度，并结合相关林业调查标准，对坡度、坡位、坡向和海拔等立地因子进行分级处理。由于林龄和林分密度也影响油松生长，所以对林龄和林分密度也进行了类目划分，具体因子类目划分及赋值见表1。

1.3.3 数量化理论Ⅰ模型建立 利用数量化理论Ⅰ，将林龄、林分密度、海拔、坡向、坡位、坡度等作为类目，以各因子不同的分类类型(表1)作为对应的类别[20]。用每一类目对应的观察值为0或者1，建立[0,1]反应矩阵表。基于52个油松样地调查数据，以每块标准样地内油松的树高平均值为因变量，林龄、林分密度、海拔、坡向、坡位、坡度等因子为自变量，构建数量化理论Ⅰ模型，并对油松人工林立地质量进行评价。

表1 立地因子类目划分及赋值

2 结果与分析

2.1 黄陵油松人工林油松生长指标分析

由表2可知，20年生油松的平均树高为6.70 m，平均胸径为11.47 cm，平均单株材积为0.045 m3；30年生油松树高、胸径和单株材积平均值分别较20年生油松增加了3.31 m、3.26 cm和0.065 m3。在林龄30～40年，平均树高增加了5.46 m，胸径增加了5.16 cm，单株材积增加了0.140 m3。由此可以看出，在林龄30～40年，油松树高、胸径、单株材积较林龄20～30年增加明显，而在林龄40～50年时平均树高增加较小，仅为1.27 m，胸径增加了3.02 cm，单株材积增加了0.110 m3，说明油松在40～50年林龄段的生长速度较慢。尽管不同林龄段油松生长指标每10年增加的幅度不同，但是油松树高、胸径和单株材积均随着林龄的增长而增加。

表2 不同林龄油松平均树高、胸径和单株材积

2.2 黄陵油松人工林原始数据分类及各因子方差分析

应用数量化理论Ⅰ，根据52个标准样地采集的数据建立油松平均树高与林龄、林分密度、海拔、坡度、坡位和坡向之间的关系模型,并运用Forstat软件对各立地因子及水平进行数量化综合系数检验和方差分析统计[20]，结果见表3和表4。由表3可知，林龄对油松平均树高的影响最大，这说明林龄对油松树高的生长起着决定性作用。从表3还可知，模型经F检验达到极显著水平(P<0.001)，可在实际生产中应用。

2.3 数量化理论Ⅰ模型的建立

根据样地调查情况，结合立地因子的类目划分(表1)，按照数量化理论Ⅰ模型计算各类目与油松树高平均值的回归系数及有关参数[20],以树高(Y)为因变量，以林龄(X1)、林分密度(X2)、海拔(X3)、坡向(X4)、坡度(X5)和坡位(X6)为自变量构建数量化理论模型，得到回归模型为：

Y=2.47+X11+3.81X12+9.83X13+10.39X14+0.53X21+X22+1.66X31+1.97X32+X33+X41+0.98X42+0.90X43+1.21X51+X52+0.066X61+X62+0.11X63。

式中:Y代表树高平均值;X11、X12、…、X63代表6个因子划分的17个变量，其中X1代表林龄(X11、X12、X13、X14分别代表20，30，40和50年)，X2代表林分密度(X21和X22分别代表低密度和高密度)，X3代表海拔(X31、X32、X33分别代表低海拔、中海拔、高海拔)，X4代表坡向(X41、X42、X43分别代表阳坡、半阴坡、阴坡)，X5代表坡度(X51和X52分别代表缓坡和陡坡)，X6代表坡位(X61、X62、X63分别代表上部、中部、下部)，系数表示各个变量的得分值。模型的复相关系数R=0.956，达到极显著水平，说明油松平均树高与上述6个因子高度相关，所建回归模型是可靠的。

表3 黄陵油松人工林原始数据分类

表4 黄陵油松人工林各立地因子的方差分析

由回归分析结果(表5)及表2油松生长指标测定结果可知，随着林龄的增加油松树高呈增加趋势;根据得分值可以看出,对油松生长影响最大的因子为林龄，林龄与油松平均树高的相关性达极显著水平(P<0.001)。立地因子得分排序为：海拔>坡向>坡度>林分密度>坡位。将回归模型的6个因子(林龄、林分密度、海拔、坡向、坡度、坡位)与油松平均树高生长模型进行适用性检验，结果显示6个因子与树高平均值有极其紧密的相关性(P<0.001)，可用该方程来评价黄陵地区油松人工林的立地质量。

表5 黄陵油松人工林各因子数量化回归分析结果

2.4 黄陵油松人工林立地因子和样地的得分值

根据数量化理论模型的得分范围、方差比和偏相关系数判断自变量的影响大小，数值大的作用程度大。由表5可知，在海拔>900～≤1 100 m时，随着海拔的增加得分值增大，而海拔高于1 100 m时得分值降低，说明油松适宜在中低海拔生长。林分密度较低时油松生长较好，适当的疏伐管理对促进油松人工林的生长很有必要。油松在阴坡和半阴坡的得分值高于阳坡，虽然油松是阳性树种，但是往往在阴坡的生长状况好于阳坡，这可能和阴坡的保水保肥能力高于阳坡有关。在缓坡的得分值高于陡坡，在下坡位和上坡位的得分值高于中坡位。综合来看，黄陵地区油松适宜的生长环境为中低海拔、阴坡半阴坡、缓坡、上坡位或者下坡位。根据海拔、坡向、坡位、坡度等立地因子的得分值，计算出52个标准样地的得分值见表6。

表6 黄陵地区油松人工林样地的得分值

表6(续) Continued table 6

根据样地得分值划分立地质量评价等级，将立地因子代数和的最大值和最小值均分为三等分，根据需要将样地分为Ⅰ(优,得分值≥2.847)、Ⅱ(中，1.423<得分值<2.847)、Ⅲ(差,得分值≤1.423)3个等级。表6表明，52个调查样地中有4个样地的得分值低于1.423，评价结果为差，其他样地评价为中等或者优，即在所调查的样地中，有92.3%的立地质量为中等或者优，说明黄陵地区油松人工林总体生长条件良好。

2.5 立地分类结果与立地质量评价

根据海拔、坡度、坡位、坡向对黄陵地区油松人工林进行了立地类型划分。先依据海拔高度划为立地类型区，再根据坡度划分立地类型组，最后依据坡位和坡向划分立地类型，结果见表7。

表7 黄陵地区油松人工林立地分类与立地质量评价

表7(续) Continued table 7

表7表明，52个油松人工林样地可划分为36种立地类型。利用得分值对其进行立地质量评价，表7显示，在所划分的36种立地类型中，有75%立地类型的立地质量处在中等及中等以上水平，且黄陵地区中低海拔(>900～≤1 100 m)生长的油松都处于中等以上水平。

3 讨论与结论

海拔、坡向、坡度、坡位、林分密度等对油松树高的生长都有一定的影响[21]。本研究采用数量化理论分析表明，海拔得分值所占比例最大，说明海拔对黄陵地区油松树高的生长影响最大，这与段高辉等[7]的研究结果相一致。根据数量化理论Ⅰ模型构建了黄陵地区油松优势木平均树高预测方程，模型检验结果表明该方程可用于黄陵地区油松人工林的立地质量评价，为该林区油松林的种植、抚育、管理等提供了理论基础。

立地质量评价结果显示，黄陵地区油松人工林立地质量评价得分为0～4.27，整体得分值较其他研究[7]偏低。这可能是由于本研究调查的是不同林龄阶段的样地，林龄显著影响油松树高的生长[22]，导致林龄的得分值最高，其他立地因子的得分值相对林龄偏低，所以样地总体得分值较其他根据同龄林进行的数量化理论分析的得分值偏低。

采用数量化理论Ⅰ对黄陵地区油松人工林52个样地的立地质量进行了评价，结果表明有92.3%的油松标准样地的立地质量评价为“中等”或“优”，说明黄陵地区油松人工林整体种植区域分布比较合理，且生长情况良好。立地质量评价结果为“差”的有4个样地，说明此区域不适宜栽植油松，可考虑栽植其他更适宜的树种来提升土地的利用效率。从整体评价结果来看，立地评价结果较好的种植区域仍有较大的增长空间，比如林分密度对油松人工林平均树高生长有很大的影响[23]，在林分经营管理中应该考虑以合理的种植密度来提升林分质量。数量化立地质量评价表可以解决黄陵地区油松林的统一评价问题，为实现黄陵地区油松人工林的合理经营管理提供了一定的理论依据。

油松生长的影响因素很多，比如海拔、坡向、坡位、坡度，外界因素还有林分密度、土壤养分状况等，另外还有降雨、光照等其他气候因素[21,24-26]。由于本研究立地因子和样本数量的限制，后期在研究区范围和立地因子方面应加大选择力度，以增强油松人工林立地分类系统的准确性和针对性。选择合适的立地因子对立地质量进行评价研究非常重要，立地因子不仅要反映林地生产潜力，也要便于获取、计算与运用。本研究以油松平均树高作为因变量，以实际调查的海拔、坡度、坡向、坡位等因子作为自变量来建立立地质量评价模型，经分析检验，表明该模型能真实反映林区立地的生产潜力。

已有研究表明，松类林木在林分密度适宜的情况下以油松的生长最好[23,27-28]。本研究结果也表明，林分密度对油松树高生长有一定的影响，林分密度过大不利于油松的生长，合理的定植油松苗和疏伐管理能够促进油松的生长发育。油松是喜阳树种，有研究表明，黄龙山林区阳坡的油松生长状况要优于阴坡[7]。而本研究和其他一些研究[10,24]均发现阴坡和半阴坡油松的生长状况优于阳坡，这可能与不同研究选取的样地位置不同有关。黄土高原地区比较干旱，阴坡土壤的保水保肥能力较强，从而导致阴坡油松的生长状况较阳坡好，以后的研究需要综合考虑地理环境因子、立地因子、土壤施肥保湿条件、气候因子等多重因素。本研究数量化理论分析建模评价结果表明，黄陵地区油松最适宜在半阴坡、中海拔、下坡位且地势较平缓的地方生长，此研究结果为黄陵地区油松人工林的营造和管理奠定了理论基础。