影响高寒兰采林区油松林天然更新的因素评价

张福恩，李加本，马明呈，李嘉志，李彩青

(1.青海省同仁市林业和草原局，青海 同仁 811300； 2.青海大学 青海 西宁 810016)

油松(PinustabuliformisCarr.)是松科(Pinaceae)针叶常绿乔木，为中国特有种，阳性树种，深根性，耐干旱瘠薄，抗逆性和适应性较强，是我国黄土高原地区植被的重要组成部分，在保护生态环境方面起着至关重要的作用[1]。森林更新是森林自我完善、自我适应和不断提高质量的过程，这一过程在森林的演替中发挥着重要的作用[2]。天然更新是一种高产出低投入的森林培育方式[3]，现阶段，我国森林更新大部分以人工更新为主，由于多种因素影响，我国对天然更新和人工促进天然更新的方法推广力度并不大[4]。为此，研究影响油松林天然更新的因素，以改善油松林天然更新的环境条件，提高天然更新能力，是实现森林可持续经营的重要措施。关于影响油松林天然更新因素的相关研究有，胡玉珠等[3]研究了林窗大小及坡向等因子对油松人工林天然更新的影响；罗桂生等[5-6]研究了林隙与油松天然林更新的关系；刘建荣[7]、宋晓刚等[8]研究了油松人工林天然更新的影响因子；王洪江[9]研究了林型、林窗及地被物厚度对油松天然更新的影响；于欣等[10]研究了抚育措施对油松天然更新的影响。由此可见，影响油松天然更新的因子多而复杂。因此，采用数量化理论Ⅰ综合评价影响天然更新的因素，更加科学。为此，本研究以高寒兰采林区的油松林天然更新为研究对象，采用数量化理论Ⅰ评价影响油松林天然更新的因素，对保护修复兰采林区油松林具有重要现实指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于青海省同仁市兰采林区，兰采河位于试验区北面，交通便利。试验区处于北纬35°35′～35°45′，东经101°54′～101°59′，海拔2 500～3 100 m，属高原大陆性气候，春季气温日升较快，年降水量501.5 mm，降水主要集中在6—9月。年均气温0.5 ℃，无霜期80 d，年辐射总量高，辐射年较差小，日较差大，土壤为森林灰褐土。兰采林区油松天然林分布在13个小班，分布海拔2 600～3 100 m，总面积175.2 hm2,总蓄积量14 908.6 m3，以油松天然纯林为主。油松天然林生长势比较弱，天然更新不良。

1.2 试验仪器

轮尺、勃鲁莱测高器、测绳、GPS定位仪、钢卷尺、皮尺、罗盘仪。

1.3 试验设计

在兰采林区内根据不同的立地条件设置天然更新调查标准地，调查天然更新的油松幼苗数量。

1.3.1 天然更新标准地选设 2018年4月对天然更新标准地进行选设，在兰采林区根据不同的坡向、坡位、坡度、灌木盖度设立20 m×20 m标准地12块。标准地详细概况见表1。

表1 天然更新标准地基本情况表

1.3.2 生长指标调查 调查每个标准地内油松幼苗数量并记录。

1.3.3 立地因子调查 用GPS测定标准地中心位置的坐标，记录海拔、坡向、坡位、坡度。在标准地的中心和四个角设置5个5 m×5 m的样方，调查灌木盖度。

1.4 数量化理论Ⅰ

1.4.1 数量化理论Ⅰ模型 数量化理论I是用基准变量是定量变量，自变量是定性变量的方法，分析与预测问题，采用多变量来模拟线性，表示式中基准变量的定量变化。其模型如下：

(1)

式中：j为项目数(j=1,2,3…m),k为类目数(k=1,2,3…n),i为样品数，yi为因变量，bjk为j项目k类目的系数，εi是观察中的随机误差，δi(j,k)为定性变量，当且仅当样品i有第j项目第k类目的特性时，有δi(j,k)=1；反之，δi(j,k)=0，X=[δi(j,k)]称为反应矩阵，即0～1反应表。

1.4.2 数量化理论Ⅰ模型方程 将选定的坡度、坡向、坡位、灌木盖度4个影响因子项目分解成3～4个类目，详见表2。运用数量化理论Ⅰ，将4个因子个类目与更新株数构建反应矩阵，用于回归建模。在Excel 2007软件中建立原始数据反应矩阵，原始数据反应矩阵见表3。将表3导入 SPSS 24.0软件中进行数量化理论Ⅰ分析，结果见表4。

表2 油松天然更新影响因子对照表

表3 影响油松天然更新幼苗株数因子的原始数据反应矩阵

根据数量化理论Ⅰ模型，用最小二乘法拟合的值，模型方程式如下：

(2)

Y=-4.861X11+1.361X12+4.124X13+6.126X14+1.085X21+3.589X22+4.109X23+(-2.821X31)+3.546X32+2.154X33+1.165X41+3.798X42+(-2.134X43)

模型复相关系数R=0.979，决定系数R2=0.959，F0.05=5.251<21.026，因此该回归模型线性关系较为显著。

1.5 数据分析

利用Excel2007软件对本试验原始数据在进行初步整理与统计分析，在 SPSS 24.0软件中进行数量化数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 油松天然更新密度分析

通过实地调查从油松天然更新的密度来看，在12个标准地中有10个标准地发现了油松幼苗的存在，即有更新幼苗的标准地占总标准地的83.3%。油松平均更新密度为196株/hm2，最高更新密度450株/hm2。

2.2 影响油松天然更新因子的数量化理论Ⅰ评价

从表4中各项目得分范围和偏相关系数可以看出，各项目对油松天然更新幼苗株数影响的大小顺序：X1>X2>X4>X3，即坡向>坡位>灌木盖度>坡度。坡向的贡献明显比其他因子大，坡位的贡献仅次于坡向，灌木盖度和坡度对油松天然更新幼苗株数影响程度无明显差别。由此可知，坡向是影响兰采林区油松天然更新的主导因子。

表4 影响油松天然更新幼苗株数因子的数量化理论Ⅰ评价结果

2.3 不同坡向下的油松天然更新评价

坡向对油松天然更新的影响，主要是由坡向对生态因子(光照、温度、水分、土壤状况等)再分配引起的。不同坡向太阳辐射强度和日照时数不同，因而导致土壤理化特性和水、热状况存在较大的差异。坡向对油松天然更新影响见表5。

表5 坡向对油松天然更新的影响

从表5可知，不同坡向下油松天然更新的优次顺序：X14>X13>X12>X11，即阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡。该结果说明阴坡最适宜油松天然更新；阳坡的幼苗更新密度为38株/hm2，说明阳坡严重阻碍油松天然更新，这是因为在朝阳地区，气候恶劣，高温少雨。通常，阴坡辐射强度小、日照时间短、所获得的辐射总量比阳坡少，所以土壤的含水率高、蒸发量小，有利于种子萌发和幼苗生长发育；而阳坡辐射强度大、日照时间长、所获得的辐射总量大，土壤的含水率低、蒸发量大，加剧了高温干旱这一障碍因子，从而对更新产生不利影响。油松虽为喜阳树种，但幼树时期需要遮阴条件才能生长。

2.4 不同坡位下的油松天然更新评价

坡位对油松天然更新的影响见表6。由表可知，不同坡位下油松天然更新的优次顺序：X23>X22>X21，即下坡位>中坡位>上坡位。该结果说明下坡位更适合油松天然更新。因地表径流与长期降水作用，不同的坡位土壤质地、土层厚度、腐殖质层厚度不同，上坡位一般为土壤剥蚀，土层厚度较薄，中下坡会逐渐堆积厚腐殖层。中下坡的土层厚度、土壤水分、土壤养分皆优于上坡，故中下坡对油松天然更新具有推进作用。

表6 坡位对油松天然更新的影响

2.5 不同坡度下的油松天然更新评价

坡度对油松天然更新的影响主要体现在坡度影响着地表径流和水分在土壤中渗透速度。坡度越大土壤养分流失加重，水分也越容易流失。而且坡度大小不同影响着太阳辐射的差异，造成热量分配不同，由此会对油松天然更新产生影响。坡度对油松天然更新的影响见表7。由表可知，不同坡度下油松天然更新的优次顺序：X32>X33>X31，即斜坡(坡度15°～30°)>陡坡(坡度≥30°)>缓坡(坡度<15°)。当坡度为15°～30°时，天然更新的幼苗密度最大，为221株/hm2；坡度小于15°时，天然更新的幼苗密度最小，为142株/hm2。坡度处于中坡时，油松天然更新情况最好；坡度过大，水土流失严重，影响油松天然更新；坡度过小，人为干扰和牛羊活动频繁等因素会对油松天然更新造成影响。

表7 坡度对油松天然更新的影响

2.6 灌木不同盖度下的油松天然更新评价

适宜的灌木盖度在一定程度上可以促进油松天然更新，如减少雨水对土壤的冲刷，增加土壤肥力，避免阳光直射，为幼苗提供保护作用等。灌木盖度对油松天然更新的影响见表8。从表可知，不同灌木盖度下油松天然更新的优次顺序：X42>X41>X43，即灌木盖度中等(盖度20%～40%)>灌木盖度小(盖度<20%)>灌木盖度大(盖度≥40%)。该结果说明灌木盖度适中时，最适宜油松天然更新；灌木盖度过大时，天然更新幼苗密度仅为125株/hm2，灌木盖度过大会阻碍油松天然更新。这可能是，灌木密度过大时，强烈的竞争作用使油松幼苗无法获得生长发育所需要的水分、养分和光照，从而影响油松的天然更新；灌木密度过小时，无法为油松幼苗提供遮阴条件，在一定程度上会影响油松天然更新。

表8 灌木盖度对油松天然更新的影响

3 讨论与结论

(1)数量化理论Ⅰ对油松天然更新的影响评价排序：坡向>坡位>灌木盖度>坡度。坡向为影响兰采林区油松天然更新的主导因子，该研究结果与曹怡立等[11]对影响辽宁省章古台地区樟子松天然更新的影响因素的研究结果一致。坡向不同，温度和湿度出现差异，影响油松天然更新。坡位的变化，实际上是阳光、水分、养分和土壤条件的生态序列改变，坡位不同，土层厚度、有机质含量和土壤含水量出现差异。坡度的变化，影响着土壤养分，从而影响油松天然更新。随着灌木盖度的变化，灌木与油松幼苗之间对光照和养分的竞争发生变化，从而影响油松天然更新。

(2)坡向对油松天然更新的影响顺序：阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡。其中，阴坡、半阴坡适宜天然更新，该研究结果与刘明国等[12]对辽西半干旱地区油松人工林天然更新影响因素研究，许家铭等[13]对樟子松林天然更新的研究，魏登贤[14]对大通东峡林区青海云杉天然更新影响的研究结果一致。阴坡适合油松幼树生长，有利于油松林天然更新。

(3)坡位对油松天然更新的影响顺序：下坡位>中坡位>上坡位。其中，下坡和中坡适宜油松天然更新，初宝顺等[15]对辽宁省朝阳地区油松天然更新影响因素研究中也得到了相似的结果。随着坡位的变化，光照、土壤水分、土壤养分等发生变化。

(4)坡度对油松天然更新的影响顺序：斜坡>陡坡>缓坡。其中，斜坡适宜油松天然更新，该研究结果与北京松山油松林的天然更新结果相似[16]。从更新幼苗的生长分析，缓坡的油松幼苗长势最好，因为缓坡的土壤养分积累丰富，有利于幼苗生长。但是，缓坡上的人为和动物活动频繁，对幼苗造成破坏，从而影响油松天然更新。

综上可知，影响高寒兰采林区油松林天然更新的主导因子为坡向。阴坡、下破位、斜坡和中等灌木盖度地段油松天然更新最好。