浑善达克沙地东南缘立地条件对樟子松人工林生长影响研究

孙艳丽，党晓宏,2，田子金

(1.内蒙古农业大学 沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010018; 2.内蒙古杭锦荒漠生态系统国家定位观测研究站，内蒙古 鄂尔多斯 017400；3.赤峰市翁牛特旗毛山东乡人民政府，内蒙古 赤峰 024005)

1 引言

浑善达克沙地位于我国北方典型草原区向旱作农业区过渡地带，不仅是中国北方荒漠化最严重的地区之一，而且也是沙尘暴主要沙尘源之一。其荒漠化和沙化灾害使得草场资源被破坏，植被覆盖率仅有15%，造成的经济损失达55675万元/年，沙尘暴波及北京等地，严重威胁当地及周边地区人民的生产生活。为此，我国于2000年、2011年分别启动京津风沙源治理工程、百万亩樟子松造林工程，减缓浑善达克沙地荒漠化和沙化灾害对当地及周边地区生态环境的破坏[1～4]。

樟子松(Pinussylvestrisvar.Mongolica)，属松科(Pinaceae Lindl.)、松属(PinusLinn)的常绿乔木，具有喜光性强、耐寒性强、抗逆性强、寿命长等特点，在我国北方沙区广泛栽植并起到了防风固沙、改善小气候等显著作用[5～7]。前人对沙地樟子松生长状况的研究包括：樟子松在榆林天然固定沙地上的长势优于人工固定沙地[8]；罗玲等[9]对榆林沙区5种立地条件下樟子松生长特性研究发现，丘间低地树高和胸径生长状况最好，沙丘顶部树高和胸径生长状况最差；在章古台沙地丘间低地、迎风坡、丘顶三种立地条件下，丘间低地樟子松长势最好，其余两种立地由于水分条件的恶化，生长受到抑制[10]。由此可知，立地条件是影响林木生长和林分生产力的重要因素。樟子松作为浑善达克沙地东南缘主要防风固沙造林树种之一[11]。前人研究了浑善达克沙地东南缘樟子松人工林群落演替、更新状况、土壤水分动态对降雨入渗的响应等内容[11，12]，对于浑善达克沙地东南缘不同立地条件下樟子松人工林生长状况的研究相对较少。

本文通过对浑善达克沙地东南缘6种立地条件下(平坡地、阳陡坡底、阳陡坡中、坡顶、阴陡坡中、阴陡坡底)栽植的樟子松人工林生长状况进行实地调查，不仅可以从宏观上了解森林的总体生长状况，得出最适合樟子松生长的立地条件，且为浑善达克沙地樟子松人工林的抚育和营林措施提供策略，有助于今后沙地人工林的栽植[13，14]。

2 材料与方法

2.1 试验地概况

试验地位于浑善达克沙地东南缘(115°52′～117°04′E，41°45′～42°39′N)，海拔1150～1800 m。试验地属于中温带半干旱向半湿润过渡区的典型大陆性季风气候，具有春季多大风(最大风速可达24 m/s)，夏季时间短，冬季漫长的气候特征。年降水量385 mm，年均气温1.6 ℃，年日照时数3073 h，无霜期100 d左右。试验地地貌复杂多样，土壤类型主要以栗钙土、风沙土为主[15～18]，栽植的人工植被包括樟子松、油松、红松、山杏等，天然植被有沙地榆、桦树、云杉、杨树等[19，20]。

2.2 试验材料

试验材料为2011年栽植的樟子松人工林，樟子松栽植前需在苗圃适应性抚育2～3 a，起苗前浇足水，运苗时做到不脱杯，栽植方式为开沟栽植，株行距为1 m×3 m。

2.3 试验方法

对试验地内立地条件进行调查并划分，各立地条件下分别设置20 m×20 m的乔木样方，样方内每隔2棵测定其生长指标，每个样方内共测定30株。

2.3.1 立地条件的划分

研究区立地条件划分遵循综合性、主导因素、多级序、简明实用性原则，结合研究区地质地貌特点，选取坡度、坡位、坡向为主导因素，依据《森林资源规划设计调查主要技术规定》，将研究区划分为平坡地、阳陡坡底、阳陡坡中、坡顶、阴陡坡中、阴陡坡底6种立地条件[21]。

2.3.2 径级的划分

根据统计学原理，樟子松的径级采用上限排外法划分[22]，将樟子松的径级结构划分为8级，Ⅰ级：<5 mm；Ⅱ级：5～10 mm；Ⅲ级：10～15 mm；Ⅳ级：15～20 mm；Ⅴ级：20～25 mm；Ⅵ级：25～30 mm；Ⅶ级：30～35 mm；Ⅷ级：>35 mm。

2.3.3 高度级的划分

根据统计学原理，樟子松的高度级采用上限排外法划分[22]，将樟子松的高度级结构划分为9级，Ⅰ级：<1.0 m；Ⅱ级：1.0～1.3 m；Ⅲ级：1.3～1.6 m；Ⅳ级：1.6～1.9 m；Ⅴ级：1.9～2.2 m；Ⅵ级：2.2～2.5 m；Ⅶ级：2.5～2.8 m；Ⅷ级：2.8～3.1 m；Ⅸ级：>3.1 m。

2.3.4 树冠冠幅分级

根据统计学原理，樟子松的冠幅级采用上限排外法划分[22]，将樟子松的冠幅级结构划分为10级，Ⅰ级：<60 cm；Ⅱ级：60～70 cm；Ⅲ级：70～80 cm；Ⅳ级：80～90 cm；Ⅴ级：90～100 cm；Ⅵ级：100～110 cm；Ⅶ级：110～120 cm；Ⅷ级：120～130 cm；Ⅸ级：130～140 cm；Ⅹ级：>140 cm。

2.4 项目测定

用精度为0.1 cm的卷尺测量样方内樟子松株高、冠幅和节间距，用游标卡尺测定其胸径和节间直径。节间距和节间直径由下至上测量，最底层主枝上两个侧枝的距离为一级节间距，一级节间距的径粗为一级节间直径，以此类推，由于研究区樟子松人工林进行过补植，所以本实验只选取了由下至上共7个节间距、节间直径进行分析。

2.5 数据分析

运用Excel 2010对樟子松生长指标数据进行整理，对不同立地条件下樟子松各生长指标进行分级，采用SPSS 25.0软件对各指标进行相关性分析和单因素方差分析(One-way ANOVA)。并运用Origin 2021对株高、冠幅、胸径进行回归分析和绘图。

3 结果与分析

3.1 不同立地条件樟子松生长指标比较

如图1所示，坡顶樟子松平均高度为1.40 m，Ⅲ级最多，占总株数的8.99%；阳陡坡中樟子松平均树高为1.76 m，Ⅳ级最多，占比为6.11%；阳陡坡底樟子松平均树高为2.14 m，Ⅳ、Ⅵ级最多，共占总株数的4.44%；阴陡坡中樟子松平均树高为2.00 m，Ⅴ级最多，占比为6.11%；阴陡坡底樟子松平均树高为1.98 m，Ⅳ级最多，占总株数的6.11%；平坡地樟子松平均树高为1.87 m，Ⅴ级最多，占比为4.44%。由此可以看出，由于所处的立地条件不同，导致土壤养分、水分、光照强度等产生差异，阳陡坡底樟子松平均树高最大。

坡顶樟子松平均冠幅为78.15 cm，Ⅲ级最多，占总株数的4.44%；阳陡坡中樟子松平均冠幅为93.58 cm，Ⅴ级最多，占比为5.00%；阳陡坡底樟子松平均冠幅为108.65 cm，Ⅴ、Ⅷ级最多，共占总株数的3.33%；阴陡坡中樟子松平均冠幅为99.78 cm，Ⅴ级最多，占总株数的5.00%；阴陡坡底樟子松平均冠幅为103.07 cm，Ⅵ级最多，占比为4.44%；平坡地樟子松平均冠幅为89.93 cm，Ⅴ级最多，占总株数的3.89%。综上可知，阳陡坡底樟子松平均冠幅最大，坡顶樟子松平均冠幅最小，相比阳陡坡底小18.72 cm。

坡顶樟子松平均胸径为12.45 mm，Ⅲ级最多，占总株数的11.67%；阳陡坡中樟子松平均胸径为18.72 mm，Ⅲ级最多，占比为5.56%；阳陡坡底樟子松平均胸径为25.05 mm，Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ级最多，共占总株数的3.33%；阴陡坡中樟子松平均胸径为22.30 mm，Ⅴ级最多，占比为5.56%；阴陡坡底樟子松平均胸径为22.28 mm，Ⅴ级最多，占总株数的6.11%；平坡地樟子松平均胸径为19.51 mm，Ⅳ级最多，占比为3.89%。结果表明：不同立地条件下樟子松平均胸径具有差异，樟子松平均胸径呈阳陡坡底>阴陡坡中>阴陡坡底>平坡地>阳陡坡中>坡顶的趋势。

3.2 不同立地条件樟子松生长指标的相关性

由表1可知，各立地条件下樟子松株高、胸径、冠幅间显著相关，R值均在0.86以上。其中，阳陡坡底樟子松株高、胸径、冠幅间相关系数最大，均为0.99；樟子松节间距与节间直径间呈现显著负相关(-0.56≤R≤-0.28)。樟子松株高、冠幅、胸径与节间距、节间直径之间不相关。

图1 不同立地条件樟子松高度级、冠幅级、径级比较

表1 不同立地条件樟子松生长指标相关性分析

对浑善达克沙地东南缘6种立地条件下樟子松株高、胸径、冠幅分析可知(图2)，坡顶、阳陡坡底樟子松株高、胸径、冠幅与其它立地樟子松株高、胸径、冠幅之间基本表现为差异显著(P<0.05)，阳陡坡中、阴陡坡中、阴陡坡底、平坡地樟子松株高、胸径、冠幅之间基本表现为差异不显著(P>0.05)。

各立地条件下均表现为第六、七节间距最大(图3)，第二、三、四、五节间距相对较小；6种立地条件间第一节间距均无显著差异(P>0.05)；坡顶、阳陡坡中、阳陡坡底、阴陡坡中、阴陡坡底5种立地樟子松第一、七节间直径差异极显著(P<0.05)；第三、四节间直径表现为阳陡坡底、阴陡坡底分别与平坡地差异显著。各立地条件下，节间直径由下至上呈递减趋势。

注：图中标不同小写字母表示各立地条件间株高、胸径、冠幅差异显著

注：图中标不同大写字母表示同一立地不同指标间差异显著，不同小写字母表示不同立地同一指标间差异显著

3.3 不同立地条件樟子松生长指标回归分析

各立地条件下樟子松株高与胸径、株高与冠幅、胸径与冠幅间相关关系较高(图4)，其中，阳陡坡底樟子松株高与胸径间相关系数R2=0.98，为最大值，比平坡地樟子松株高与胸径间相关系数最小值R2=0.68大0.2；各立地条件下樟子松株高与冠幅间相关系数(R)呈阳陡坡底R2=0.98>阴陡坡底R2=0.97>阳陡坡中R2=0.95>坡顶R2=0.91>阴陡坡中R2=0.90>平坡地R2=0.67的趋势；各立地条件下樟子松胸径与冠幅间相关系数(R)值由大到小的排序为：阳陡坡底R2=0.98>平坡地R2=0.97>坡顶(R)R2=0.96>阴陡坡底、阳陡坡中R2=0.93>阴陡坡中R2=0.75。结果表明，樟子松株高、胸径、冠幅间相互制约，共同成长。

4 讨论

4.1 不同立地条件下樟子松人工林长势

本研究显示，樟子松人工林坡顶的长势最差，坡底的长势最好。在干旱、半干旱地区，水分是影响植被生存和生长的重要因素[23，24]，土壤含水量与植被的生长呈正相关关系[25]，由于重力作用，坡顶储存雨水量较小，大部分雨水顺流而下，储存在坡底，这就造成了不同立地水分空间分布的差异性[26]。经实地调查后可知，坡顶植被盖度为39.20%，阳陡坡中植被盖度为49.28%，阳陡坡底植被盖度为59.92%，阴陡坡中植被盖度为56.00%，阴陡坡底植被盖度为55.44%，平坡地植被盖度为52.36%，坡顶植被盖度最低，对雨水拦截作用小，阳陡坡底植被盖度最高，对雨水拦截作用很大，这可能是导致樟子松在坡底长势好、坡顶长势差的原因之一。

图4 不同立地条件下樟子松株高与胸径、株高与冠幅、胸径与冠幅拟合关系

4.2 不同立地条件下樟子松人工林节间距

各立地条件下樟子松第二、三、四节间距相对较短，第七节间距较长，主枝节间距代表1年的生长量，第二、三、四、七节间距分别对应代表2012、2013、2014、2017年樟子松的生长量。降水作为植被生长的主要限制因子，对植被生长影响作用较大，植被的光合作用、蒸腾作用等生理生化过程需要水分参与，水分减少会导致植被光合速率下降，有机物产量降低[27～30]。由图5可知，2012、2013、2014年多伦县降水量较其它年份低，2017年降水量为历年最高，这可能是导致樟子松由下至上第二、三、四节间距最短，第七节间距最长的原因之一。6种立地条件间第一节间距均无显著差异(P>0.05)，经实地调查并访问当地技术员，樟子松在栽植第一年，为保证其成活，会根据当年的降雨决定是否浇水，所以可能会导致栽植第一年各立地间樟子松生长量无显著差异。

图5 多伦县2011～2019年均降水量

5 结论

(1)各立地条件下樟子松人工林平均株高、胸径、冠幅均表现为阳陡坡底最大，坡顶最小，樟子松节间直径由下至上呈递减趋势，且坡底直径最大，坡顶最小。

(2)各立地条件下樟子松株高、胸径、冠幅间呈显著正相关(0.86≤R2≤0.99)，节间距、节间直径间呈显著负相关(-0.56≤R2≤-0.28)。

(3)综合分析认为，阳陡坡底樟子松人工林相比于其他立地条件长势最好，坡顶樟子松人工林长势最差，从人工林抚育和营林措施角度，建议加强对坡顶樟子松的抚育营林措施。