南方丘陵山地泡桐人工林立地类型划分与质量评价

庞宏东，李 玲，杨代贵，唐万鹏

（1.湖北省林业科学研究院，湖北 武汉 430075；2.荆门市彭场林场，湖北 荆门 448269）

立地是森林生产力的基础，对森林更新、树种选择、地力维持和经营管理至关重要[1]。立地质量是影响林分生产力的关键要素[2]，对森林立地质量进行准确评价是科学营林的前提和合理利用林地的基础[3-4]。立地质量评价就是评判或预估某一立地的宜林性或潜在的生产力，其评价方法可简单归纳为直接和间接评价法，而地位指数法是间接评价法中最常用的方法[5-8]。

泡桐Paulowniaspp.是我国特有的重要的优质速生用材树种之一，在国内25 个省市自治区有自然分布和人工栽培[9]。因其具有分布广泛、种质资源丰富、优质、速生、繁殖容易、适应性强、用途广泛并适于农林复合经营等优良特性，而一直受到国际社会的重视[10]。湖北、湖南、江西等等南方省区作为泡桐原产地之一，最佳适生分布区，泡桐资源丰富，栽培历史悠久，栽培面积较大。江西省鄱阳县仅在2008—2010年这3年间就大规模种植泡桐约1.53 万hm2[11-13]。由于南方丘陵山区土地资源丰富、水热和气候条件优越，因此，泡桐在南方丘陵山区发展潜力巨大。

对泡桐人工林立地的研究起步较早，但研究的学者较少，潘国兴等[14]、李铁华等[15]对黄淮海平原、淮北平原等地的泡桐人工林进行研究，编制了泡桐立地指数表，划分了立地类型并进行立地质量评价。但关于南方丘陵山地泡桐人工林立地质量的研究鲜见报道。长期以来缺少对泡桐人工林立地质量的准确评价，严重制约了泡桐在本地区的发展与提高。因此，本研究以湖北、湖南、江西等南方3 省丘陵山地的泡桐人工林做作为研究对象，筛选出主导立地因子并划分立地类型，在分析泡桐人工林林分胸径生长过程的基础上，编制了南方丘陵山地泡桐人工林立地指数表，并以所编制的立地指数表对所划分的立地类型进行立地质量评价，为南方丘陵山地泡桐大径材林培育提供理论依据。

1 研究区域和方法

1.1 研究区域

研究区域包括湖北省（钟祥市、东宝区、京山市、咸安区、赤壁市、崇阳县、松滋市）、湖南省（湘阴县）和江西省（共青城市、鄱阳县）等3省10县（市、区）的泡桐人工林。这3 个省的泡桐人工林主要处于北亚热带季风气候区，光照充足，雨量充沛，无霜期长；冬冷夏热，四季分明，降水季节分配不均，春夏多雨，秋冬干旱；地形以丘陵山地为主，海拔高度为10～400 m；地带性土壤主要有黄壤、黄棕壤、红壤、砖红壤等。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置及调查方法

在湖北省、湖南省及江西省等3 省不同立地类型的泡桐人工林中设置20 m×20 m 标准样地115 块，其中湖北省75 块、湖南省16 块，江西省24 块。对样地内所有泡桐进行每木调查。同时详细记录每块样地的坡向、坡位、坡度、海拔、土壤类型、土壤质地、土层厚度、石砾含量、地形地貌等立地因子以及林龄、品种、造林密度、抚育管护等林分基本情况。在每个样地中选出5株胸径最大的优势木，计算出该样地优势木平均胸径。

在每个调查样地内开挖1 个典型土壤剖面，调查样地土壤名称、土层厚度、石砾含量、腐殖质层厚度、母质层状况等；将土壤剖面机械分为3层（0～10、10～30、＞30 cm），分层采集环刀土带回实验室测定土壤容重等物理性质指标。

1.2.2 数量化理论Ⅰ模型的建立

根据南方丘陵山地泡桐产区地形特点和研究需要，选择了坡度、坡向、坡位、海拔、土壤质地、石砾含量、土壤容重等7 个主要立地指标作为影响因子，将这7 个影响因子项目分解成3～5个类目（表1）。运用数量化理论Ⅰ[16]，构建各立地因子与泡桐优势木年均胸径之间的反应矩阵，建立多元线性回归模型[16]。根据模型运行结果，筛选出主导立地因子。

表1 影响因子水平划分Table 1 The factors terms and categories

2 结果与分析

2.1 泡桐人工林立地类型划分

2.1.1 立地因子分析

根据数量化理论I 的分析结果（表2），泡桐人工林优势木年均胸径与立地因子之间偏相关系数由大到小为：坡向（0.34）＞石砾含量（0.248）＞海拔（0.195）＞土壤质地（0.188）＞坡度（0.109）＞土壤容重（0.098）＞坡位（0.061），且t检验结果表明坡向、石砾含量与优势木年均胸径的相关性为极显著水平（P＜0.01），海拔、土壤质地与优势木年均胸径的相关性为显著水平（P＜0.05）。因此坡向、石砾含量、海拔、土壤质地等4 个立地因子均可作为影响泡桐人工林立地质量的主导因子。

表2 立地因子数量化回归分析结果†Table 2 Quantity regression result of site factors

2.1.2 立地类型划分

为方便在实际生产中的应用，立地类型的划分不宜过多。因此根据筛选出的主导立地因子，选择偏相关系数最大的坡向和石砾含量2 个立地因子对泡桐人工林立地类型进行划分，最终将南方丘陵山地泡桐人工林的立地类型划分为12 个类型，具体结果见表3。

表3 南方丘陵山地泡桐人工林立地类型Table 3 Site types of Paulownia plantation in the hilly area of South China

2.2 泡桐人工林立地指数表编制

2.2.1 数据整理

编制立地指数表时，通常利用林分平均年龄和优势木平均高的相关性来进行编制，以标准年龄时的优势木树高来反映立地质量的高低。由于泡桐具有假二叉分枝习性，且分枝多，易造成树高数据的不准确性，因此，在本研究中以优势木平均胸径代替优势木平均树高，即用林分平均年龄和优势木平均胸径的相关性作为立地质量评定的因子[14]。对于标准地调查的结果，按林龄分别统计出平均年龄和优势木平均胸径，并按公式（1）计算各林龄的胸径标准差：

式中：Si为第i龄阶树高标准差；Dij为第i龄阶中第j株优势木胸径（j=1,2,3,···,ni）；ni为第i龄阶中优势木株数。

各龄阶以平均优势木为准，综合考虑各龄阶胸径值变化范围，确定以1 倍胸径标准差为范围剔除本龄阶内数据异常的优势木。剔除异常数据后，以龄阶为单位，重新统计、计算优势木平均胸径和优势木株数，结果见表4。

表4 优势木特征统计Table 4 Statistical characters of the dominate trees

2.2.2 导向曲线的选择

根据115 个标准样地调查数据，以平均优势木胸径作为评价指标，选用多种曲线方程进行拟合，经相互比较后，采用对数曲线式方程作为导向曲线方程，方程式为：D=a+blgA，其中D为胸径，A为年龄，a、b为系数。通过计算，得到该曲线方程为：D=2.696 1+22.528 7lgA。

2.2.3 基准年龄和指数级距的确定

目前基准年龄的确定方法没有一个统一的规定，由于泡桐胸径的平均生长量和连年生长量的最大值一般都在12年生以前，轮伐期也在12年生左右，同时结合样地调查数据，确定基准年龄为12 a。考虑到泡桐的速生特性，确定指数级距为4 cm。

2.2.4 立地指数表的编制

以导向曲线为基础，按基准年龄时胸径值和指数级距，采用相对优势胸径法进行立地指数表的编制，其计算公式为Dij=Kj×Dij，式中Dij为第i龄阶第j指数级调整后的胸径；Kj=Doj/Dok为各龄阶立地指数的调整系数，其中，Doj为基准年龄时第j指数级的胸径；Dok为基准年龄时胸径理论值。根据上述计算结果，整理后得到泡桐人工林的立地指数表（表5）。

表5 南方丘陵山地泡桐人工林立地指数Table 5 The site index table of Paulownia plantation in the hilly area of South China

2.2.5 立地指数表的检验

2.2.5.1 卡方检验

利用115 株平均优势木解析木的年龄和胸径值，在所编立地指数表中查出其对应的立地指数，再求出各龄阶的胸径理论值DE，然后与解析木的实际胸径值DO进行X2检验[17]，检验公式为：

通过计算得出χ2=2.474 7，远远小于χ20.05(115-1)的值，检验结果表明其胸径理论值和实际值无显著差异，检验合格。

2.2.5.2 落点检验

将编表所用404 棵优势木的胸径值作散点图，然后绘制在立地指数曲线簇图上（图1）。结果表明，有392 株优势木落在所编制的立地指数曲线图内，达到97.0%，检验合格。该结果表明，所编的立地指数表能够很好地表现出这一地区泡桐的立地质量，能够指导实践应用。

图1 泡桐人工林立地指数曲线落点检验Fig.1 Test of falling point for site index curves of Paulownia plantation

2.3 立地质量评价

以所编制的泡桐立地指数表对115 块泡桐人工林标准地所划分的12 种立地类型进行立地质量评价（表6），将立地指数划分为3 个等级：较差立地指数水平（18～22 指数级），中等立地指数水平（26 指数级）和较高立地指数级（30～34指数级）。评价结果表明处于较差立地指数水平的样地共有12 个，占10.43%；处于中等立地指数水平的样地有44 个，占38.26%；处于较高立地指数水平的样地有45 个，占39.13%。以上结果说明南方丘陵山区泡桐人工林立地质量总体上处于中等以上水平。

表6 立地质量评价Table 6 Evaluation of site quality

阳坡处于较高立地指数水平的样地有6 个，占阳坡样地的15.38%；处于中等立地指数水平的样地有32 个，占82.05%；处于较差立地指数水平的样地有1 个，占2.57%。阴坡处于较高立地指数水平的样地有20 个，占阴坡样地的48.78%；处于中等立地指数水平的样地有21 个，占51.22%。半阴半阳坡处于较高立地指数水平的样地有19 个，占54.29%；处于中等立地指数水平的样地有15 个，占42.86%；处于较差立地指数水平的样地仅有1个，占2.85%。可见阴坡和半阴半阳坡泡桐人工林立地质量以较高立地指数水平和中等立地指数水平为主，而阳坡泡桐人工林立地质量主要以中等立地指数水平为主，且阴坡和半阴半阳坡处于较高立地指数水平样地的比例显著大于阳坡。因此，阴坡和半阴半阳坡比阳坡更适宜作为培育泡桐大径材林的立地类型。

在12 种立地类型中，半阴半阳坡低石砾含量和阴坡低石砾含量这2 个立地类型处于较高立地指数水平的样地最多，均为13 个，分别占到各自立地类型样地总数的65.00%和61.90%；半阴半阳坡较低石砾含量立地类型处于较高立地指数水平的样地有4 个，占该类型样地总数的57.14%；这3 个立地类型处于较高立地指数水平的样地占各自立地类型样地总数的比例均在50%以上，生产潜力最高，最适宜作为培育泡桐大径材林的立地类型。

3 结论与讨论

3.1 结 论

不同立地因子对泡桐生长影响的贡献大小排序为：坡向＞石砾含量＞海拔＞土壤质地＞坡度＞土壤容重＞坡位。根据数量化理论I 的分析结果，坡向和石砾含量是影响南方丘陵山地泡桐人工林生长的主导立地因子。以坡向和石砾含量这2个主导立地因子对泡桐人工林立地类型进行划分，最终将南方丘陵山地泡桐人工林的立地类型划分为阳坡低石砾含量、阳坡较低石砾含量等12 个立地类型。

根据115 个标准样地调查数据，建立林分平均优势木胸径与林龄对应关系的导向曲线D=2.696 1+22.528 7lgA，根据该曲线模型推导编制了南方丘陵山地泡桐人工林立地指数表，经卡方检验和落点检验表明所编制的立地指数表与平均优势木的胸径生长过程无显著差异，能够指导实践应用。应用所编制的立地指数表对南方丘陵山地泡桐人工林进行立地质量评价，可将泡桐人工林立地质量划分为较差立地指数水平、中等立地指数水平和较高立地指数水平3 个等级。其中，处于中等以上立地指数水平的样地占77.39%，表明南方丘陵山区泡桐人工林立地质量总体上处于中等以上水平。在12 种立地类型中，半阴半阳坡低石砾含量、阴坡低石砾含量和半阴半阳坡较低石砾含量这3 个立地类型生产潜力最高，最适宜作为培育泡桐大径材林的立地类型。

3.2 讨 论

坡向作为重要的立地因子，直接或间接地影响树木的生长，营养状况以及林分发展[18]。不同坡向因太阳辐射强度及日照时数的差异，致使水热状况不同，进而影响光合作用和有机质的积累[19]。有研究表明，坡向对油松、水曲柳等树种的生长影响明显[20-21]。段劼等[22]在对北京地山地区油松人工林进行立地质量评价时发现油松生长在阴坡立地条件时，处于较高立地指数水平的样地比例最大，这与本研究结果较为相似。张顺平等[18]的研究也表明，坡向对泡桐幼龄林胸径、苗干高、蓄积量等生长指标均有极显著影响。但涂佳[23]在研究了泡桐人工林不同立地因子与蓄积量的关系后发现土层厚度、坡位和母岩是影响泡桐人工林立地质量的主导因子，这可能与样地调查范围、立地因子选择的不同有关。泡桐为阳性树种，但其生长期对土壤水分较为敏感，南方丘陵山地水热条件丰富，但也存在明显的季节性干旱现象。阴坡和半阴半阳坡在干旱季节由于受到太阳辐射直接照射的时间较短，土壤水分蒸发量要少于阳坡，导致土壤含水量要高于阳坡，从而保证了泡桐的正常生长。因而在南方丘陵山地阴坡和半阴半阳坡立地类型的生产潜力要高于阳坡。

影响人工林生长的因素众多且较为复杂，除了立地条件外，造林苗木的品种品系、造林方式方法以及林地管护水平都对人工林生长有着巨大影响。由于所调查的泡桐人工林多为私人老板所造，大部分为异龄林，造林密度也不一致，林地的管护水平更是差异巨大，而本研究只对立地因子进行了比较分析，并没有考虑这些因素的影响，因此，这可能会导致分析结果与实际情况存在一定的差异。大部分泡桐林地均位于地势较为平坦、土层深厚的丘陵坡地上，立地条件较为接近，立地因子的差异性也较小，这可能也是导致分析结果与别的学者研究结果不一致的原因之一。

本研究所调查的区域仅局限于湖北省、湖南省、江西省的部分地区，未能完全覆盖南方丘陵山地适宜种植泡桐的地区，研究结果无法全面反映整个南方丘陵山地泡桐人工林的整体状况，研究结果仅能代表调查所在地泡桐人工林的现实情况。土壤肥力是土壤各方面性质的综合反映，是立地质量的重要因素，在林业生产中具有重要意义，本研究在评价南方丘陵山地泡桐人工林立地质量时未将其考虑进去，这可能也是导致分析结果与别的学者研究结果不一致的因素之一。南方丘陵山地泡桐人工林土壤肥力质量现状、影响不同立地条件下泡桐人工林土壤肥力质量差异的主要因素以及影响泡桐人工林生长的土壤肥力指标等将是下一步研究的重要方向。