鄂北岗地造林树种选择研究

佘远国，张永敢，孙启艳，林玉良，白 涛

(1. 湖北生态工程职业技术学院，湖北 武汉 430200； 2. 枣阳市自然资源与规划局，湖北 枣阳 441200；3. 丹江口市自然资源与规划局，湖北 丹江口 442700)

长江经济带是国家三大战略区域之一，长江经济带的发展以“共抓大保护、不搞大开发”为导向，坚持“绿水青山就是金山银山”的发展理念，长江经济带绿化造林无疑是“大保护”重要举措。为此，湖北省2017年开始实施 “精准灭荒”工程，至2020年，已完成13.87万hm2荒山造林。经过多年努力，湖北荒山绿化方式已经由过去的“普遍灭荒”转变为“重点清除”，昔日一些难啃的荒山硬骨头成为当下及未来一段时期国土绿化的拦路虎。鄂北岗地主要是指湖北襄阳市所辖的部分县市，有“天晴一把刀，下雨一团糟”之说，也是有名的“旱包子”。在自然因素与人为因素的双重作用下，鄂北岗地生态环境问题日益突出，水土流失面积大，土壤退化严重，森林覆盖率低、结构不合理，作用低下[1]。近20年来，历经多次工程造林，但由于树种选择错误等原因，造林不见林，造林成效低微。因此，对鄂北岗地主要困难立地造林技术开展相关研究，筛选出适宜该区域的造林树种具有重要意义。

郝明灼等[2]对南京市低山丘陵岗地造林树种选择进行研究，比较成活率、保存率及造林第二年生长情况等相关指标，筛选出薄壳山核桃、榉树、刺槐、苦楝和无患子等适宜树种。谢荣樟[3]在福建三明市梅列区陈大镇对24个乡土阔叶树种进行造林对比试验，通过比较造林保存率 、树高生长量 、 胸径 (地径)生长量及冠幅生长量，认为山乌桕、枫香、山杜英、拟赤杨 、石栎 、木荷、杨梅在闽西北山地造林表现较优, 可作为当地营造水土保持林、水源涵养林等生态公益林的首选树种。李少青[4]对三明莘口营造的13 个树种的示范林实测树高、地径、冠幅, 调查死亡株数, 计算各树种的成活率，调查各树种病虫害情况, 运用综合评分法进行评价。

目前，我国各地关于困难立地造林树种筛选、造林树种生态适应性的研究较多，但对造林树种综合评价的研究较少，针对鄂北岗地造林树种选择的研究鲜见报道。本研究采用样地调查方法，对2018年鄂北岗地“精准灭荒”工程造林项目进行调查，比较各树种造林成活率、保存率及造林第二年生长情况，结合主成分分析并聚类，综合评价各树种的造林效果，筛选适宜鄂北岗地生长的树种，以期为当地造林树种选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样地概况

鄂北岗地位于湖北襄阳市(东经110°45′～113°43′，北纬31°14′～32°37′)域内汉江东北岸地区，包括襄州区、 樊城区、枣阳市、老河口市和宜城市的部分乡镇，区域面积8 416.5 km2，占全市的42.67%。属北亚热带半湿润半干旱季风气候，年均降雨量为750～950 mm，年内降水主要集中在6—8月，占全年降水量的53.97%，暴雨多而集中、强度大，年均蒸发量为1 484.9 mm，相当于年均降水量的1.75倍；区内洪涝灾害和旱灾交替发生；海拔85～160 m，地形地貌连绵起伏。主要土壤类型为黄棕壤类，约占58%。土壤质地黏重，孔隙度小，耕性不良，有机质含量较低，保水保肥性能差，缓冲性弱，易受侵蚀[1]。调查样地在鄂北岗地“精准灭荒”工程2017年以来实施项目县市的作业区、造林小班内选择设置[5]。

1.2 造林苗木

鄂北岗地2018年实施“精准灭荒”工程以来的造林树种为11种，分属于10科(表1)，均为湖北省较常见的造林树种。苗木多为1级苗。湿地松、柏木等树种为2年生容器苗，油茶为优良品种的2年生芽苗砧嫁接容器苗，槲栎为种子直播，其他为2～3年生实生苗。苗高不等，柏木、油茶、湿地松苗高0.5～1.0 m，地径0.4～0.8 cm；其他树种苗高2.0～2.5 m，地径2～3 cm，造林时部分进行了截干处理，带土球。

表1 造林树种名录Tab.1 List of afforestation tree species

1.3 调查方法

采用标准地调查法，在全面调查了解小班基本情况的基础上，选取典型造林小班设置调查样地，样地距林缘不小于20 m，不跨河流、道路或伐开的调查线[5]。每树种选择一个有代表性的造林小班(面积大于10 hm2)，各造林小班立地条件大致相同。样地面积为0.04 hm2，形状为矩形，边长为20 m×20 m。每个小班内设置样地6个，即6次重复[6-9]。2017年11月整地，2018年2月造林。2018年9月下旬调查了造林成活率，2020年8月上旬调查造林保存率、生长状况。生长状况调查内容包括测定成活苗木冠幅、最长的新梢长度及中心主干枯死苗木数[2]。

1.4 数据处理

根据测定的冠幅值推算林分盖度。采用Excel 2010和SPSS 22.0软件进行数据统计分析，计算各指标的标准差、隶属度，进行主成分分析及系统聚类分析；对造林成活率和保存率进行方差分析、多重比较(新复极差法Ducan，α=0.05)，采用隶属函数法对指标进行模糊综合评价[10]。计算公式如下：

1)隶属度

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：R(Xi)为指标i的隶属度；Xi为指标i的测定值，Xmax和Xmin分别为所有测试材料指标i的最大值和最小值。如果指标与评价性质为负相关，则用隶属函数进行转换，其计算公式为：

R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)[10]

2)因子权重[11]

式中：Wj表示第j个因子在所有公因子中的重要程度，Pj表示各树种成活率、保存率、盖度、新梢长度、中心干枯死率等因子的贡献率。

3)综合评价

式中：Wj为权重，D值表示各树种各指标通过综合指标评价所得到的综合评价值。根据隶属度进行聚类分析，将树种分类[12-16]。

2 结果与分析

2.1 各树种造林成活率、保存率的差异

各树种造林成活率、保存率见表2。

由表2可知，造林成活率最高的树种为油茶(96.7%±2.0%)，最低的为槲栎(54.5%±3.9%)。造林第2年苗木保存率最高的树种为油茶(94.9%±2.7%)，最低的为槲栎(48%±2.9%)。方差分析结果见表3，不同树种造林成活率、保存率差异显著(P<0.05)。油茶、女贞、柏木、湿地松等树种的成活率、保存率都在85%以上，桂花、樟树、槲栎成活率、保存率都在70%以下，充分地表现了不同树种对林地的适应性差异。

多重比较结果见图1。就造林成活率而言，油茶、女贞、柏木两两比较差异不显著(P>0.05)，湿地松和柏木差异不显著(P>0.05)；重阳木、栾树、银杏和刺槐两两比较差异不显著(P>0.05)，桂花、樟树两两比较差异不显著(P>0.05)，檞栎与其他树种两两比较差异显著(P<0.05)。就造林保存率而言，油茶、女贞、柏木两两比较差异不显著(P>0.05)，刺槐和重阳木两两比较差异不显著(P>0.05)，栾树和银杏两两比较差异不显著(P>0.05)，桂花、樟树两两比较差异不显著(P>0.05)，檞栎与其他树种两两比较差异显著(P<0.05)。

表2 各树种调查指标平均值Tab.2 Average value of surveyed indexes of each tree species

表3 成活率、保存率方差分析Tab.3 Variance analysis of survival rate and preservation rate

注：竖条表示标准偏差(N=11)，柱上不同小写字母表示两两之间存在显著差异(P<0.05)。

2.2 各树种生长情况差异

各树种盖度、新梢长度及中心干枯死苗木数量存在显著差异(表2)。女贞、柏木、油茶、湿地松、银杏、刺槐的生长表现良好，新梢能正常生长，中心主干枯死苗木数量少；重阳木、栾树、樟树、桂花的生长表现一般，新梢生长量较少，中心主干枯死苗木数量多。女贞、柏木、油茶、湿地松、银杏、刺槐盖度较大，明显优于其他树种；盖度最高的树种为湿地松(0.097±0.011)，最低的为樟树(0.023±0.003 4)；一年生梢最长的为刺槐(39.8±11.58 cm)，最短的为槲栎(10.7±4.28 cm)；中心干枯死率最低的为油茶、湿地松、柏木 (0%)，最高的为栾树(46.7±3.35%)。

2.3 各树种造林指标的主成分分析

对各项指标进行主成分分析得到各造林指标的特征值及贡献率(表4)，成活率、保存率、盖度、新梢长度、中心干枯死率等因子的贡献率分别为51.24%、21.59%、16.04%、10.08%、1.04%。由此计算各指标因子的权重分别为：0.51、0.22、0.16、0.10、0.01。

2.4 各树种造林效果的综合评价

2.4.1各造林指标综合评价值

各树种造林效果不同，用单一指标较难对其综合表现进行全面科学的评价。因此，采用隶属函数法对各造林指标进行综合评价。通过隶属函数法，求得不同树种隶属函数值， 再结合各指标权重，求出综合评价值， 对综合评价值排序。综合评价值越大，造林效果越好。评价结果见表5。

表4 造林指标的特征值及贡献率Tab.4 Eigenvalue and contribution rate of afforestation indexes

表5 各树种造林指标的综合评价值及排序Tab.5 Comprehensive evaluation value and ranking of afforestation indexes of each tree species

由表5可知，各树种造林指标的综合评价值由高到低依次为油茶(0.667 7)、湿地松(0.647 2)、女贞(0.646 5)、柏木(0.562 8)、刺槐(0.514 7)、栾树(0.481 1)、桂花(0.453 5)、重阳木(0.436 4)、银杏(0.422 3)、樟树(0.421 5)、槲栎(0.391 4)。

2.4.2不同树种造林效果的聚类

基于11个树种的综合评价值进行系统聚类分析(图2)，结果显示，在欧氏距离为10时，参试树种可分为4类：最适宜的树种、比较适宜的树种、适宜性差的树种、不适宜的树种。其中最适宜的树种为油茶、湿地松和女贞，综合评价值分别为0.667 7、0.647 2、0.646 5；比较适宜树种为柏木和刺槐，综合评价值分别为0.562 8、0.514 7；适宜性差的树种为栾树、桂花、重阳木、银杏、樟树，综合评价值分别为0.481 1、0.453 5、0.436 4、0.422 3、0.421 5；不适宜的树种为槲栎，综合评价值0.391 4。整体来说，油茶综合评价值最高，造林效果最好；槲栎综合评价值最低，造林效果最差。

图2 11个造林树种造林效果综合评价值聚类Fig.2 Clustering analysis of comprehensive evaluation value of afforestation effect of 11 tree species

3 讨论

在造林措施相同的情况下，各树种造林成活率、保存率的高低反映出该树种对造林立地环境的适应程度, 是衡量该树种在该地区或者类似地区能否适应生长的首要因素[3]。成活率、保存率是验收造林成败的标准，常作为树种选择的依据。但是有些树种造林成活率、保存率虽然较高，造林第二年生长却表现不良，中心主干枯死的现象较为严重，生长缓慢，难以成林[2]。所以，仅用成活率、保存率进行造林效果分析与评价存在明显不足，还应该结合生长表现进行。相关研究认为，造林效果评价指标应该涉及成活率、保存率、地径、胸径、树 高、枝下高、冠幅、材积、病虫害情况等[3-4,17]。本研究采用的造林效果评价指标是成活率、保存率、盖度、新梢年均生长量、中心主干枯死率，能较全面地反映造林效果，并且调查操作比较简易。

由于造林小班分布无规律、种植点不规则、苗木规格不同等原因，采用标准地调查测定比较方法，数据统计分析较难按照随机区组试验设计方法。另外，对造林效果的评价分析，除成活率、保存率外，其他生长指标难以进行差异显著性检验。本研究采用隶属函数分析法对各指标进行综合分析，以期弥补单项指标评价造林效果的缺陷。该法根据隶属函数值及各指标所占权重，计算不同树种的造林效果综合评价D值[12-16]。由于D值不仅与各指标间的关联性相关，也与各指标的权重相关，所以利用其对造林效果进行评价更具有系统性和科学性。本研究根据综合评价D值进行聚类分析，可将各造林树种划分为最适宜的树种、比较适宜树种、 适宜性差的树种、不适宜的树种4 个类群，为困难立地造林树种选择提供了依据。

本研究中，栾树、桂花、重阳木、银杏和樟树等绿化苗木造林后均有中心主干枯死的现象发生，有的树种非常严重，而油茶 、湿地松和刺槐均未发现有该现象。这可能有两方面的原因：(1)城市绿化树种不适合荒山造林—城市绿化养护水平高，栾树、桂花、重阳木、银杏和樟树等绿化苗木用于城市绿化，绿化效果好，少有中心主干枯死的现象发生。(2)与苗木规格有关—因绿化苗木规格比较高，苗木高度2 m以上，地径2～3 cm，苗大就需要补充更多水分，山上造林不可能经常浇水，水分供应不足，导致中心干枯死，在根部长出一些萌生枝条。而油茶、湿地松和刺槐采用小苗、容器苗造林，高度1 m以下，地径1 cm以下，苗木成活后，直接抽发新梢。因此，在鄂北岗地等一些困难立地上造林，应注重苗木规格的选择，用容器苗、小苗造林一定程度上能降低失败风险，造林的效果较好[2]。

4 结论

油茶、湿地松、女贞、柏木、刺槐综合表现较优，可作为鄂北岗地造林的首选树种，樟树、桂花、槲栎综合表现较差，不宜在鄂北岗地造林。

本研究仅对造林起初3年苗木的生长表现进行了分析，今后还需长期监测其后续生长表现，进一步探究不同树种的生长潜力及水土保持效益，为鄂北岗地造林树种筛选、提高造林成效提供更加坚实的依据。