刺槐数量化立地指数表的编制

刺槐数量化立地指数表的编制

一、编制数量化立地指数表吉县位于山西省西部洛杉矶高原南部。它是一座起伏着的山，高原，梁和谷是交错的，海鸥是水平的，水土流失严重。全县总面积的73%为黄土所覆盖,其余为土石山。该县森林覆被率约为26%,绝大部分为天然次生林;分布于土石山区,人工林只占7.5%;分布于黄土区。人工林中面积最大的是刺槐林,共98000亩,占人工林面积的63.2%。该县的刺槐林集中连片,林相整齐,生长挺拔。但在不同的立地条件下刺槐的生长表现出明显的差异,为了揭示由于立地条件的不同而反映在刺槐生长上的差异,我们试图通过编制刺槐数量化立地指数表的方法对该地区的立地质量给以评价,并进而为当地造林立地条件类型的划分进行了新的探索。近年来,国内外关于立地质量的评价已渐多的采用多元分析的方法,借助于电子计算机,使立地评价由定性走向定量。在无林的黄土地区,编制人工刺槐幼林立地指数表还是初次。但是作为一种尝试,对于研究黄土地区这一特定条件下的造林地立地条件类型划分和适地适树问题,有着一定的理论的和实践的意义。为此,我们于1978—1981年开展了调查研究工作,本文是此项调查研究工作的成果之一。所谓数量化就是通过对研究地区林地优势木与生长有密切相关的立地因子建立多元回归关系,即把自变量中的地形部位、坡向、坡度、坡位等非数量因子进行数量化转换,与因变量—地位指数(优势木平均高)建立回归方程,通过电子计算机的运算,解出方程中的参数,最后列出立地质量的得分表。使用这种表,只需将林地或无林地上几个主要的因子进行测定,根据测定结果,在评定表中查出各因子的得分值,然后总加起来,就可得出该立地的立地质量的指数值,它予示这一特定的立地条件下,营造某一树种后所属的地位指数级。这样就使有林地和无林地在立地质量评价上有了统一的标准,使以往的无林地立地质量的评定从定性的水平上升到定量的水平。为今后的集约经营,标准化,科学化提供了基础,为一定树种对不同类型立地的适地适树提供了依据。二、塬面梁坡厚土土壤条件调查地区为吉县红旗林场,地处吕梁山南端,属黄土残塬沟壑区,海拔1100—1270米。现有人工刺槐林8170亩,平均年龄17年,最大年龄为22年,平均郁闭度为0.7,15—20年生的刺槐林每亩蓄积可达4.32立方米,可出材3.02立方米。该地塬面和梁峁地形各占一半,侵蚀沟多为70—80米深,而沟道底部常有紫色沉积砂岩裸露,塬面坡度一般<8°,梁峁坡多在15—25°,沟坡多在45—80°;而沟坡坡脚部分较缓,常在30°—40°。该地的地带性土壤为黄土型碳酸盐褐土,由于长期的水土流失,原始形成的土壤剖面早已不复存在,母质特征异常明显。成土母质主要为黄土,沟坡的下半部多出现第三纪的红土和沟坡坡脚的塌积红黄土。本区冬季寒冷干燥,春季干旱,夏季高温多雨。年平均温度10℃,≥10℃年积温为3357.8℃,干燥度1.23,平均年降水量575.9毫米,无霜期172天,属暖温带半湿润森林草原区。三、立地因子的调查和分析采用典型抽样的方法在刺槐人工林中设置标准地,共计调查了刺槐林标准地178块,进行树干解析53株。标准地面积一般为600平方米(30×20米)左右,上有立木>100株,要求同一标准地内坡向、坡度、坡位、小地形等基本相同。标准地调查内容有:1.测树因子调查。2.地形部位调查。3.土壤调查。4.造林历史及林地现状调查。在进行测树因子调查时,以立木上层高作为主要指标,由于立木上层高能较好地反应立地质量对树木生长的影响,而且立木上层高受其它因素(如造林密度的变动,抚育措施等)的干扰较少,因此在进行测树因子调查时我们就以一定年龄时的上层高(优势木)作为立地指数。根据标准地内优势木株数不同,其树高变动系数的变动系数计算和所绘曲线的分析,一般认为调查5株以上对标准地内的树高变动系数就基本稳定在同一水平上,因而我们在标准地内所调查的优势木株数确定为5—10株,实测其树高和胸径,并以伐桩确定年龄。同一标准地要求立木年龄相同。立地因子的调查共分为17项,这17项是指对刺槐生长有明显影响的因子,如地形部位、坡向、坡度、坡位、坡长、坡形、(又分为直线形、凹形、凸形)、小地形(又分为平斜、凹形、凸形、凸起)、母质类型(分为黄土、红黄土、红土)、石砾含量、土壤埋藏层深度、是否风口、海拔高度、塬面、梁峁顶、梁峁坡、侵蚀沟坡、沟底等。为了对无林地造林环境条件进行分析,于梁峁地形和塬面多年撂荒的不同地形部位,不同坡向(八个方位)及不同土壤母质地段,按不同土层深度(0—20,20—40……80—100cm)测定土壤的物理性质(机械组成、透水性、总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度),化学性质(有机质、全氮、全磷、PH值)及土壤水分的变化规律(4月初—6月底,每10天测定一次,每层次进行三个重复试验)。逐个分析各立地因子对刺槐生长的影响。然后用多元回归分析的方法综合分析立地因子的影响,配置按立地因子预测刺槐生长的多元回归方程式,依此方程式进行计算,最后即可定量的预测在某一立地条件,某一年龄时的优势木平均高。整理出刺槐数量化立地指数表。本次调查的刺槐人工林,在当地14—15年生时高生长趋于减缓;另外,各标准地以14—15年生居多,因此确定14年为基准年龄,对不同年龄的树高统一换算成14年生的。四、结果与分析(一)研究区域内刺槐生长、环境条件和土壤理化性质的分析1.气候、降水和风对刺槐生长的影响刺槐喜光不耐蔽荫,但该地区刺槐的主要造林地形部位是梁峁坡、沟坡坡脚、塬面,而这些部位坡度不大,多在15—20。之间,且沟道开阔,故光照并不成为影响刺槐生长的限制因子。刺槐虽属温带树种,不耐寒冷,但对气候有较强的适应性,一般年平均气温8—14℃,年降水量500—900毫米的地方,刺槐生长较好,该地的气温、年降水量都在这一数值范围内,故它们也并不成为在这一地区影响刺槐生长的限制因子。刺槐怕风,这是得到普遍承认的事实。多在阴坡的风口处,常因林木失水过多造成抽条和遭受冻害而难以成活或成林。因而凡是在风口处,风即成为刺槐成活、成林的限制因子。由于调查是在20平方公里左右的范围内,故海拔高度及各气象指标的变化很小,各立地类型的植被特征基本近似,所以在划分立地类型时,就不作为评价立地的指标。由此可看出除阴坡的风口处以外,影响当地刺槐生长的最主要环境因子就只能是土壤水肥条件的差异。2.土壤含水量及其物理性质的分析(1)土壤含水率测定结果1981年4月30日至6月30日曾对六个地形部位(阳向沟坡、阳向梁峁坡、塬面、阴向沟坡、阴向梁峁坡、沟底)进行七次土壤水分定时定位观测,其0—100cm全剖面土壤含水率平均值见表1。然后对土壤含水率做双因素(地形部位和时间因素)方差分析,见表2,又对地形部位因素进行q检验,α=0.01,比较结果见表3。从表1,2,3的水分测定值及其检验结果可看出,不同地形部位的水分差异都是极显著的,由此就可以反映出水分条件的好坏。由好到差的排列顺序为:沟底>阴向斜坡>阴向沟坡>塬面>阳向斜坡>阳向沟坡。(2)立地条件生长环境调查地区的成土母质主要有黄土、红黄土和红土三大类。黄土较其它母质更适合于林木生长,红土最差。红土为原生母质,而红黄土多为黄土和红土的塌积母质,常见于沟坡坡脚,林木生长往往偏好。因黄土约占85%以上的面积,故这次调查仅对黄土母质的不同地形部位的荒坡进行理化性质的分析。测定物理物质在同一沟道里,于梁峁顶、阴、阳向梁峁坡,阴、阳向沟坡进行了几种主要物理性质的测定,并进行方差分析。见表4,5,6,7。分析结果表明:不同地形部位之间的土壤物理性质变化不大,无显著差异,这表明了黄土物理性质的均一性。土壤条件分析在该地,由于黄土层深厚,土壤肥力的容量因素是完全能够满足林木生长要求的。因而仅对不同地形部位的土壤肥力的质量因素—单位土体内的养分含量进行了化学性质的测定,见表8。由表8可看出不同地形部位的土壤养分均很瘠薄,阴坡稍好于阳坡。另外还可看出,不同地形部位的土壤均呈碱性反应,pH值均在8.2左右。综合以上分析可以得出这样的结论:在该地决定造林地立地质量好坏的主导因素是土壤水份,其次为土壤养份。而土壤水份和养份的差异主要是由地形因素所决定的,其影响途径就是水份和养份的承接,分配与流失的多少和形式等。在同一时期,尤其在干旱时期内土壤水份条件的差异完全由地形部位表现出来。而土壤养分的积蓄及其可利用程度又和土壤水份多寡息息相关,因而在划分立地条件类型时,利用地形因素的外部特征就可以科学地反映各个类型立地质量的差异。(二)运营表中的数据量化指数1.平均高统一材料为了比较不同立地条件刺槐优势木平均高生长的差异,需将各标准地的不同年龄的优势木平均高统一换算为一个基准年龄(14年)时优势木平均高。通过检验,表明不同年龄的树高满足正态,独立、线性、等方差条件。所以用≥14年生的优势木解析木树高资料推导出了树高改正公式(见表9),并依此算出了各标准地在基准年龄时的优势木平均高。2.对坡位因子的格局进行调节对所有标准地资料进行各调查类目出现频数的统计,凡在调查范围内极少出现的应予剔除或合并。如剔除了仅有个别标准地有另散料礓石分布,把凸起类形并入凸形类目。再有为了研究成果在实际生产中应用,将坡长统一换算为坡位因子。有些标准地的优势木平均高与相同条件下的平均水平相差很大,这是由于偶然的特殊条件所致,因而不能反映实际情况,也应予剔除。采用的方法是,在相同条件下,剔除距平均水平差距二倍标准差以外的标准地,共剔除33块。3.不同立地条件的立地因子用林地生产力的直接体现者—树高来做为划分指标。在不同立地因子上生长的刺槐分别用其改正过的基准年龄优势木平均高进行方差分析和多重比较,取α=0.10,凡两两之间差异显著或接近显著水平的,做为立地因子的分级标准,其结果:坡向分为四级,北、西、东、南。另外根据土壤水分和光照条件的相似性,将塬面记为南坡,沟底记为北坡。坡度分为四级,分为0—8°、9—23°、24—35°、>35°,并称为平、缓、陡、急坡。地形部位分为八级,塬面、梁峁顶、斜坡上、斜坡中、斜坡下、沟坡、沟坡坡脚、沟底。(大于60米的斜坡分为上、中、下部,小于60米的只记中部,沟坡坡脚部位多为塌积母质,水肥条件均优越,常生长偏好,故要单独划出以区别于沟坡。)4.数量化回归分析的结果(1)定性数据数量化将经过选择的标准地调查资料按上面的分级标准划记整理,当某个标准地在某个因子(项目)取值于某一级别(类目)时,则在此级别记1,否则记0,这样就完成了定性数据的数量化。如1号标准地的立地条件是:梁峁顶、东向坡、坡度平、黄土母质,则在梁峁顶、东坡、平坡、黄土母质四栏各记1,其余均记0(表10)。同时利用53株优势木树干解析资料,以同一年龄的平均高为因变量,以年龄对数值lnA为自变量,求出的线性回归方程为可以看出,树高与年龄对数值有高度紧密的线性关系,因此把年龄对数值作为一个自变量参加计算,这可以扩大立地指数表预测的年龄范围,又不降低精度。(2)tq—计算结果用数量化理论Ⅱ计算,只能求出n—m+1个未知数(n是类目数、m是项目数),它还要求除第一个项目外,其余各项目都划去一个类目,我们将坡向中划去了南坡,坡度中划去了急坡,母质中划去了红黄土,便可进行计算。计算是在TQ—16电子计算机上进行的,按数量化理论Ⅱ的计算步骤,用ALGOL—60语言编写程序。计算得到的不同立地条件下优势木的预测方程为:相关系数R=0.9550(3)数量化立地指数表根据计算结果,整理出数量化立地指数表(表11)。表中1、2、3、4各列分别是用一个因子、两个因子、三个因子和四个因子预测时应取的得分值。调查的因子越多,预测值就越精确。由于标准地在各个类目上分布不均匀,考虑因子少时,预测误差很大。实际上,1列和2列已不能使用,只有3列和4列可以使用。以下的讨论均以4列为基础。表中的偏相关系数,范围和年龄得分都是用四个因子预测时应取的值。不同年龄的得分值是用偏回归系数4.1204分别乘以不同年龄的对数值得到的。用数量化立地指数表即可定量的预测在某一立地条件下营造刺槐林,到某一年龄时优势木的平均高,从而定量地反映立地质量。应用时只要根据立地条件查出各立地因子的得分值,再查出所要预测的年龄得分值,将其累加即为优势木平均高。他就是刺槐优势木平均高预测方程。式中:H——优势木平均高(米)xxxx从立地指数表看出,复相关系数R高达0.9550,88.97%的样地预测误差小于10%。这说明地形部位、坡度、坡向和母质类型四个因子在当地对刺槐生长有很大影响,用这四个因子可较为准确地预测刺槐的立地指数。从各个因子的取值范围和偏相关系数可以看出,地形部位对刺槐生长影响最大,其次坡度、坡向、再次是母质类型。在同一项目中,得分值大的类目则更适合对刺槐生长。地形部位中各类目得分值的排列顺序是垣面>沟坡坡脚>沟底>斜坡下>斜坡上>沟坡上>斜坡中>梁峁顶,不同坡向的得分值是北坡>西坡>东坡>南坡;不同坡度的得分是平坡>缓坡>陡坡>急陡坡。明显地看出得分值的变化规律与土壤水分变化规律基本是一致的。这说明,在当地土壤水分与刺槐生长有着十分密切的关系。(三)主要立地因子根据上述刺槐人工林造林地各个立地因子的具体分析,以及在此基础上着重就刺槐人工林在大量标准地上优势木的平均高生长指标与各个立地因子间所建立的数量化关系得出:影响当地刺槐人工林生长的主要立地因子为地形部位、坡向、坡度、母质。而这四个主要立地因子,正如前述