西宁市油松人工林立地质量评价

高云鹤 周旭 司剑华*

（青海大学农牧学院，西宁810016）

摘要：为了解西宁市油松人工林的立地质量，以西宁市油松人工林为研究对象，运用数量化理论Ⅰ方法，确定了影响西宁市油松人工林的3个立地主导因子，并将样地划分为12个立地类型。建立油松人工林数量化立地质量评价模型，对西宁地区油松人工林立地质量进行评价。结果表明，西宁地区油松人工林立地质量优等级的占29.17%、中等级的占50%、差等级的占29.83%，西宁市油松人工林立地质量处于中等以上的水平。

关键词：油松；人工林；立地分类；立地质量评价

中图分类号:S718文献标识码:A文章编号:1005-9393(2022)02-0047-07

作者简介:高云鹤(1997-),男,在读硕士研究生,主要研究方向：森林健康评价及抚育。E-mail:1529598292@qq.com。

*通讯作者:司剑华(1970-),男,教授,主要从事森林培育研究。E-mail:sijianhua1@163.com。

基金项目:青海省科技厅项目科技合作专项“西宁市不同林分变化与气候及土壤水生态的耦合机制研究”(2019-HZ-809)、应用基础研究项目“西宁市南北山主要造林树种森林生态系统生态水文过程研究”(2020-ZJ-763)。

油松（Pinu stabulaeformis.）为松科（Pinaceae Spreng.exF.Rudolphi）针叶常绿乔木，喜光、深根性树种，抗寒能力较强，喜温凉气候，在土层深厚、排水良好的黄土上能良好生长，适应性和抗逆性较强，有良好的保持水土和保护环境的效能，是中国的特有树种。油松目前广泛应用于青海省造林工作中，但是由于长期以来管理措施欠缺，缺乏营养，立地条件逐渐恶化，使得生长环境不适应油松生长的需求，油松生长发育较差，长势参差不齐，因此立地质量评价对油松的生长十分有意义。

森林立地是指影响森林生产能力因素的总和，立地质量的好坏直接影响森林的生长和发育^[1]，通过对立地质量的研究，可以改进营林、育林等经营管理措施，充分发挥林地的生产潜力。19世纪70年代至20世纪70年代世界上已经有越来越多的国家开始将这项工作视为林业领域中的重点^[2-8]。上世纪50年代开始，我国才相继开展关于森林立地的研究，从不同方向对立地质量进行了研究^[9-12]。在青海省西宁市，已有学者对油松的立地条件^[13]、不同种类的造林成活率^[14]、苗木施肥的影响^[15]、病害的发生状况[16]进行了研究，然而，对西宁地区油松人工林立地质量评价的研究尚未见报道。

本试验以西宁市油松人工林为试验对象，对油松进行以实地调查为基础的立地质量评价研究，通过试验结果客观反映西宁市油松人工林的生长状况，从而为西宁市各林场栽植油松选择合适的立地条件、充分利用林地生产潜力、提高油松人工林的立地质量以及为油松人工林的科学造林、抚育管理提供理论支持。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验区位于青海省西宁市。西宁市区海拔为2261m，地处青藏高原河湟谷地南北两山对峙之间，统属祁连山系，黄河支流湟水河自西向东贯穿市区，西南地势高、东北地势低。西宁市年平均降水量380mm，蒸发量1363.6mm；最高气温34.6℃，最低气温-18.9℃，年平均气温7.6℃；年平均日照为1939.7小时，属于大陆性高原半干旱气候。试验区土壤类型以栗钙土为主，土壤理化性质呈弱碱性反应，植被类型较丰富，主要树种有油松、青海云杉、青杨、河北杨、新疆杨、落叶松、祁连圆柏、柠条、柽柳、沙棘等。

1.2试验仪器

勃鲁莱测高器、轮尺、测绳、卷尺、皮尺、罗盘仪、GPS经纬度定位仪、环刀、天平、铁锹、铝盒、烘箱。

1.3研究方法

1.3.1试验设计

前期对试验区的林分进行实地调查，参照国内外有关的立地质量评价的理论，结合西宁市油松人工林的实际情况，初步选定坡度、坡位、坡向、海拔、腐殖质厚度、枯落物厚度、土层厚度、土壤容重等8个立地因子作为评价指标；应用数量化理论Ⅰ方法，建立优势木高与各立地因子之间的回归关系，根据偏相关系数大小筛选指标，并将立地类型归类；建立立地质量评价模型，并通过方程计算立地质量得分；最后根据得分情况编制立地质量得分表，并分析评价结果。

1.3.2调查方法

1.3.2.1标准地的设置

2019年4月，在西宁市西山等林场各油松混交林中进行标准地的设置，使用罗盘仪、皮尺的相关仪器，设立大小为20m×20m的标准地（根据实际情况可采用最小面积法确定标准地的大小）共计24个，将西宁市西山等林场不同海拔、坡位、坡度、坡向等立地因子以及不同生长状况的油松人工林涵盖在内。

1.3.2.2标准地基本情况

表1 标准地基本信息

注：西山林场标准地为1~8号，湟水林场标准地为9~13号，塔尔山林场标准地为14~22号，纳家山林场标准地为23~24号。

1.3.2.3立地因子的测定

用GPS测定样地中心位置的坐标，记录海拔、坡位、坡向、坡度。

（1）坡位：在结合周访滨学者^[17]的划分标准的同时，根据西宁各林场的实际情况，将坡位划分为3个等级：上坡、中坡、下坡，并分别赋值为3、2、1。

表2 坡位等级划分表

（2）坡向：在结合周访滨学者^[18]的划分标准的同时，根据西宁各林场的实际情况和样地范围的地面朝向确定坡向，将坡位划分为3个等级：阴坡、半阳坡、半阴坡，并分别赋值为3、2、1。

表3 坡向等级划分表

1.3.2.4土壤结构的测定

（1）在标准地内用卷尺测出土层厚度、枯落物厚度、腐殖质厚度。

（2）土壤容重:选择有代表性的试验场地，挖掘土壤剖面，用环刀取样。每层土壤应不少于三次重复。在取样过程中，环刀中的土壤结构必须保持完整。取出环刀后，削去环刀两端多余的土，并擦净环刀外的土。同时在同层采样处用铝盒采样，测定自然含水量。把装有样品的环刀两端立即加盖，以免水分蒸发，分别放在塑料袋中并贴上标签，带回实验室备用。将装有土样的环刀放入烘箱中，在105℃( /-2℃)下干燥至恒重，称重并记录，代入公式(1)计算。

dv=(W-W环)/v（1）

式中，dv为土壤体积密度，g/cm3；W为环切机干燥后的重量 干燥土壤的重量，g；V为环形切割器的体积，cm3。

1.3.3数量化理论Ⅰ

1.3.3.1数量化理论Ⅰ模型

数量化理论Ⅰ用于因子分析和预测作为定性变量的自变量和作为定量变量的参考变量。解释性多变量模拟用于模拟线性表达式中参考变量的定量变化。其模型如下：

其中，

式中，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)为类目的反应矩阵，即0-1反应表。

1.3.3.2数量化理论Ⅰ预测方程

根据数量化理论Ⅰ模型，用最小二乘法拟合bjk的值，方程式如下：

其中，

1.3.4数据处理

采用Excel软件对调查得到的数据进行统计分析，通过SPSS软件进行数据分析处理。

2结果与分析

2.1立地因子等级划分

根据西宁各林场的地形特点和研究需要，本试验的立地因子分级标准见表4。

表4 地因子分级标准

2.2立地质量评价指标的筛选

本试验选取了胸径、树高等8个指标进行立地质量评价，指标与指标之间信息上的重叠难以避免，而评价指标的筛选可以减少试验过程的复杂性以及指标间信息的重叠性，因此选用偏相关系数大小判定因子贡献率大小，对评价指标进行筛选。

2.2.1原始数据反应表的编制

根据表4确定的立地因子分级标准，采用数量化理论Ⅰ，将影响油松生长的定量因子转化为定性因子。将各立地因子代入公式，得出原始数据反应表（表5）。

表5 原始数据反应表

2.2.2偏相关系数的计算

根据数量化理论Ⅰ模型，建立油松优势木高与立地因子之间的回归关系，结果见表6。

表6 相关系数及显著性检验

以偏相关系数大小作为依据判定因子贡献率，数值大的因子作用程度也大^[19]。各立地因子贡献率由大到小为海拔＞坡位＞坡向＞土层厚度＞坡度＞土壤容重＞腐殖质厚度＞枯落物厚度。由此可见，海拔、坡位、坡向是影响油松人工林立地质量的主导因子，而土层厚度、坡度的影响相对较小，土壤容重、腐殖质厚度、枯落物厚度对油松人工林立地质量的影响不显著。

2.3立地质量得分表的编制

由原始数据反应表（表5）可知：

根据预测方程计算出待定系数值，将系数代入方程得到各标准地优势木高的预测方程：

y=6.1108δ(1,1) 4.0306δ(1,2) 3.5461δ(1,3) 1.5627δ(2,1) 2.5926δ(2,2) 1.9349δ(2,3) 5.0532δ(3,1) 3.9769δ(3,2) 2.2812δ(4,1) 1.2563δ(4,2) 2.3632δ(4,3) 2.6055δ(5,1) 0.2964δ(5,2) 0.9814δ(6,1)-1.8711δ(6,2) 2.2636δ(7,1) 3.7111δ(7,2) 1.4726δ(8,1)-1.2481δ(8,2)（4）

方程（4）是关于8个项目19个类目的数量化方程，它的复相关系数是0.885，说明油松优势木树高与坡度（X1）、坡位（X2）、海拔（X3）、坡位（X4）、腐殖质厚度（X5）、枯落物厚度（X6）、土层厚度（X7）、土壤容重（X8）这8个立地因子的相关程度高，式中各个系数表示各类目的得分（见表7）。

表7 立地质量得分表

从表7可知：X1随着坡度的上升，其得分值逐渐下降；X2中下坡位的得分值比上坡位高，并且随着坡度的减少，得分值逐渐增大；X3中随着海拔的升高，得分值逐渐减小；X41、X43的值低于X42；X51的得分值高于X52。还可看出坡度小、低海拔、阴坡、下坡的地方适合油松生长，这与我们调查得到的结果基本上一致。

2.4立地分类结果与立地质量评价

根据数量化理论Ⅰ预测方程得出的各样地的得分值进行立地质量评价等级的划分，计算出各样地的最大值和最小值，再进行三等分，将其划分成优、中、差三个等级。其中，24块样地中各因子代数和最大为22.7032，最小为13.1988，见表8。

表8 立地质量评价表

根据偏相关系数大小筛选出的立地因子，采用综合多因子分析^[20]与主导因子分级组合的方法，进行立地类型的划分。确定采用海拔高度划分立地类型区，采用坡位划分立地类型组，采用坡向划分立地类型，共分为12种立地类型，具体结果见表9。

表9 西宁市油松人工林立地类型划分

通过立地质量评价结果可知，立地质量评价优的人工林占29.17%，立地质量评价中的人工林占50%，立地质量评价差的人工林占20.83%。西宁地区79.17%的油松人工林立地质量评价在中及以上，说明这些地方油松生长良好。目前西宁市油松人工林立地质量总体偏好。

3讨论

选择合适的油松林立地质量评价指标是本次试验的关键，评价指标要能够反映立地生产潜力。地形、土壤、植被、水文等立地因子的差异是立地分类单位划分的主要依据，本文依据多因子的综合，选取了具有代表性的地形因子和土壤因子作为评价指标。

由上文中所得出的评价结果可知，油松适于生长在阴坡。油松是喜光树种，但在造林中水分是最主要的限制因子，故造林时常将其置于阴坡。一般来说，迎风坡降水量较大，但在青藏高原地区，从降水量和蒸发量来看，阳坡的降水量大于背阴坡，但阳坡的蒸发量也大于背阴坡。因此，阳坡土壤条件往往比背阴坡土壤条件干燥，背阴坡植被生长较好。

本文采用数量化理论Ⅰ的方法，建立优势木高与立地因子间的回归关系，筛选出主导因子，划分立地类型，并建立了数量化理论预测方程，编制立地质量评价得分表，从而对立地质量进行评价。数量化立地质量得分表的应用，将立地质量评价由定性评价上升到定量评价，可更加直观地反映林地的立地质量。

纵观众多关于立地质量评价的研究，本文还有一些不足。在标准地的设置上，本研究仅设置了24块标准地，标准地数量过少会导致评价结果带有片面性和局限性，应在涵盖研究区各立地因子和研究对象的生长状况的条件下，增加标准地数量，以增强试验的严谨性和准确性。

本研究所建立的立地分类系统符合研究区内油松生长立地条件情况，对于相同气候条件区域内的油松人工林经营管理具有一定的推广意义。但由于研究区范围的局限，本次试验的结果不一定适用于所有油松人工林，需在今后的工作中，根据不同区域的油松人工林的分布情况，扩大研究区范围，以提高油松人工林分类系统的准确性。

4结论

（1）影响油松人工林生长的立地因子按贡献率从大到小排序的结果为：海拔＞坡位＞坡向＞土层厚度＞坡度＞土壤容重＞腐殖质厚度＞枯落物厚度。根据贡献率，选择海拔、坡位、坡向作为主导立地因子，利用主导因子将西宁市各林场划分为12个立地类型。

（2）运用数量化理论Ⅰ方法，通过编制数量化立地质量得分表对油松人工林的立地质量进行评价，将12个立地类型划分为3个等级，得分在19.5350以上的为优，得分在16.3669~19.5350之间的为中，得分在16.3669以下的为差。

（3）根据划分的立地分类等级得出评价结果：西宁地区油松人工林立地质量优等级的占29.17%、中等级的占50%、差等级的占20.83%，西宁市各林场油松人工林立地质量在中及以上的占79.17%，西宁市油松人工林立地质量总体偏好。

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