兰州北山“三水”造林区柠条的生长适宜性

黄海霞，张玉珍

(甘肃农业大学林学院，730070，兰州)

柠条(Caragana korshinskii)是黄土高原地区的主要旱生落叶灌木树种，对环境具有广泛的适应性和很强的抗逆性，对贫瘠的黄土具有良好的改土作用，是中国西北、华北、东北西部水土保持和固沙造林的重要树种之一［1］。

兰州北山属黄土高原半干旱地区，地形比较复杂，水热资源的再分配不均，使得不同立地条件下的微环境差异很大。水分是该区植被恢复和生长的主要影响因素。“三水”造林技术(收集雨水、覆膜保水、严重干旱期根部注水)是在无灌溉条件下探索的一套抗旱造林新技术［2］。实践表明，“三水”造林可变无效降雨为有效降雨，增加土壤含水量，减少蒸发量，提高树木的成活率。柠条是兰州北山“三水”造林试验的首选树种，造林面积达1万hm2，成活率超过85%，在水土保持中具有重要作用。选择最适宜的立地环境栽植柠条，可使这一抗旱树种更快覆盖坡面，发挥水土保持作用，因此，开展柠条对不同立地条件的适生性研究具有十分重要的现实意义。笔者对柠条生长和立地因子的关系进行探寻，找出主导影响因子，通过模糊最优局势决策法分析柠条适宜生长的立地条件类型，为生态环境建设中柠条林的营造提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况及样地调查

研究区为兰州北山(徐家山)的“三水”造林试验基地。属北温带大陆性季风气候，年均气温8.9℃，绝对最高气温39.3℃，绝对最低气温23.1℃，≥10℃积温3 242℃;年日照时间2 424.0 h;无霜期185～200 d;年均降水量320 mm左右，多集中在7、8、9月，占全年降水量的60%以上;年蒸发量1 468 mm;土壤类型主要为淡灰钙土，次为黄绵土。该区为黄土梁峁沟壑地貌类型，地形破碎，水土流失严重，生态环境脆弱。

2011年6月进行了样地调查，根据柠条的分布情况，将海拔分为3个梯度:Ⅰ级(1 609～1 658 m)、Ⅱ级(1 659～1 708 m)、Ⅲ级(1 709～1 758 m);坡度分为缓坡(6°～15°)、斜坡(16°～25°)、陡坡(26°～35°);坡向分为阳坡、半阳坡、阴坡、半阴坡;组成36种立地条件类型，样地面积10 m×10 m，样地概况见表1。用GPS进行样地定位，测定海拔，用布鲁莱斯测高器测定坡度，手持罗盘仪测坡向。株高为灌丛的最大高度，用测高标杆量测，基径为距地面5cm处的直径，用游标卡尺测定，冠幅为灌木丛南北方向与东西方向最大树冠直径的平均值，丛枝数以从地面起的一级分枝来计数。

1.2 生长指标与立地因子的关系分析

将样地各生长指标的调查数据取平均值(表2)，用SPSS 13.0统计分析软件做各生长指标与立地因子的相关分析和回归分析。坡向(阴坡、半阴坡、半阳坡、阳坡)量化值分别取 1、2、3、4［3］。

1.3 生长适宜性的评定

采用模糊最优局势决策法［4］计算不同立地条件下柠条的适生值，根据适生值的大小进行适宜性评价，其中指标权重用均方差法［5］确定。

表1 样地概况Tab.1 Survey of sample plots

式中:δi为适生值;wj为各评价指标权重;rij为效果测度值;i为立地条件序列;j为指标序列;n为指标个数，n=4。

式中:uij为指标实测值;umax为某一类指标实测值中的最大值。

表2 各样地柠条生长指标调查统计表Tab.2 Survey of growth indicators of C.korshinkii in each sample plot

2 结果与分析

2.1 柠条生长指标与立地因子的相关性分析

在样地调查的基础上(表1和表2)，采用相关分析法对柠条各生长指标与立地因子之间的相互关系进行分析。由表3可以看出:株高与海拔和坡向均呈极显著负相关，与坡度显著负相关;基径与坡度显著负相关，与坡向和海拔的负相关关系较小;丛枝数坡向呈极显著负相关，与坡度和海拔的负相关性不显著;冠幅与坡度、坡向均呈极显著负相关，而与海拔的负相关性较小。随着坡度和海拔的增加，柠条的生长受到不同程度的限制，综合来看，坡度的限制作用更明显，与缓坡相比，陡坡的柠条株高、基径、丛枝数和冠幅分别下降了13.7%、9.3%、16.2%和11.5%。阴坡、半阴坡的柠条长势较阳坡、半阳坡好，前者的株高、基径、丛枝数和冠幅平均高出后者15.8%、7.8%、24.0%和10.8%。从相关系数可以看出，坡向对柠条的生长影响最为明显，其次为坡度，海拔最小。这可能是由于干旱是该区柠条生长的主要限制因素，不同坡向和坡度的土壤水分差别较大，表现为阴坡、半阴坡的缓坡和斜坡的水分条件相对较好，有利于柠条的生长;柠条主要分布区海拔范围变化较小，对土壤水分和养分的再分配作用没有明显地表现出来。

表3 生长指标与立地因子相关性Tab.3 Correlation between growth indicator and site factors

2.2 柠条生长指标与立地因子的定量关系

采用逐步回归分析得到各生长指标与立地因子的回归模型(表4)，其中 X1、X2、X3分别表示海拔、坡度、坡向。4个回归方程的相关系数检验均达显著水平(P＜0.05)，表明柠条生长指标与相应立地因子的回归关系是显著的，可以通过测定立地因子，对柠条的生长效果进行预测。从回归模型中可以看出，坡度是4个因变量共同的入选变量，表明坡度对各生长指标均有显著影响，而坡向对株高、丛枝数和冠幅的回归系数的绝对值明显大于(10倍左右)坡度。说明其对柠条株高生长及冠幅扩展的影响程度明显大于坡度，坡度和坡向由于对土壤水分条件具有明显的再分配作用，成为影响柠条生长的主导因子，通过测定坡度和坡向，就可以间接了解柠条的生长效果。

表4 生长指标与立地因子的回归方程及显著性检验Tab.4 Regression equation between growth indicators and site factors and significance test

2.3 柠条生长适宜性分析

2.3.1 各生长指标的权重 由于选定的各评价指标的重要性大小是不同的，需确定其权重。权重的大小反映了各生长指标在评价柠条生长适宜性中的重要性程度。采用最大离差法对生长指标的测定值进行标准化，然后用均方差法计算得到株高、基径、丛枝数、冠幅的权重值分别为0.232、0.222、0.265、0.281，说明冠幅的大小最能反映柠条的生长适宜性，其次为丛枝数、株高，基径的重要性程度最小。

2.3.2 不同立地条件下柠条的适生值 用适生值这一综合衡量指标，可以集中株高、基径、分枝数、冠幅等多个指标的信息，较好地反映林分的适生情况［4］。不同立地条件下柠条林的适生值见表5。适生值越大，林分越适生，适生值越小，林分越不适生;但确定适生与不适生的分界线是一个关键的问题。参照胡建忠等［4］的方法，通过绘制适生值的变化趋势图，按照“优”比例较小，“良、中”比例大，“差”比例较小的原则，适当考虑到分界值的取整，确定出适生分界值。柠条各样地适生值的变化曲线见图1。

表5 不同立地条件下柠条适生值Tab.5 Adaptability value of C.korshinkii under different site conditions

2.3.3 不同立地条件下柠条的生长适宜性 分析表5和图1得出，适生值在0.6、0.4、0.3处变化较明显，适生值≥0.6的样地数占全部样地数的22.2%，0.4≤适生值 ＜0.6的样地数占38.9%，0.3≤适生值＜0.4的样地数占22.2%，适生值＜0.3的占16.7%，符合不同适宜性等级的分配比例原则，因此将其作为分界值点，把柠条的生长适宜性分为4个等级，确定为适生、较适生、一般和不适生4类。

图1 柠条适生值分布曲线Fig.1 Distribution curve of adaptability value for growth of C.korshinkii

根据适应性评价的分类标准和各立地条件下的适生值，可以得出徐家山“三水”造林区范围内，柠条生长的适宜立地条件类型:海拔为1 609～1 658 m、坡度为6°～15°范围内的阴坡、半阴坡;较适宜立地条件类型为:海拔为1 659～1 708 m、坡度为6°～25°范围内的阴坡、半阴坡;适宜程度一般的立地条件类型为:海拔为1 659～1 708 m、坡度为16°～35°范围内的半阳坡;不适宜的立地条件类型为:海拔为1 709～1 758 m、坡度为26°～35°范围内的阳坡。

3 结论与讨论

水分是干旱、半干旱地区植被恢复和生态环境建设的决定性因子。坡向是影响土壤水分变化的重要因素［6］。本研究发现，在阳坡、半阳坡柠条的株高、基径、丛枝数和冠幅生长均好于阳坡。根据程积民等［7］的研究结果，我们调查的对象柠条林(林龄为10 a)处于中龄期，此时土壤中已出现干层，土壤水分成为主要的限制因子，由于阴坡、半阴坡土壤蒸发较弱，水分状况好于阳坡、半阳坡，因此阴坡、半阴坡更适合柠条的生长。高俊芳［8］的研究也得出，在黄土丘陵区相同林龄下不同坡向人工柠条林各种生长指标阴坡优于阳坡;但毕建琦等［9］研究发现，在黄土高原丘陵区，3年生柠条的株高、地上部分生物量均表现为阳坡、半阳坡高于阴坡、半阴坡，与本研究的结论不一致。这可能是因为研究对象的年龄和样地不同，对水分的需求及实际的土壤水分状况存在差异。

坡度与柠条株高、基径和冠幅的生长呈显著负相关关系，坡度＞25°时，柠条生长较差。坡度是通过影响立地的土壤条件，进而造成林木生长的状况不同［10］，地表径流和降水在土壤中的入渗速度与坡度成正比关系，坡度大的部位水分和养分容易流失。有学者认为，在相同降水量条件下，土壤水分与坡面坡度之间呈负相关关系［11］，坡度与土壤有机质流失量呈指数函数关系［12］。坡度大时，土壤排水能力强，养分保持能力差，柠条生长受到限制。

基于灰色理论的模糊最优局势决策法，可以综合林木多个生长指标的信息，已被应用于树种生态适宜性的评价中［4，13］。本研究表明，柠条最适生的立地类型为海拔1 609～1 658 m、坡度6°～15°的阴坡、半阴坡;较适宜立地类型为海拔1 659～1 708 m、坡度6°～25°的阴坡、半阴坡，这和柠条分布区土壤水分状况的变化基本一致。

本研究中对柠条生长指标的调查不够全面，在今后还应综合株高和基径的年生长量、地上生物量等指标的信息，并对较适宜立地条件类型下柠条的适宜造林密度开展研究，为今后柠条林的营造提供更为可靠的理论依据。

［1］程积民，杜峰，万惠娥.黄土高原半干旱区集流灌草立体配置与水分调控［J］.草地学报，2000(3):210－219

［2］马彦.荒山“三水”造林技术［J］.林业实用技术，2004(6):12

［3］荀守华，曹汉玉，吴德军.日本落叶松生长量与立地因子的相关分析［J］.辽宁林业科技，1995，2(3):23－25

［4］胡建忠，马国力，党维勤，等.黄土高原重点水土流失区人工栽植乔木树种的区位配置方案［J］.中国水土保持科学，2004，2(1):62－69

［5］王明涛.多指标综合评价中权数确定的离差、均方差决策方法［J］.中国软科学，1999，8(8):100 －107

［6］刘鑫，毕华兴，李笑吟，等.晋西黄土区基于地形因子的土壤水分分异规律研究［J］.土壤学报，2007，44(3):411－417

［7］程积民，万惠娥，王静，等.半干旱区柠条生长与土壤水分消耗过程研究［J］.林业科学，2005，41(2):37－41

［8］高俊芳.黄土丘陵区柠条人工生长及凋落动态研究［D］.陕西杨凌:西北农林科技大学，2011

［9］毕建琦，杜峰，梁宗锁，等.黄土高原丘陵区不同立地条件下柠条根系研究［J］.林业科学研究，2006，19(2):225－230

［10］范志强，沈海龙，王庆成，等.水曲柳幼林适生立地条件研究［J］.林业科学，2002，38(2):38－45

［11］李萍，朱清科，刘中奇，等.半干旱黄土区地上生物量对立地因子的响应［J］.中国水土保持科学，2012，10(2):50－54

［12］王百群，刘国彬.黄土丘陵区地形对坡地土壤养分流失的影响［J］.土壤侵蚀与水土保持学报，1999，5(2):18 －22

［13］卫三平，李树怀，卫正新，等.晋西黄土丘陵沟壑区刺槐林适宜性评价［J］.水土保持学报，2009，16(2):103 －106