全 文 ：半干旱地区河滩宜林地立地条件研究*
刘明国 韩洪云 刘孝义 (沈阳农业大学,沈阳 110161)
摘要 采用对应分析、回归分析方法对半干旱地区河滩宜林地土壤基本性质进行了研
究.结果表明, 河滩地土壤理化性质的差异主要表现为土壤质地的差异, 有机质含量、Ca
CO3含量、全盐量、田间持水量等与土壤机械组成中细粒级含量 (尤其是< 0. 001mm、
0. 001~ 0. 005mm 两个粒级)呈正相关.半干旱地区河滩宜林地立地条件主导因子为地下
水位、土壤质地和有效土层厚度. 采用最优分割法对地下水位、有效土层厚度进行了分级.
以主导因子分级组合法综合考虑当地具体情况, 将河滩宜林地划分为 20 个立地类型, 并
对其进行了多树种综合评价.
关键词 半干旱地区 河滩宜林地 立地条件
Soil conditions of forestfitting land along river banks in semiarid region. Liu M ingguo , Han
Hongyun and Liu Xiaoyi ( College of For estry , Shenyang Agricultural University , Shenyang
110161) . Chin. J . A pp l. Ecol. , 1998, 9( 4) : 371~ 375.
Basic soil properties of forestfitting land along river banks in semiar id region were studied w ith
corr espondenceand multiple regression analyses, w hich showed that soil physical and chemical
propert ies w er e mainly affected by soil tex ture. The organic matter content, CaCO 3 content,
conductiv ity and field w aterholding capacity w er e positively cor related w ith the content of
medium and fine part icles in soil mechanical composition. T he dominant factors affecting forest
growt h were soil tex ture, underground water level, and available soil depth, and the last tw o
factors were classified by means of optimal cutting method. In considering of the local specific
conditions w ith t he g rading combination of t he dominant factors, the fo restfitting land along
river banks was classified into 20 site types, and the site quality w as comprehensively evaluated
by multiple species.
Key words Semiar id region, Forestfitting land along river banks, Site conditions.
* 辽宁省博士起动基金资助项目( 93064) .
1998- 04- 16收稿, 1998- 05- 19接受.
1 引 言
河滩地是半干旱地区重要的木材生产
基地和粮食产地. 如朝阳市 4 条主要河流
沿岸有杨树人工林 4. 73 ! 104hm2,占全市
有林地面积的 1/ 10,而林木蓄积达 2. 5 !
106m3,占全市林木蓄积量的 54% .尽管如
此,由于对立地条件研究不够深入,没有很
好地做到适地适树, 形成了很多∀小老树#,
很多速生丰产林达不到标准, 造成了很大
经济损失和地力浪费, 其防护效益也未能
充分发挥.目前,有关河滩宜林地立地条件
的研究报导极少[ 2] .为提高半干旱地区河
滩宜林地生产力,充分发挥防护效益,对其
立地条件进行系统研究非常必要.
2 研究方法
2. 1 野外调查
从 1992年开始分别对辽西地区的18 个国营
林场和乡镇的河滩地杨树立地条件进行了调查,
共调查标准地 298 块, 标准地面积 0. 066hm2 , 伐
取解析木 156 株,采集土样120 个. 选择标准地的
原则是既要代表不同的立地条件, 又要有一定数
量的重复, 同时林龄都达到 10 年以上, 以保证林
木与其立地条件相互作用的结果能充分地表现
应 用 生 态 学 报 1998 年 8 月 第 9 卷 第 4 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Aug. 1998, 9( 4)∃371~ 375
出来.标准地调查包括每木检尺及土壤因子调查
与测定(地下水位、土壤剖面记载、土壤容重、田
间持水量) .
2. 2 测试分析
土壤理化性质按常规方法测定,包括土壤含
水量、质地、有机质、CaCO3 含量、全盐量、pH 值
等[ 1, 4] .
3 结果与分析
3. 1 土壤基本性质
3. 1. 1 土壤理化性质的对应分析 用对应
分析方法对所测试的 95个土壤样品的 11
个项目进行分析[ 7] .其中包括机械组成中
各粒级含量: 0. 25 ~ 1mm ( X1)、0. 05 ~
0. 25mm( X2)、0. 01~ 0. 05mm( X3)、0. 005
~ 0. 01mm( X4 )、0. 001~ 0. 005mm( X5 )、
< 0. 001mm( X6) , 以及有机质含量 ( X7 )、
CaCO3含量( X8)、电导率( X9)、容重( X10)
和 pH 值( X11) .
分析结果表明, 前 5个主分量累积贡
献率为 86. 11% . 其中第一、二、三、四、五
主分量贡献率分别为 43. 28%、13. 84%、
11. 08%、10. 42%和 7. 49%. 第一、二、三
主分量的因子负荷量均以机械组成为最
大,所以前 3个主分量主要反映机械组成.
以第一、第二主分量对变量与样本进行排
序(图 1、2) . 从变量排序图(图 1)可以看
出,机械组成中 0. 005 ~ 0. 01mm ( X4 )、
0. 001~ 0. 005mm( X5)和< 0. 001mm( X6)
3个粒级含量同有机质( X7)、CaCO3 ( X8 )、
电导率( X9)关系密切, 而 0. 25~ 1mm( X1)
和0. 05~ 0. 25mm( X2)两个粒级含量同容
重( X10)关系密切. pH 值( X11)则处于两者
之间, 但更接近于前者. 图 2 是样本排序
图, 图中从左至右, 土壤细粒含量越来越
大,有机质、CaCO3、盐分含量也越来越高.
根据排序结果, 所调查的土样分三大类: a)
砂质类,有机质、CaCO3、盐分含量较低; b)
壤质类,有机质、CaCO3、盐分含量较高; c)
处于 a与 b过渡类型.
图 1 变量排序图
Fig. 1 Variable arrangement.
图 2 样本排序图(土壤样本号)
Fig. 2 Sample arrangement ( soil samples No. ) .
综合以上分析结果, 尽管所调查土样
的各项理化指标差异较大, 但这些土样间
最主要的差异在于土壤的机械组成的差
异,其它因子的差异与此有关.
3. 1. 2 土壤机械组成与土壤其它性质的关
系分析 土壤有机质含量、CaCO3含量、电
导率、田间持水量、容重、pH 值等因子与土
壤粒级含量回归分析结果如表 1. 在此分
析中, 多元自变量为 0. 25 ~ 1mm ( X1 )、
0. 05 ~ 0. 25mm ( X2 )、0. 005 ~ 0. 01 mm
( X3 )、0. 001 ~ 0. 005 ( X4 )、< 0. 001mm
372 应 用 生 态 学 报 9 卷
( X5)等 5个粒级含量, 多元因变量为有机
质( Y1)、CaCO3 含量( Y2)、电导率( Y3)、田
间持水量( Y4 )、pH 值( Y5 )、容重( Y6 ) , 采
用的样本数为 95. 在回归分析中未采用
0. 01~ 0. 05mm 这一粒级含量, 因为机械
组成中 6个粒级含量之和为 100% , 对应
分析表明它与其它因子关系不大.
从表 1中的复相关系数来看, 有机质、
CaCO3含量、电导率、田间持水量与 5个粒
级显著相关, 说明机械组成对土壤的保肥
蓄水能力有直接影响. 从各粒级含量的偏
相关系数来看,有机质、CaCO3 含量、田间
持水量与< 0. 001mm、0. 001~ 0. 005mm、
0. 005~ 0. 01mm3 个粒级含量呈正相关,
与其它粒级含量呈负相关. 电导率和 pH
值则与< 0. 001mm、0. 001~ 0. 005mm 两
个粒级呈正相关, 与其它粒级含量呈负相
关.以上 5项指标均与土壤吸附能力有关,
故此出现了一致的结果. 而土壤容重与各
粒级含量的相关关系则较复杂.
表 1 机械组成与有机质等 6个因子回归分析
Table 1 Regression analysi s of mechanical composition with 6 factors including organic matter
项 目
Item
Y 1 Y 2 Y 3 Y4 Y 5 Y 6
回归系数 b0 0. 4847 1. 1326 65. 785 20. 3636 7. 8028 1. 3815
Regression b1 - 0. 0034 - 0. 0004 - 0. 3518 - 0. 0298 - 0. 0029 0. 0006
coeff icient b2 - 0. 0042 - 0. 0012 - 0. 1846 - 0. 0180 - 0. 0011 - 0. 0007
b3 0. 0136 0. 0139 - 0. 0910 0. 4044 - 0. 0111 - 0. 0071
b4 0. 0141 0. 0190 3. 4257 0. 7419 0. 0060 0. 0009
b5 0. 0111 0. 0150 1. 3415 0. 6512 0. 0126 0. 0004
偏相关系数 r1 - 0. 1932 - 0. 0125 - 0. 2477 - 0. 1447 - 0. 1284 0. 0798
Part ial r2 - 0. 2109 - 0. 0337 - 0. 1183 - 0. 0877 - 0. 0437 - 0. 0844
correlat ion r3 0. 1343 0. 0736 - 0. 0113 0. 4193 - 0. 0856 - 0. 1606
coeff icient r4 0. 1452 0. 1061 0. 4093 0. 5806 0. 0482 0. 0224
r5 0. 1391 0. 1018 0. 2091 0. 5862 0. 1236 0. 0113复相差系数 R 0. 6822 0. 4902 0. 8009 0. 8040 0. 2767 0. 3118
Mut iple correlation coeff icient
标准差 S 0. 2441 0. 4532 19. 4525 2. 3055 0. 3144 0. 1058
S tan dard deviat ion
注: Y i= b0+ b1X 1+ b2X 2+ b 3X 3+ b4X 4+ b5X 5.
回归分析和对应分析表明, 土壤质地
是一个主导性因子, 决定了土壤的保肥蓄
水性能, 尤其是 0. 001 ~ 0. 005mm 和
< 0. 001mm两个粒级含量,直接影响到土
壤肥力的高低. 另外,土壤其它的理化性质
不易直观判定,而质地既能表现它们的特
性,又能在野外用指感法测定.因此质地可
以用作判定林地生产力和划分立地类型的
重要依据.
3. 2 影响林木生长的主导因子的确定及
分级
3. 2. 1 地下水位 杨树是喜湿树种, 对水
分反应敏感.在生长活跃季节,仅靠土体中
的含水量是无法满足的[ 5, 8] . 尤其是在半
干旱地区,地下水状况显得更为重要.所以
地下水位成为辽西河滩地杨树立地条件的
主导因子.主导因子确定后,对其分级是划
分立地类型的基础. 主导因子分级对定性
指标比较容易, 但对于连续定量指标则较
困难.以往大都是采用经验方法进行分级,
主观性较强. 本文采用最优分割法对地下
水位、土层厚度进行分级[ 7] . 地下水位分
级以北京杨为代表, 地下水位数据按北京
杨 10年生树高从低到高排列(表 2) .
若将全部样本分成 3类,经分析计算
得:目标函数 e [ P ( 31, 3) ] = 0. 5183,分类
结果如下: G1= { 1, 2, %, 16} , G2= { 17, 18
%21} , G3= { 22, 23, %, 31} , 即第一类包
3734 期 刘明国等:半干旱地区河滩宜林地立地条件研究
表 2 北京杨树高、地下水位数据
Table 2 Tree height of P. beij ingensis and underground water table
序号 No.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 % 28 29 30 31
树高( m) 1) 3. 6 3. 7 5. 4 6. 3 6. 5 7. 1 7. 1 7. 2 7. 4 7. 5 % 17. 3 18. 5 19. 0 19. 1
地下水位( cm ) 2) 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 % 1. 5 2 3 2
1) T ree height , 2) Underground w ater table.
含如下数据{ 6, 6, 6, 6, 6, 6, 4, 4, 6, 6, 6, 6,
6, 4, 7, 6} , 第二类包括{ 0. 3, 0. 4, 0. 67, 1,
1} ,第三类包括{ 3, 3, 1. 5, 3, 3, 1. 5, 1. 5, 2,
3, 2} .依据以上计算结果, 将地下水位分 3
级: < 1m , 1~ 3m, > 3m. 北京杨在地下水
位 1~ 3m时的树高比地下水位< 1m 时的
树高高出 85. 8%, 比> 3m 地下水位的高
20. 5%.
3. 2. 2 有效土层厚度 土层厚度为林木生
长提供了地下营养空间, 直接影响到土壤
养分和水分的容量. 但并不是整个土体的
养分均能为林木根系所利用. 所以研究土
层厚度与林木生长关系时, 应引入有效土
层厚度的概念. 对于河滩地,确定有效土层
厚度较难. 河滩地质地复杂, 从砂土到壤
土,从均质剖面到砂壤相间. 另外, 土壤发
育时间比较短,几乎完全处于幼年母质阶
段.尽管如此,有些冲积物仍为富有一定养
分的细土.对于河滩地造林来说,尤其是营
造杨树速生林, 往往采取大坑深植,坑深达
1m 或更深[ 3, 6] .所观测的近 300个剖面均
证实, 无论是何种剖面结构, 1m 深度范围
内的壤土层、砂壤土层的根系量都很大,而
砂土、石砾层次则较少有根系分布(图 3) .
所以, 把 1m 以内的细土层厚度之和定为
土壤有效厚度.
有效土层厚度分级采用最优分割法分
为 4级: < 20cm , 20~ 45cm, 45~ 60cm, >
60cm. 北京杨在土层厚度> 60cm , 45 ~
60cm, 20~ 45cm 条件下 10 年生树高比土
层厚度 < 20cm 的分别高出 116. 2%、
65. 6%和 41. 0% .
3. 2. 3土壤机械组成 土壤机械组成决定
0 砂壤,根系+ +
Sandy loam, root + +
33 %%%%%%%%%%%
细沙,根系极少
Fine san d, few root system
46 %%%%%%%%%%%
20%石砾+ 80%砂,根系极少
20% Gravel+ 80% sand, few root system
64 %%%%%%%%%%%
砂壤,根系+ +
Sandy loam, root+ +
86 %%%%%%%%%%%
80%石砾+ 20%砂,根系极少
80% Gravel+ 20% sand, few root system
图 3 黑城子林场 13年生北京杨林地土壤剖面略图
Fig. 3 Soil profile sketch map of P . beij ingensis f orest land
on Heichengzi forest farm.
土壤保肥蓄水和通透性能. 河滩地土壤通
透性较好,其细粒级部分的多寡直接影响
土壤的保肥、蓄水和供水能力,及林木根系
发育和地上部分生长.研究发现,在河滩地
的壤砂相间出现的土体构型中, 中壤、轻壤
层往往分布着较多的根系, 砂壤土层中根
系分布居中, 砂土层次几乎没有根系分布
或根系极少(图 3) . 这主要是因为细土部
分有较高的养分含量和水分贮量.机械组
成对林木树高生长也有显著影响.分析结
果表明, 北京杨在壤土、砂壤土上的 10年
生树高 比砂土的分 别高 126. 3% 和
91. 1% .根据研究地区实际情况,将土壤质
地分为砂土、砂壤土和壤土三大类.
3. 2. 4 主导因子间的综合作用 地下水
位、土层厚度与土壤质地并非独立地对林
木发挥作用,而是具有综合影响.当地势低
湿、地下水位较浅时, 如果土壤质地为砂
性,水分活动性大,杨树可借助溶于水中的
氧气照常生长,如果质地较粘,则水分流动
不畅,通气性差,往往产生烂根现象,杨树
374 应 用 生 态 学 报 9 卷
则不能正常生长.如北京杨生在地下水位
0. 5m、土壤为粗砂时, 15年生树高 15. 0m,
胸径 18. 4cm, 生长正常;土壤为中壤、土层
厚度 42cm 立地条件下的杨树则有烂根现
象, 16年生树高 9. 0m ,胸径 13. 1cm. 当地
下水位较深时,则土壤保水供水能力就非
常重要.土壤质地越细, 土壤层次愈厚, 生
长状况越好. 如地下水位> 3m , 土壤为轻
壤、土层厚度 30cm 立地条件下的北京杨,
13年生树高15. 15m, 胸径 10. 24cm, 生长
正常;当土壤为砂土、土层厚度 30cm 时,
13年生北京杨树高为8. 85m, 胸径为7. 2
cm, 9月中旬树叶变黄.
3. 3 立地类型划分及立地质量评价
根据主导因子分级组合的原则, 结合
研究地区的具体情况, 将河滩地杨树立地
条件划分为 20个立地类型(表 3) .以北京
杨、健杨、小钻杨、小青杨 10年生树高为因
变量,以主导因子地下水位、有效土层厚度
和土壤质地为自变量,建立杨树高生长预
表 3 辽西地区河滩宜林地立地类型及立地指数预测值
Table 3 Site types and index predicted of river banks in
western Liaoning Province
U wl Sd St Pb Pe Px Pp
< 1. 0 S and SL
L
1. 0~ 3. 0 S 5. 76 7. 15 6. 90 5. 67
1. 0~ 3. 0 < 20 SL 8. 44 7. 90 7. 53 7. 60
L 10. 85 9. 46 8. 98 7. 80
1. 0~ 3. 0 20~ 45 SL 10. 68 10. 60 9. 55 8. 36
L 13. 10 12. 16 11. 01 8. 57
1. 0~ 3. 0 45~ 60 SL 11. 62 13. 68 13. 42 8. 85
L 14. 04 15. 24 14. 87 9. 06
1. 0~ 3. 0 > 60 SL 13. 79 16. 66 15. 54 10. 07
L 16. 21 18. 22 16. 99 10. 27
> 3. 0 S 3. 05 5. 58 5. 42 4. 71
> 3. 0 < 20 SL 5. 73 6. 33 6. 05 6. 64
L 8. 14 7. 98 7. 50 6. 84
> 3. 0 20~ 45 SL 7. 97 9. 02 8. 07 7. 40
L 10. 39 10. 58 9. 53 7. 61
> 3. 0 45~ 60 SL 8. 91 12. 11 11. 94 7. 89
L 11. 33 13. 67 13. 39 8. 10
> 3. 0 > 60 SL 11. 08 15. 08 14. 06 9. 11
L 13. 50 16. 64 15. 51 9. 31
U wl:地下水位 Undergroun d water level ( cm ) , Sd: 土层
厚度 Soil depth( cm) , St :质地 S oil texture, S:砂土 Sand,
SL:砂壤 Sandy loam, L :壤土类 Loam. Pb: 北京杨 P .
beij ingensi s cv Robusta , Pe:健杨 P . eurameri cana, Px:
小钻类 P. xiaozhuanica, Pp小青杨 P. pseudosimonii .
测方程,根据这些方程预测各立地类型北
京杨、健杨、小钻杨和小青杨的地位指数
( 10年生树高) ,从而实现了立地质量的多
树种评价(表 3) . 根据表 3 中各立地类型
不同树种生长情况, 就可确定每一立地类
型的造林优选树种.
4 结 论
4. 1 本项研究表明, 河滩地土壤理化性质
的差异主要表现为土壤质地的差异,土壤
机械组成中细粒级含量(尤其是< 0. 001
mm 和 0. 001~ 0. 005mm 两个粒级)与有
机质、CaCO3 含量、全盐量、田间持水量等
密切相关,直接影响到土壤肥力高低.
4. 2 影响河滩地杨树生长的主导因子为
地下水位、土壤质地和有效土层厚度.采用
最优分割法对地下水位、土层厚度进行分
级. 地下水位分为 3 级: < 1m、1 ~ 3m、
> 3m.有效土层厚度分 4级: < 20cm、20~
45cm、45~ 60cm、> 60cm. 土壤质地分为
砂土、砂壤土、壤土类三大类.
4. 3 根据主导因子分级组合法,考虑到辽
西地区的具体情况,把辽西河滩地分为 20
个立地类型, 并对各立地类型立地质量进
行了多树种评价, 为该地区杨树造林提供
理论基础.
参考文献
1 中国土壤学会农业化学专业委员会. 1983.土壤农
业化学常规分析方法.北京:科学出版社.
2 王高峰. 1986.森林立地分类研究评价.南京林业大
学学报, 10( 3) : 108~ 124.
3 白城林业科学研究所. 1987.半干旱地区杨树旱作
丰产栽培技术的研究.林业科学, 23( 1) : 123~ 126.
4 刘孝义. 1982.土壤物理及土壤改良研究法.上海:
上海科学技术出版社.
5 李贻铨. 1983. 黄淮海及长江中游平原土壤与杨树
生长关系的初步研究.林业科学, 19( 1) : 1~ 12.
6 何贵君. 1988.杨树速生丰产林栽培技术.林业科技
通讯, ( 6) : 6~ 9.
7 唐守正. 1984.多元统计分析方法.北京:中国林业
出版社.
8 徐纬英. 1988.杨树.哈尔滨:黑龙江人民出版社.
3754 期 刘明国等:半干旱地区河滩宜林地立地条件研究