全 文 ：⑧ 生 物 数 学 学 报 00 8 2:3 2 ( 4) :6 8 7芍 9 4J o ur na lo f Bio ma t hea t mie s
辽西地区山杏立地条件的主成分 一数量化分析
李丽锋 `
( 1沈阳农业大学 , 辽宁 沈阳
刘明国 ’ 李立新 2
110 1 6 1 ; 2 辽阳县农发局 , 辽宁 辽阳 1 1 12 13 )
摘 要: 通过对辽西地区现有山 杏林的大量调查研究 , 利用数童化理论 I 确定了辽西半干
旱地区山杏生长发育的主导因子为坡向和土层厚度 , 利用主导因子分级组合法 , 划分为 9 个立地
类型 . 对各立地类型冠幅生长情况进行了预浏 , 结合主导立地 因子性能分析 , 提出了各立地类型
山杏林种 、 林型的配五 .
关键词: 山 杏 ; 立地分类; 主成分分析 ; 数量化理论
中图分类号: 56 2 2 M R 分类号 : 43 A 17 ; 92 C 20 文献标识码: A
文章编号: 10 0 1一9 6 26 (2 00 8 ) 04一0 65 7一 s
0 引 言
山杏抗干旱耐痔薄 , 但在土壤痔薄或土层较薄的土壤上树体生长不良, 产量较低 . 所以
对立地条件进行研究做到适地适树是保证山杏良好生长和结果的基础 , 是充分发挥林地生产力
的基本保证 l[, “ ,5 ] . 辽西地区是我国山杏三大产区之一 , 山杏仁生产已经成为当地的重要产业
3[,0 }
, 但是由于山杏生产栽培长期处于无人监管的状态 , 限制的其生态经济效益的发挥 vlI . 为
了了解立地条件对山杏产量的影响 , 确定其适生立地 , 为辽西地区山杏的发展提供科学依据 ,
我们于 2 004 一2 0 0 6 年在辽西地区进行了调查 , 共取得 67 块标准地的调查资料 . 本文利用数量
化理论 115, 9 1确定了辽西半干旱地区山杏生长发育的主导因子 , 提出山杏适生的立地条件 .
1 研究方法
.1 1 研究区域的自然概况
试验区位于北纬 4 0“ 20 仁4 2 “ 2 0` , 东经 1 190 一 12 2 “ 之间 . 土壤为各种岩石风化物残积母质上
以及黄土 、 红土母质上发育的淋溶褐土 、 褐土性土 . 多分布在丘陵和低山丘陵区 , 棕色森林土分
布极少 . 年平均气温为 7一 1o0 C , 年平均降水量 4 0 0一6 0 0m m , 年平均蒸发量在 16 0 一 1 8 0 0m m ,
为降水量的 3一 4 倍 , 属于半干旱季风气候区 . 一般说来 , 年降水量尚可满足林木生长的需要 ,
但各年降水量分布很不均匀 , 降水量在一年中分布也极不均匀 , 夏季 6一 8 月份占全年降水量的
60 % 70 % ;春 、 冬少雨雪 , 春季干旱频率为 25 %一 31 %l , 0] .
收稿 B期 : 20 0-7 0 4一 03
作者简介 : 李丽锋 ( 19 76一 ) , 女 , 辽宁省辽阳人 , 硕士 , 副教授 . -E m a i l: x iy u e j i@ 16 3 . e o m
生 物 数 学 学 报 第 3 2卷
LZ 调查方法
采用临时标准地的方法进行调查 , 标准地面积为 20 m x 30 m , 每块标准地进行每木检尺 .
调查内容包括立地因子 、 树体因子 、 整地措施及林下灌草状况 . 立地因子包括海拔 、 坡度 、 坡
向、 坡位 、 土层厚度 ; 树体因子包括树龄 、 树高 、 地径 、 冠幅、 株行距 、 林分郁闭度 ; 整地措
施包括整地类型 、 整地规格 ; 灌草状况包括其种类和数量 .
在标准地内选取有代表性的地段 , 挖土壤剖面 , 分层记载剖面性状并取样 . 取样层次为
0
一
20 c m
、
20
一
40
c m
、
40
一
60
c m
, 每层重复三次 . 土壤的物理性质样品以容重环采取 , 土壤的化
学性质以四分法采取 .
同时对历年山杏产量、 气候 、 经营措施等方面材料进行收集 .
( l) 产量相关指标的确定
对山杏林除了考虑经济因素外还要考虑其生态效益 , 因此找出与产量密切相关的树体因
子 , 用树体因子代替产量来评价不同立地类型立地质量 . 通过对调查数据的计算 、 分析 , 可以
得出山杏的产量与其冠幅相关系数最大 (表 1) . 因此以冠幅作为产量的衡量指标 .
l h b l e
表 1 产t 与树体因子的关系
R e la t io n s h i P b e t w e n 介e I t e m s a n d Y ie ld
冠幅 地径 树高 产量
0
.
72 8
0
.
7 4 5
0
.
8 4 8
0
.
8 0 2
0
.
5 0 7 0
.
5 7 6
幅径冠地高量树产
(2 ) 土壤理化性质综合指标的确定
土壤是一个非常复杂的体系 . 一定体积的土壤是由固体 、 液体和气体物质构成的 . 固相物
质可以是矿物质或者是有机质 . 矿物质部分包含不同大小、 形状和化学组成的颗粒 ; 有机质部
分除去活有机体以外 , 还包含不同分解阶段的残渣 . 液相即作为分散介质的土壤水围绕各个颗
粒构成水膜和充塞在固体颗粒间的空隙中 , 其含量直接左右着林木的产量 .
反映土壤肥力的理化性质指标很多 , 本文选用 6 个重耍指标组成土壤肥力评价指标体系
(表 2 ) .
表 2 土镶理化性质指标
丁b b le 2 5 0 11 C a P a b i l it y I n d e x e s
物理性质指标
土壤容重 (X )I
毛管孔隙度 (X Z )
非毛管孔隙度 (X对
化学性质指标
全 N (X ; )
全 P (X5 )
有机质 (X o )
这个指标体系虽然比较全面 , 但却显得繁琐复杂 , 应用起来不方便 , 况且有些指标之间信
第 4期 李丽锋等 : 辽西地区山杏立地条件的主成分 一 数量化分析
息重叠 , 相互间具有一定的关联性 . 因此 , 可以考虑用少量新指标来代替原有的指标 , 并尽可
能的保持原有多指标的信息 . 为此本文对辽西地区 67 块山杏林标准地的土壤理化性质指标进
行主成分分析 , 结果如表 .3
表 3 土维理化性质主成分分析结果
l b b le 3 T h e R e s u l t o f P r i n e i P a l C o m p o n
e毗 5 A n a ly s i s o f 5 0 11 C a P a b i l it y
主成分 X l X Z X 3 X ` X S X 6 累计贡献率 %
yl
一
0 7 9 5 0 0 7 5 1 1
一
0
.
16 3 1 0
.
8 7 6 7 0
.
2 2 9 1 0
.
8 574 4 6 3 2
巧 一 0 . 1 4 8 0 一 0 . 54 2 3 0 :8 8 2 0 0 3 0 3 6 一 0 . 3 3 80 0 . 3 6 5 7 7 5 . 10
ya 0
.
4 4 9 0
一
0
.
3 6 9 8 0
.
0 2 3 5 5 0
.
3 3 15 0
.
5 4 9 0 0
.
2 5 9 1 8 8
.
7 3
玖 一 0 . 3 7 5 8 一 0 . 0 0 4 3 1 5 0 4 3 8 4 一 0 . 1 4 9 5 0 . 4 8 8 8 一0 . 2 3 9 1 9 9 . 5 9
从表中可以看出 , 前两个主成分 已经占据了变异的绝大部分 (75 . 10 % ) , 将后面的主分量
舍去 , 损失的信息仅为 24 . 9% , 因此采用前两个主成分进行分析 .
第一个主分量占总变异的 46 .3 2% , 其中 X l 、 X : 、 瓜 、 瓜 系数较高 . 由此可以看出 ,
第一主分量作为评价指标 , 土壤的物理性质与化学性质具有同等重要的地位 , 土壤容重越大 ,
土壤物理性质越差 , 因此与其他因子负相关 . 土壤孔隙度 、 土壤有机质含量 、 全 N 成正相关 .
所以 , 上述 4 个指标虽然分属土壤的物理性质和化学性质 , 但其具有一定的内在联系 , 这一点
在 P C A 图上也可以看出 .
图 1 土壤理化性质 P C A 排序图
第二主分量的贡献率为 28 . 78 % , 从各因子看 , Xa 的系数最高: 土壤的非毛管孔隙度 .
由此可以看出 , 第二主分量是一个主要受土壤孔隙状况影响的综合指标 . 土壤的孔隙状况与全
N
、 有机质含量成正相关 , 是土壤蓄水能力重要体现 . 这与辽西地区干旱的气候条件以及植物
对水分的依赖是一致的 . 根据主成分分析结果 , 可得第一 、 二主成分函数表达式 :
yl = 一 0
.
79 5 0X
I + 0
.
75 l lX2 一 0
.
16 3 1X 3 + O
.
8 76 7X4 一 0
.
2 2 9 1X5 + 0
.
8 5 74X6
姚 = 一 0 . 14 8 0X I 一 0 . 5 4 2 3X2 + 0 . 8 8 2 0X3 + 0 . 30 3 4X4 一 0 . 3 3 8 0X5 + 0 . 3 65 7X6
用主成分函数可以计算出土壤的第一 、 二主成分值 , 按其贡献率大小计算两个主分量的代
数和 , 综合评价土壤理化性质. 计算公式如下 :
Y = 0
.
4 6 3 2YI + 0
,
2 8 7 8姚
生 物 数 学 学 报 第 2 3 卷
2 结果与分析
2
.
1 立地因子对冠幅影响的数量化理论 I 分析
山杏的适应性很强 , 但对环境因子的适应也有一定的范围 . 立地条件的不同对其生长与结
果会有不同的影响 . 山杏的生长发育是许多因子综合作用的结果 , 如海拔 、 坡向、 坡位 、 坡度、
土层厚度等 . 为了解释这些变量与基准变量之间的统计规律 , 常规多元线性回归分析已不能满
足需要 , 所以在本论文中应用数量化回归 (即数量化理论 I ) , 把非数量化因子化为数量化因子
进行处理 , 对山杏立地因子与山杏冠幅之间的回归关系进行分析 , 并进一步选出主导因子 .
山杏树龄可以划分为小于 10 年的幼林 , 10一 20 年的盛果期林 , 大于 20 年的成熟林 、 过熟
林 l’] . 因为幼林和老龄林的产量低 , 所以在调查过程中均以 20 年生的成熟林作为调查对象 .
数量化回归的基准变量 Y 为数量指标 , 假设考察 P 个说明变量 , 且为非数量指标 , 其第
i 个说明变量 凡 (乞二 1 , 2 , … , 尸 ) 在数量化回归中称为第 i个项目 , 由于是定性变量 , 假设每个
项目 (即变量 ) 划分为几个类目 , 即每项目划分为几种状态 , 相当于说明变量 凡 的取值 , 如
坡向是项目, 是说明变量 , 而阴坡则是类目. 每个样品关于每个所考察的因素 (项 目 ) 必属于
某一类目 , 也只能属于一个类目 . 考察了 67 个样本 , 样品号 k (k 二 1 , 2 , … , 6 7 ) ; 每样品均考察
5 个项目, 项目号为 乞“ = 1 , 2 , 3、 4 、 5 ); 第 i 项目的类目数为 凡 .
基于以上理论对定性变量进行分析 , 将立地因子划分并赋值 (表 4 ) .
表 4 立地因子的类目划分
l h b le 4 S i t
e F’a e t o r i a 】
项目 坡向 坡位 土层厚度
< 2 0 Cm
2 -0 4 0
C
m
) 4 0 Cm
坡度 海拔
阳坡
半阴半阳坡
阴坡
< 2 5
0
> 2 5
0
< 3 5 0m
> 3 5 0m
腹上中下
根据立地因子类目划分表 , 将调查的 67 块样本中的数据编制成以冠幅为基准变量 , 坡向、
坡位 、 土层厚度 、 坡度和海拔为自变量的反应表 .
数量化回归分析结果表明 , 坡度 、 海拔及坡位对山杏生长的影响不显著 , 因此将其剔除 ,
对余下的两个因子进行数量化理论分析 , 结果见表 5 .
表 5 立地因子分析
l b b l
e 5 A n a ly
s
i
s o f S it
e
aF
e t o r i a l
项目 类目 得分 偏相关系数 r 偏相关系数 T 检验
坡向
阳坡
半阴半阳坡
阴坡
< 2 0e m
2 -0 4 0
C
m
> 4 0 e m
F二 3石 3 2* *
一
0
.
5 2 2 3
.
4 4 3
* *
土层厚度
土层厚度
一
0
.
2 5 9
一
0
.
1 1
0
.
0 0
·
0
.
5 8 1
一
0
.
2 8 5
0
.
0 0
0
.
4 4 0 2
.
7 7 0
审 *
复相关系数 R二 0 . 5 9 3 凡刀 z = 3 4 1
B (0 )= 2名 1 2
OT
.
1 = 1
.
7 7 1
OT
.
0 5二 2 . 1 6
第 4期 李丽锋等 : 辽西地区山杏立地条件的主成分 一数量化分析
从表 5可以看出 , 在各个立地因子中 , 坡向、 土层厚度为极显著因子 .
.2 2 不同坡向 、 土层厚度土壤理化性质
在辽西低山丘陵区 , 坡向对植物分布和生长起着非常重要的作用 . 不同的坡向因太阳辐射
强度和 日照时数有别 , 水热状况和土壤理化性质有较大的区别 . 不同坡向、 土层厚度的山杏林
地土壤理化性质如表 .6
表 6 不同坡向 、 土层厚度土壤理化性质
l b b l
e 6 5 0 11 C a P a b i l it y i n D i fe
r e n t S l o p
e D i r e e t io n
X Z X3 X4 X
S
X6 yl 姚 综合指数
阳坡 1 . 3 5 0 0滩 8 7 0 0 4 1 0 . 2 0 7 0 0乃 1 9 5 . 4 3 1 . 9 9 3 . 0 9
,1
07
一吕月任通ù
:
0坡向 半阴半阳坡 1 . 3 0 6 0 . 8 8 2 5 7 8 2 . 1 2 3 . 2 8
内J3内匕ōO0
0
.
20 9
阴坡 1 . 3 4 8
0
.
0 5 9
0
.
0 5 9 0
.
2 4 9 0
.
0 6 5 2
.
2 1 0 7
.
2 3 2
.
6 3 4
.
1 1
薄土层 0 . 4 8 8 0刀8 7 0 8 3 1 7 . 2 7 2 . 6 4 2 7 9
土层厚度 中土层
1
.
2 4 3
1
.
29 3
1
.
3 4 8
0
.
4 9 4
0 0 5 7
0
.
0 9 4
0
.
2 54
0
.
26 3
厚土层 0 A 6 7 0 . 04 9 0 . 18 6 0
10 0 0
.
9 2 5 6
.
7 5 2
.
4 7 3
.
8 8
0 4 1 1
.
2 3 3 4
.
9 1 1
.
8 1 4
.
13
从表中可以看出 , 各坡向土壤理化性质差异较大 . 阳坡与半阴半阳坡的土壤理化性质相差
不多 , 阳坡综合指数最低 , 为 3 . 09 ; 阴坡的养分状况最好 , 综合指数为 4 . n . 这是因为 , 同阳坡
相比阴坡热量条件差 , 水分条件好 , 植物覆盖度大 , 枯枝落叶量大 , 大量枯枝落叶及灌草根死
亡后形成的有机质改良了土壤结构 , 改善了土壤物理性质 , 提高了养分含量 . 但对其进行检验
差异不显著 (表 7 ) .
表 7 不同坡向土镶理化性质的方差分析
l b b l
e 7 V妞r i a n e e A n a l y s i s o f D i fe r e n t S l o p D i r ec t主o n o n S o i l C即ab i l it y
变差来源 离差平方和 5 5 自由度 D P 均方 M S F P一 v a l u e F e r i t
组间 A 2 8 7 . 4 5 1 9 5 . 8 16 9 0 . 2 5 6 9 6 0 . 8 5 4 4 4 . 0 6 6 18
组内 E
总计 T
2 9 8 3
.
0 6
3 2 7 0
.
5 1
3 7 2
.
8 8 3
土壤为林木提供了地下营养空间和生长空间 , 土层的厚度直接影响着土壤养分和水分的
容量 , 是决定森林生产力的重要因素 . 辽西地区的土层较薄 , 尤其是低山阳坡 , 一般土层厚度
为 2-0 3 c0 m , 有些地方仅仅 1c0 m 左右 , 而且含石量很大 , 甚至有很多地方岩石裸露 . 在该地
区土层厚度是林木生长的限制因子 .
从表中可以看出 , 厚土层的综合指数最大 , 为 4 . 13 , 薄土层的综合指数最小 , 仅为 2 . 79 ,
生 物 数 学 学 报 第 2 3卷
比厚土层综合指数减小了 2 3.4% .中土层综合指数介于二者之间 .综合指数的变化趋势表明 ,
厚土层的理化性质最好 , 对树木的生长有利 . 而薄土层则不利于树木的生长 . 方差分析表明 ,
不同坡向对冠幅生长影响显著 (表 5) .
表 8 坡向 、 土层厚度对冠幅影响的方理分析
l h b l
e S V 巨r ia n e e A n a ly s i s o f t h e I n fl u e n e e o f S l o P D i r e e t io n 、 5 0 11 D e P t h o n C a n o yP W id t h
变异来源 密度间 机误 总计
离差平方和 55 2 4 8 1 1 . 3 2 1 3 8 0
自由度 df
坡向 均方 M S
凡 ` 0 1 ( 1 , 2 6 )
离差平方和 5 5 13 . 8 0
土层厚度 自由度 d f
3
.
4 6 5 0 2 7 5
凡 0 1 (2 , 2 5 )
从树冠生长状况来看 , 阴坡 > 半阴半阳坡 > 阳坡 , 阴坡较好的土壤理化性质得到了具体
体现 , 所以阴坡更适合山杏营养体生长 . 但是 , 阴坡对于山杏结实是非常不利的 , 阴坡低温 、
光照不足 , 形成不完全花多 , 结实量少 ; 阳坡光照充足 , 有利于花芽形成 , 但其干旱痔薄的土
壤条件则又限制了山杏的产量 ; 而半阴半阳坡既解决了光照问题 , 又满足了树体对水分养分的
需求 . 所以半阴半阳坡是山杏理想的宜林地 .
随着土层厚度的增加 , 山杏冠幅明显增大 . 方差分析表明 , 不同土层厚度山杏冠幅差距显
著 (表 8 ) . 从调查结果看 , 厚土层最有利于山杏的生长 , 其平均冠幅达到了 .4 05 ;m 其次为中
土层 , 平均冠幅为 3 . 4斌 薄土层最差 , 平均冠幅仅 2 . 1 2m , 有些地方的山杏冠幅仅为 0 . 6m ,
树木生长呈现一种停滞状态 . 这种变化与土壤的理化性质的变化一致 .
根据上述分析 , 以对山杏生长发育影响最大的立地因子坡向、 土层厚度作为主导因子 , 利
用主导因子分级组合法 , 将辽西地区山杏林地划分为 9 个立地类型 (表 9 ) .
表 9 立地分类结果
丁b b l e 9 R e s u lt o f S i t e C l a s s i if e a t io n
坡向 阳坡 半阴半阳坡 阴坡
< 2 0C m
> 40C m
第 4期 李丽锋等 :辽西地区山杏立地条件的主成分 一 数量化分析
. 2 3立地质 t评价
利用数量化理论 1得出的数学模型预测山杏在各种立地条件下的冠幅 , 结果如表 10
表 1 0 不同立地类型山杏冠幅
l b b le 1 0 C a n o P y W id t h oF
r e e a s t in D i fe
r e n t S i t e T y P e
坡向 阳坡 半阴半阳坡 阴坡
< 20 Cm
2 0
一
4 0 C m
> 4 0 em
从表 10 可以看出 , 由于立地条件的差异 , 冠幅的变化很大 . 对于树体生长来说 , 最佳的
立地类型为阴坡厚土层 (> 4 c0 m ) , 冠幅可达 .2 81 ;m 其次为半阴半阳坡厚土层 ( > 4 c0 m ) , 冠幅
可达 2 . 59 m . 最差的立地类型为阳坡薄土层 ( < 2 c0 m ) , 冠幅为 1 . 97 .m
3 结 论
通过数量化理论 I分析 , 查明辽西地区影响山杏生长发育的主导因子为坡向和土层厚度 .
利用主导因子分级组合法 , 将辽西地区山杏林地划分为 9 个立地类型 . 利用数量化理论 I 模型
预测了各立地类型山杏冠幅生长情况 , 结合主导立地因子性能分析 , 提出了各立地类型山杏林
种、 林型的配置 .
山杏具有耐干旱痔薄的特性 , 作为经济林树种 , 良好的光照条件是其丰产的前提 , 所以
应选择阳坡及半阴半阳坡立地条件 . 阴坡光照不良 , 不利于开花结实 , 产果量低 , 但阴坡由
于春季气温回升慢 , 山杏花期推迟 , 往往能避开晚霜的危害 , 所以阴坡山杏具备产量低但较
稳定的特点 . 尤其是阴坡上腹光照条件较中、 下腹好 , 可以栽植山杏 ; 阴坡中下腹 , 虽也可以
栽植山杏 , 但其经济效益远不如用材林 . 至于土层厚度 , 薄层土往往位于中上腹 , 水土流失严
重 , 应配置经济型水土保持林 , 采用山杏稀树草原群落 ; 中层土立地条件应配置水土保持型经济
林 , 林型为山杏灌木混交林 ; 厚层土立地条件应配置丰产型经济林 , 林型为山杏或大扁杏纯林 .
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S t u d y o n t h e S i t e C o n d i t i o n o f A隅 e n 乞a e a s 乞吞乞ir e a i n w 匕s t e r n
L i a o n i n g P r o v i n e e B a s e d o n Q
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一
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一
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一
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A b s t r a e t : B as e d o n a lo t o f ivn
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a in fa e t o r s
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a n d b e ar i n g fr u i t o f A二 e n i a e a 凡b乞ir e a W e r e fo u n d a n a l y z e d .by T h e m a i n
fa e t o r s w e r e s lo P e d ir e e t i o n a n d 5 0 11 d e P t h
.
U s i n g t h e m a i n fa e t o r s e las s i if e a t i o n a n d e o m b i n a t io n
,
n i n e s i t e yt p e s we
r e e las s i if e d
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A e e o r d i n g t o t h e fo r e e as t
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