章古台沙地樟子松天然更新影响因子研究

曹怡立 刘淑玲 张日升

摘要 以辽宁省章古台沙地樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）人工林为研究对象，采用因子分析方法，研究了沙地樟子松人工林天然更新环境因素的影响。结果表明，沙丘的坡向是章古台沙地樟子松天然更新质量的关键环境因子。半阴坡为樟子松天然更新提供了适宜的水分和光照条件，天然更新幼树株数极显著多于其他坡向。根据章古台沙地樟子松天然更新潜力，将地形因子划分为3种类型，适宜天然更新类型：半阴坡;可持续人工促进类型：阴坡、平缓沙地、半阳坡，辅以整地、浇水等人工措施能更好地促进樟子松天新更新;天然更新不宜类型：阳坡。郁闭度、枯枝落叶层厚度、积沙层厚度、植被盖度等对天然更新也起到了重要作用，在郁闭度0.3～0.6、枯枝落叶层厚度1～2cm、积沙层厚度>10cm、植被盖度>85%条件下，天然更新的效果最好。

关键词 樟子松;天然更新;环境因子

中图分类号 S 791.253文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）23-0121-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.23.034

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Environmental Factors on Natural Regeneration of Pinus sylvestris var. mongolica in Zhanggutai Sandy Land

CAO Yi li1，LIU Shu ling1，ZHANG Ri sheng1，2

（1.Liaoning Institute of Sandy Land Control and Utilization， Fuxin，Liaoning 123000;2.Liaoning Zhanggutai Horqin Desert Ecosystem Research Station， Fuxin，Liaoning 123000）

Abstract Taking the Pinus sylvestris var. mongolica plantation in Zhanggutai sandy land of Liaoning Province as the research object， the environmental factors impacting natural regeneration of P.sylvestris plantation were studied by factor analysis method.The results showed that the slope direction of sand dunes was the key environmental factor for the natural regeneration quality of P.sylvestris.The semi shady slope provided suitable water and light conditions for the natural regeneration of P.sylvestris.The number of naturally regenerated saplings was significantly more than that of other slopes. According to the natural regeneration potential of P.sylvestris in Zhanggutai sandy land， the natural regeneration was divided into three types. Natural regeneration suitable type： semi shain slope;Sustainable artificial promotion type： shady slope， gentle sandy land and semi sunny slope， it was better to promote natural regeneration by artificial measures such as land preparation and watering;Natural regeneration was not suitable type： sunny slope.The canopy density，thickness of the litter layer，thickness of the sand layer and vegetation coverage also played important roles in natural regeneration. The effect of natural regeneration was best under the condition of canopy density of 0.3 to 0.6，thickness of litter layer was 1 to 2cm，thickness of sand layer was >10cm， and vegetation coverage was >85%.

Key words Pinus sylvestris var. mongolica;Natural regeneration;Environmental factor

林分的自然更新過程是一个复杂的生态过程，主要是指利用林木自身繁殖能力形成新一代的幼林。林分的自然更新过程受到自然生态因子、遗传和再生树种生态特征的影响。影响因子的研究主要集中在地形条件、林分条件、土壤条件和干扰方面[1]。李雪云等[1]、曾德慧等[2]、韩广等[3]、沈海龙等[4]研究表明，树冠密度、坡向、坡位和腐殖质层厚度对幼树再生有显著影响;朱教君等[5]认为

土壤的干旱胁迫和沙地表层（0～5 cm）与樟子松共生的外生菌根菌几乎不能存活而导致幼苗根系无法形成菌根，致使存活的樟子松幼苗抗旱、抗病能力非常弱，不能越冬;刘淑玲等[6]认为在樟子松天然更新过程中，降水量和积雪是主要环境因素。现有研究大多采用比较分析方法，使用综合方法研究多种因素对天然更新的影响极为罕见。

目前国内对樟子松天然更新的研究多集中在原产地及高纬度高海拔引种区。韩广等[3]、王妍等[7-8]、闫德仁等[9]表示樟子松在天然更新分布区域拥有极强再生潜力，且天然更新幼苗的数量及年龄结构受母树密度、林冠密度影响，樟子松的天然更新在引种区域相对困难，更新障碍来自缺乏适宜幼苗存活的环境条件[10]。但近些年调查发现，章古台樟子松人工林围封区内存在天然更新幼树，连年生长且最大更新树龄达28年。刘淑玲等[11-12]认为樟子松在章古台沙地区域可进行天然更新，更新苗集中在降水量大的年份。然而目前仍缺乏对其天然更新影响因子的研究。笔者通过多因子分析方法探究樟子松天然更新与环境因子的关系，找出主要影响因素，为促进天然更新提供参考和科学技术指导。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况 研究区位于辽宁省彰武县章古台镇（122°25′33.05″～122°37′33.72″E、 42°39′04.19″～42°45′42.09″N），地处科尔沁沙地东南缘，海拔226.5 m。该土壤以风沙土为主，沙层厚度达126 m;年均降水量475.5 mm，多集中在6、7、8月;年均蒸发量1 300～1 880 mm。

1.2 研究方法

1.2.1 标准地设置及调查。

标准地设在经多次间伐的、有天然更新的樟子松人工林内（表1），立地为平缓沙地和起伏的沙丘。采取临时标准地测量与固定试验观测相结合的方法，按林况、地形不同设置标准地150块，面积按林内天然更新状况随机而定，调查不同坡向坡位及平缓沙地标准地内更新幼树幼苗的数量、密度、生长状况及其组成结构，母树林郁闭度、平均树高、平均胸径、林龄;在标准地中心和4个方向对角线中点选设5个1 m×1 m的样方用于植被调查[13]，调查灌木和草本植被的种类、数量、高度、盖度以及枯枝落叶层厚度和积沙层厚度。

1.2.2 影响因子分解。

选择影响樟子松天然更新的环境因子对其进行分解，环境因子包括坡向、坡位、郁闭度、枯枝落叶层厚度、积沙层厚度、植被盖度等。各环境因子分解见表2。更新密度统计条件为郁闭度<0.6;半阴坡（西北坡、东北坡、东坡），半阳坡（西坡、西南坡、东南坡），阳坡（南坡），阴坡（北坡）。

1.2.3 数据统计分析。

应用主成分法（principal components）进行综合因子分析。

因子得分公式：Fi=bi1X1+bi2X2+…+bn1Xn（i=1，2，…，n）

其中公因子Fj的方差贡献率为g2j

g2j=kj=1a2ij（i=1，2，…，p）

分析软件为SPSS 19.0。

2 结果与分析

2.1 评价过程与结果

空间格局是植物种群的基本特征，通过研究天然更新幼苗的空间格局及随机性有助于认识更新的生态过程以及与生境的相互关系[14]。参考相关文献[1，15-17]及结合章古台地区天然更新特征，选择影响樟子松天然更新的环境因子并对其进行统计分析。结果表明，半阴坡的更新总频度和更新幼树株数最大，因此认为半阴坡是影响樟子松天然更新的主要环境因子（表3）。

由于所调查的影响因子既有定性又有定量指标且互为相关，因此应用因子分析将多个相关变量转换为几个不相关的复合指标。将变量通过不同指标进行分类，找出主导因子，从影响樟子松天然更新幼树幼苗株数对各因子进行综合分析。

2.2 影响因子评价结果

以樟子松天然更新幼树幼苗株数为因变量，选取的环境因子为自变量，KMO统计量=0.585，大于0.5，P<0.001，适合做因子分析。进行因子分析，样本数为150个，结果见表4，综合影响因子中坡向对樟子松幼树幼苗株数的贡献率最大。影响樟子松天然更新的综合环境因子的得分排名由高至低为坡向、坡位、植被盖度、积沙层厚度、枯枝落叶层厚度、林分郁闭度。影响樟子松天然更新的分解环境因子的得分排名由高至低为半阴坡、阴坡、上坡位、下坡位、中坡位、郁闭度0.3～0.6、枯枝落叶层厚1～2cm、积沙层厚度>10cm、植被盖度>85%。

2.3 环境因子对樟子松天然更新的影响分析

2.3.1 地形因子对樟子松天然更新的影响。根据表4结果，坡向对樟子松天然更新影响排名第1位，且半阴坡樟子松更新幼树幼苗株数最好，其次为阴坡，最差的是阳坡。表3分析结果表明，更新株数受坡向影响达到显著差异。半阴坡相较于其他坡向差异达到极显著水平，阴坡与阳坡差异显著，这与表4结果相一致。半阴坡适宜樟子松天然更新，此环境下天然更新幼树幼苗株数和总频度为最好，这是因为不同坡向环境因子差异较大，太阳辐射强度和日照时数是主要影响因素[18]。半阴坡、阴坡温度较低，蒸腾减少，土壤含水量高，为种子萌发和幼树幼苗生长提供了有利条件。而阳坡日照时数较大，辐射量大，蒸腾量大，不利于幼树幼苗生长。同时樟子松在生长过程中倾向于光照充足的环境，因此半阴坡提供了适宜的土壤与环境，最适合樟子松天然更新进行。坡位对樟子松天然更新影响差异不显著。

2.3.2 积沙及枯枝落叶对樟子松天然更新的影响。

积沙层厚度对樟子松天然更新的影响排在第4位，是樟子松落种能否产生天然更新的基础。由表4得分值来看，由好到差的顺序为>10 cm、<5 cm、5～10 cm。由单因子方差分析（表3）得出，不同积沙层厚度对樟子松天然更新的影响存在差异。其中积沙層厚度<5 cm和5～10 cm的表现相近，与>10 cm之间差异显著。调查发现，天然更新效果与积沙层厚度成正相关。而没有积沙的林地，土壤表层紧实，难以提供天然更新所需的最基础条件，因此很难看到樟子松的天然更新。由于当地的气候特征，积沙对樟子松1、2年生幼苗安全越冬起到了保护作用。积沙层厚也有利于樟子松幼树幼苗根系的生长，利于吸收土壤水分和养分。

枯枝落叶层厚度对樟子松天然更新的影响排在第5位。不同枯枝落叶层厚度对樟子松天然更新的影响存在差异，其中枯枝落叶层厚度<1 cm和>2 cm表现相近，与1～2 cm差异显著。天然更新幼树株数和总频度由大到小顺序为1～2 cm、>2 cm、<1 cm，与表4得分排序相符。当地有樵采樟子松人工林林下松针的习惯，森林内的土壤通常处于半覆盖状态。较薄的凋落物层有利于种子发芽、生根。因此，经营中可采取人为措施控制枯枝落叶层厚度，以促进其更新。

2.3.3 植被盖度对樟子松天然更新的影响。

植被盖度对樟子松天然更新的影响排在第3位。不同植被盖度对樟子松天然更新影響差异显著，影响樟子松天然更新幼树幼苗株数和总频度由大到小的顺序是>85%、50%～85%、<50%。这与表4得分排序相符，其中>85%与其他相比显著差异。调查发现，有樟子松天然更新的标准地地表植被大多为灌草结合，当草本多为1年生时，灌木为樟子松天然更新提供了庇荫场所，有助于固定流沙和种子，对樟子松天然更新起到了保护作用。而多年生牧草（如虎尾草）覆盖的林地，土壤层密集的草根盘结基本无法进行更新，即使有更新，更新幼树也无法存活下来。

2.3.4 林分郁闭度对樟子松天然更新的影响。

光照条件是种子萌发生长的关键。林分郁闭度对樟子松天然更新的影响实质是光照条件的影响，光的变化能改变森林微环境温度和土壤水分含量，从而影响樟子松天然更新的模式和过程[19]。不同郁闭度对樟子松天然更新的影响差异显著（表3）。从幼树幼苗株数和总频度看，郁闭度0.3～0.6好于郁闭度<0.3，这与表4中郁闭度得分排序相符。郁闭度>0.6时很难进行天然更新。因此，在经营中可采取调控郁闭度的措施促进其天然更新进行。

3 结论

（1）坡向是影响章古台沙地樟子松天然更新质量的关键环境因子。坡向在很大程度上决定着水分和光照条件，天然更新由好到差的顺序为半阴坡、阴坡、半阳坡、平缓沙地、阳坡。坡向对更新幼树幼苗株数的影响达到差异显著水平，半阴坡相较于其他坡向达到差异极显著水平;阴坡与阳坡差异显著;半阴坡为樟子松天然更新提供了适宜的水热条件和土壤理化特性，适宜樟子松天然更新进行，而阳坡天然更新比较困难。坡位对樟子松天然更新影响差异不显著。根据章古台沙地樟子松天然更新潜力，按地形因子将章古台沙地樟子松天然更新划分3类：①适宜天然更新类型，半阴坡，天然更新幼树株数达1 262株/hm2;②可持续人工促进类型，包括阴坡、平缓沙地、半阳坡，其更新幼树株数为113～440株/hm2，经过辅以整地、浇水等措施可以达到更新标准;③天然更新不宜类型，阳坡，更新幼树株数仅为7株/hm2。

（2）郁闭度、积沙层厚度、植被盖度、枯枝落叶层厚度是影响章古台沙地樟子松天然更新的重要因子，郁闭度0.3～0.6时更新密度和更新频度最大，<0.3时次之，但当郁闭度>0.6时几乎没有天然更新幼树，天然更新无法正常进行。积沙层厚度决定着樟子松落种是否能够产生天然更新的基础，积沙层越厚，天然更新效果越好。天然更新由好到差的顺序为>10 cm、<5 cm、5～10 cm，不同积沙层厚度对樟子松天然更新的影响为显著差异。不同植被盖度对樟子松天然更新影响为显著差异，影响樟子松天然更新幼树幼苗株数由大到小的顺序是>85%、50%～85%、<50%，灌草结合利于樟子松天然更新。不同枯枝落叶层厚度对樟子松天然更新影响为显著差异，其中枯枝落叶层厚度1～2 cm时表现最好。

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