黄土高原刺槐人工林立地指数变化及评价_李平平.pdf

doi：10.11707/j.1001-7488.LYKX20220621黄土高原刺槐人工林立地指数变化及评价*李平平1,2王彦辉2段文标1王依瑞1,2于澎涛2甄理1,2李志鑫3尚会军3史再军3于艺鹏2（1.东北林业大学林学院哈尔滨 150040；2.中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京 100091；3.甘肃省平凉市泾川县官山林场泾川 744306）摘要：【目的】在黄土高原研究刺槐人工林优势木平均高及立地指数（基准林龄 15 年时优势木平均高）对气候和立地因子的响应，建立模型评价立地质量。【方法】对样地调查及文献搜集数据，用外包线法确定优势木平均高的单因子响应规律和适宜函数形式，然后建立多因子耦合模型并用实测数据率定，籍此评价立地指数空间差异。【结果】地形部位对优势木平均高的影响差异较大，相对得分表现为沟底 1.000塬面 0.906梁坡下部 0.837梁坡中部 0.438沟坡0.210梁坡上部 0.176梁峁顶 0.000。当年均降水量小于 550 mm 时，优势木平均高随年均降水量升高快速增加，之后渐趋平缓；优势木平均高随年均气温升高呈先增后减，最适范围是 7.511.0。建立了耦合气候和立地因子影响的优势木平均高模型，拟合度较好（R2=0.72）。依据对优势木平均高的影响，将年均气温和降水量都分为 4 级（11.0，暖，较宜或不宜生长。550 mm，湿，最宜生长），据此确定了黄土高原不能刺槐造林的区域，提出了可刺槐造林区域的气候分区，其中温湿区、温润区、暖湿区和温旱区的平均立地指数均为中等或以上（7.5 m），宜于刺槐生长；但冷旱/润区和暖润区立地较差，整体不宜刺槐生长。对各气候分区，计算了各立地类型（地形部位与坡向的组合）的立地指数，评价了立地质量。【结论】黄土高原刺槐人工林的立地指数同时受气候和立地因子影响。综合考虑这些影响的气候分区和立地评价可以指导精细的刺槐造林立地选择和林分科学经营。关键词：刺槐人工林；立地指数；耦合模型；生长分区；优势木平均高；黄土高原中图分类号：S724;S727.2;S717.1文献标识码：A文章编号：10017488(2023)04001814Variation and Evaluation of Site Index of Black Locust Plantations on the LoessPlateau of Northwest ChinaLi Pingping1,2Wang Yanhui2Duan Wenbiao1Wang Yirui1,2Yu Pengtao2Zhen Li1,2Li Zhixin3Shang Huijun3Shi Zaijun3Yu Yipeng2（1.College of Forestry,Northeast Forestry UniversityHarbin 150040；2.Key Laboratory of Forest Ecology and Environment of National Forestry and GrasslandAdministrationEcology and Nature Conservation Institute,Chinese Academy of ForestryBeijing 100091；3.Guanshan Forest Farm,Jingchuan County,Pingliang City,Gansu ProvinceJingchuan 744306）Abstract：【Objective】The response of average height of dominant trees and site index(the average height of dominant treeswith a baseline forest age of 15 years)of black locust(Robinia pseudoacacia)plantations to climatic and site factors was studied onthe Loess Plateau,for establishing a model to evaluate site quality.【Method】Based on the survey of sample plots and collectedliterature data,the single factor response law and appropriate form of response function of the average height of dominant treeswere determined using the envelope method,and then a model was established by coupling multiple factors and calibrated with themeasured data to evaluate the spatial difference in site index.【Result】The impact of topography positions on the average heightof dominant trees varied greatly,with a relative score of:gully bottom 1.000 tableland 0.906 lower part of ridge slope 0.837 middle part of ridge slope 0.438 gully slope 0.210 upper part of ridge slope 0.176 hilly top 0.000.Within the variation rangeof mean annual precipitation(MAP)below 550 mm,the average height of dominant trees increased with rising MAP rapidly,andthereafter gradually tended to level-off;the average height of dominant trees increased first and then decreased with rising meanannual air temperature (MAT),with an optimal range of 7.511.0.The model of average height of dominant trees was 收稿日期：20220908；修回日期：20230314。基金项目：国家自然科学基金项目（U21A2005、U20A2085）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（CAFYBB2021ZW002）。*段文标为通讯作者。第 59 卷 第 4 期林业科学 Vol.59，No.42 0 2 3 年 4 月SCIENTIA SILVAE SINICAEApr.，2 0 2 3established by coupling the effects of climatic and site factors,with a satisfactory fitness(R2=0.72).According to the effects onthe average height of dominant trees,both MAT and MAP on the Loess Plateau were divided into four levels(11.0,warm and relatively suitable or not suitable for growth.550 mm,wet and the most suitable for growth).Then,the areas whereblack locust afforestation cannot be carried out on the Loess Plateau were determined,and the climate zoning of the rest areaswhere black locust afforestation can be carried out was proposed.The mild-wet,mild-moist,warm-wet and mild-dry subzones aresuitable for black locust growth with an average site index of medium or higher classes(7.5 m);while the cold-dry/moist andwarm-moist subzones are not suitable for black locust growth as a whole.The site index of all site types in each subzone wascalculated using fitted model for evaluating the site quality.【Conclusion】The site index of black locust plantations on the LoessPlateau is affected by both climatic and site factors.The climatic zoning and site assessment with site index considering theseeffects can guide the refined site selection for afforestation and rational management of black locust plantations on the LoessPlateau.Key words：black locust plantations；site index；coupling model；growth zoning；average height of dominant trees；LoessPlateau 在黄土高原，为治理严重水土流失，从 1978 年和1999 年起我国相继实施了三北防护林和退耕还林工程（田均良等，2000），取得了增加植被覆盖（王艳芬等，2021）和遏制水土流失的显著成效，如林草覆被率由20 世纪 80 年代总体不到 20%增至 2017 年的 65%，年入黄泥沙量由 20 世纪 70 年代每年 16 亿 t 降至 21 世纪 20 年代 3 亿 t 左右（Wang et al.,2016）。由于黄土高原的降水少且时空差异大，加之地形复杂，森林分布和生长同时呈现地带性分异和立地差别。然而，因以往未充分认识和利用主要由水分条件决定的森林生长空间分异规律，未能做到适地适树，出现很多问题（张文辉等，2007;Huntley,1990），如造林成活率和保存率低、大量小老头树、土壤干层严重、树木干旱死亡等（王风兰等，1996；王力等，2004；张晶晶，2010）。非常需要深入理解和定量评价立地质量空间差异，并籍此指导林业发展规划和森林合理经营，从而促进区域可持续发展。刺槐（Robinia pseudoacacia）具有抗干旱、耐贫瘠、易育苗、喜萌生等优点，是全球仅次于桉树（Eucalyptusspp.）的主要造林树种（Nicolescu et al.,2020），也是黄土高原的首要造林树种，广泛种植在山西、陕西、甘肃、宁夏、河南、内蒙古、青海等省（区），其人工林面积占黄土高原人工林总面积的 85%以上（朱朵菊，2018）。事实上，刺槐生长空间差异很大（刘江华，2008），这同时取决于区域气候和局域立地（地形部位、海拔、坡向等）（焦醒等，2009）。在 20 世纪 80 年代初以后，曾使用刺槐人工林立地指数（基准林龄时的林分优势木高）在黄土高原多地零散进行了立地分类和评价（李俊国等，2007；韩蕊莲等，2003），如在山西吉县（王斌瑞等，1982）和陕西淳化（王佑民，1982），还有非黄土高原的华北山区（侯淑艳，2013；张小泉等，1993）及辽宁省（刘财富等，1998）。然而，一直缺乏在整个黄土高原对刺槐林生长受气候和立地因子影响的系统研究，即使个别地点研究中考虑了海拔、坡向、坡度、坡位等立地因子，也没考虑降水和气温等气候因子（李俊国等，2007；韩蕊莲等，2003；马玉玺等，1990；袁瀛等，1996），限制了有关成果在空间分异很大的黄土高原各地应用，也不利于提高刺槐林的稳定性和多功能经营水平。因此，本研究综合应用有关文献数据及笔者调查数据，系统分析在黄土高原的区域气候特征和局域立地因子影响下的刺槐林立地指数空间变异，建立考虑主要因子影响的耦合模型，籍此划分气候分区并评价不同立地类型的立地质量，为指导刺槐造林立地选择与森林经营提供科学依据。1研究区概况黄土高原涉及陕、甘、晋、青、宁、豫、蒙等省（区），总面积 64.87 万 km2，海拔 8003 000 m，黄土层一般厚 5080 m，为全球土壤侵蚀最严重地区，长期侵蚀形成了沟壑交错的塬、梁、峁等复杂破碎地形，是我国水土保持重点地区（刘国彬等，2017）。这里属（暖）温带（大陆性）季风气候，年均降水量 466 mm，从东南部 600700 mm 递减到中部 300400 mm 和西北部 100200 mm。全区森林植被稀疏、覆盖率低，天然林很少且主要分布在一些高海拔山地，现有森林多为过去几十年内营造的人工林。本研究收集了国内文献数据，其研究地点集中在第 4 期李平平等：黄土高原刺槐人工林立地指数变化及评价19 陕、晋、甘三省；调查地点位于甘肃东部泾川县官山林场。各具体地点及其气候、地形、林分的主要特征见表 1，土壤以黄绵土或褐土为主，塬面上有黑垆土。地貌类型包括塬面、梁坡、沟坡和沟底。2研究方法 2.1数据来源本研究基于中国知网（http:/ of Science 及 Google Scholar 等检索平台，收集了19822020 年发表的涉及黄土高原刺槐人工林生长的期刊和学位论文。对文献全文采用关键词“黄土高原”和“刺槐”或“Loess Plateau”和“locust”进行检索。由于检索限制很低，不会遗漏很多文献。对初步收集的文献，采用以下方法进一步筛选：1）研究内容涉及刺槐树高生长；2）与其他文献数据无重复、数据精度有保障；3）同时含有气候（年均气温、年均降水量）、立地（地形部位、坡向、坡位）和林分结构（树高、胸径、林龄、密度）因子的数据。最终，共收集到182 块样地的文献数据，还有 37 块笔者 1983、2021 和2022 年在甘肃泾川调查的 20 m20 m 样地（表 1）。2.2数据分析 2.2.1用林分平均树高和胸径计算优势木平均高在数据集中仅 40 块样地包含林分优势木平均高数据，需插补其他样地的优势木平均高，为此，需要建立用 表 1刺槐林文献数据地点及笔者调查地点基本情况Tab.1Basic information of study sites from literature and the inventory of authors调查地点Study sites林龄Forest age/a密度Standdensity/(treeshm2)MAP/mmMAT/海拔Altitude/mSA/（）坡度Slopegradient/（）样地数Plotquantity参考文献References甘肃省 Gansu Province泾川县官山林场 GuanshanForest Farm of JingchuanCounty7451 1003 2404755559.210.51 0351 31421157.503837笔者调查 Authors survey27王云等，2007；张晓梅等，2019；景贯阳等，2017；Kai et al.,2018庄浪、天水、通渭、环县Counties of Zhuanglang,Tianshui,Tongwei,Huan xian8283 3306 9904085487.51122.567.54柳洋等，2021；马玉玺等，1990陕西省 Shaanxi Province安塞县纸坊沟流域Zhifanggou watershed,AnsaiCounty,9409002 4755005438.81 0061 29645169.5164314刘愿等，2019；刘愿，2019安塞县南沟流域 Nangouwatershed,Ansai County296752 8005058.81 0501 440 22.5157.59刘建利等，2008延安羊圈沟小流域Yangguangou small watershedin Yanan12281 2002 500531.09.81 1691 1729024262Jiao et al.,2016黄陵、陇县、富县、延长、清涧、米脂、神木、永寿县Counties of Huangling,Longxian,Fu xian,Yanchang,Qingjian,Mizhi,Shenmu,Yongshou11251 2223 3344416308.510.822.5157.511马玉玺等，1990山西省 Shanxi Province吉县蔡家川流域 Caijiachuanwatershed,Jixian County18366671 625576101 0911 2267016018338朱悦，2012；赵丹阳等，2021吉县红旗林场 Hongqi forestfarm,Jixian County14576101 1001 270 22.5157.511王斌瑞等，1982方山县和吉县 FangshanCounty and Jixian County11258332 2224975767.310.68001 35022.5157.546玉宝等，2011；2012；史振华，2009偏关县以南的西部沿黄一带 Western area along YellowRiver，south of PianguanCounty218500822.5157.545卫三平等，2002古县、兴县、离石县Counties of Guxian,Xingxian,and Lishi7201 8944 8134915768.911.822.53马玉玺等，1990宁夏回族自治区 Ningxia Hui Autonomous Region固原、西吉 Counties ofGuyuan and Xiji11231 6601 66543547866.222.52马玉玺等，1990 MAP:年平均降水量 Mean annual precipitation;MAT:年均气温 Mean annual temperature;SA:坡向(两侧偏离正北角度)Slope aspect(deviationfrom due north to both).20林业科学59 卷 林分的平均树高和胸径数据计算优势木平均高的经验 公 式（王 雪 梅，2001；史 振 华，2009；Tarmu et al.,2020），这里应用了如下模型（1）：H=a+bH+cDBHd。（1）H式中：为优势木平均高（m）；H 为平均树高（m）；DBH 为平均胸径（cm），a、b、c 和 d 为待拟合参数。2.2.2地形部位影响树高生长的数量化基于本研究数据集，采用数量化理论将影响树高生长的定性的地形部位数量化，之后进行线性回归分析，确定各自的回归系数（王斌瑞等，1982）。为直观比较各地形部位的影响，将其回归系数进行标准化（变化在 01之间）。具体做法为：将样地资料中的地形部位分类，包括沟底（x1）、塬面（x2）、梁坡下（x3）、梁坡中（x4）、梁坡上（x5）、沟坡（x6）和梁峁顶（x7）；若属于某个地形部位就取值 1，否则取值 0，这样就完成了地形部位的数量化。以优势木平均高为因变量，以林龄和地形部位为自变量，拟合回归方程:H=a1(1e(a2A)a3(b0+71bixi)。（2）Hb0bi式中：为优势木平均高（m）；A 为林龄（a）；xi为地形部位；为地形部位回归的常数项；为第 i 个地形部位的回归系数；a1、a2、a3为待拟合参数。b1b771bixi(bmaxbmin)bminbmin+71bixibmaxbminbmax和bminb1b7xi(bmaxbmin)(bminbmaxbmin+bibminbmaxbmin)为实现回归系数的标准化，把式（2）中的改 写 为，其 中为中的最大值和最小值。每个样地只有 一 个 且 取 值 为 1（其 他 均 为 0），则 可 表 示 为。把表 2 中拟合确定的回归系数数值带入，即可得到标准化后的回归系数（表 2）。f(z1)2.2.3树高多因子耦合模型的框架基于 Richard 模型构建林分树高的多因子耦合模型（王雄宾等，2015）。为此，首先用上外包线法在受多因子影响的调查数据中 剥 离 出 各 单 一 因 子 影 响 并 确 定 其 函 数 类 型（Matsushita et al.,2015），然后通过连乘关系耦合相关影响因子，建立树高的多因子耦合模型框架。以连乘关系为例，其具体步骤是：1）将实测树高除以其理论最大值，得到相对树高；然后与第一因子做散点图，把第一因子变化范围分成若干段，在每段选取大于本段树高均值加一倍标准差的数据（Ahmad et al.,2018），或在一些数据偏少区段直接选择最大数据，作为外包线数据，用于拟合外包线，从而确定第一因子的影响函数类型；2）同理，为更清楚可靠地确定第二因子的影响函数类型，需解耦第一因子以尽可能消除其f(z1)f(z2)f(zn)影响，即将上一步的各相对树高数据除以对应第一因子外包线的计算值，形成新数据集，做与第二因子的散点图，用前述方法确定第二因子的外包线及对应影响函数；3）用同样方法，逐个消除前面各因子影响，直到确定最后一个因子的影响函数；4）连乘主要因子的影响函数，得到树高的多因子耦合模型框架：H=f(z1)f(z2)f(zn)1exp(bA)c。（3）f(z1)f(z2)、f(zn)z1z2zn式中：、.分别表示影响树高生长的各单一因素、的影响函数；n 为影响因子数；A 为林龄（a）。2.2.4模型率定和验证及精度评价为率定和验证树高模型，将 219 块样地依次选择 3 块和 1 块分别归到率定组（165 块）和验证组（54 块），分组时注意保持样地在年均温、年均降水量、地形部位、坡向和林龄范围内的均匀分布。选取确定指数（R2）和均方根误差（RMSE）评价模型精度。R2越大则精度越高，RMSE 越小则误差越小，表明模型拟合越好，计算公式为：R2=1ni=1(yi yi)2ni=1(yi yi)2；（4）RMSE=|ni=1(yi yi)2n1。（5）yi yi yi式中：为因变量实测值；为因变量预测值；为因变量实测值的平均值；n 为样本数。2.2.5立地质量评价等级划分用各样地立地指数SI 的数值评价立地质量，将 SI 从高到低均匀地分为5 级：优、良、中、差、极差。2.2.6数据处理用 Excel 2010 处理数据，用统计软件 Origin 2021 进行绘图及曲线拟合，用 SPSS 25 进行典型相关分析等统计分析，用 1stOpt 1.5 进行模型参数拟合。3结果与分析 3.1优势木高和平均树高的关系用同时包含林分平均树高（H,m）、优势木平均高（H,m）、平均胸径（DBH,cm）的 40 个样地数据，拟合了用林分平均树高和胸径求林分优势木平均高的关系式（6），籍此插补各样地优势木平均高。H=7.43+0.97H7.51DBH0.25；R2=0.934，RMSE=0.78。（6）第 4 期李平平等：黄土高原刺槐人工林立地指数变化及评价21 3.2优势木高对气候和立地因子的响应bmax和bmin(bmaxbmin)为bminbmaxbminbi=bi+0.7721.765 3.2.1地形部位对优势木平均高生长影响的赋值基于本文数据集，按 2.2.2 中叙述的方法将影响树高的定性的地形部位数量化后进行线性回归分析（表 2），并将各地形部位的回归系数标准化。基于的数值，1.765，为0.437 4，则通过得到各地形部位回归系数的标准化数值（表 2）。表 2刺槐人工林优势木平均高方程的地形部位回归系数与标准化结果Tab.2Regression coefficients and standardized values oftopography positions for the equation of average height ofdominant trees in black locust plantations地形部位Topography positionsbi回归系数The regressioncoefficients of bi回归系数值The values ofregressioncoefficients标准化的回归系数值Standardized valuesof regressioncoefficients常数项 Constant termb04.910沟底 Valley bottomb10.9931.000塬面 Tablelandb20.8270.906梁坡下部 Lower partof ridge slopeb30.7060.837梁坡中部 Middle partof ridge slopeb40.0010.438梁坡上部 Upper partof ridge slopeb50.4620.176沟坡 Gully slopeb60.4010.210梁峁顶 Ridge topb70.7720.000 3.2.2影响优势木平均高生长的主要因子为初步确定影响林分优势木平均高的主要因子，进行了相关分析，各因子相关系数表现为林龄 0.573*地形部位0.562*年均气温 0.392*年均降水量 0.353*坡向0.280*坡度0.203林分密度0.146，前 4 个因子为极显著正相关，坡向为极显著负相关，坡度和密度为不显著负相关。3.2.3优势木平均高的单因子响应与函数类型图 1a中上外包线表明，优势木平均高随林龄增加先快速增大后缓慢增大，在 15 a 后增势趋缓或基本稳定，符合Richard 方程，由此确定计算立地指数的基准林龄为15 年。在地形破碎的黄土高原，优势木平均高受地形部位影响很大，其去除林龄影响后的相对值（见 2.2.3 的步骤 1）随地形部位的相对赋值增大呈线性增加（图 1b）。继续去除地形部位影响后的优势木平均高相对值随年均气温升高呈先升后降（图 1c），最高值在9 左右，最优区间是 7.511.0，符合二次多项式关系。降水不足是限制刺槐生长的重要因素，在本研究数据集的年均降水量变化范围（408575 mm）内，优势木平均高随年均降水量的变化符合逻辑斯蒂关系（图1d），在500 mm 后渐趋平缓。坡向也一定程度地影响优势木平均高（图 1e），其随坡向（向两侧偏离正北方向的角度）增大而线性降低，适宜生长的坡向为阴坡和半阴坡。3.3优势木树高生长模型 3.3.1模型建立与检验基于模型框架式（3）耦合了图 1 中各单因素影响函数后，利用率定组数据拟合了模型参数，得到林分优势木平均高生长模型：H=|0.001 981+(T11.9)4.860.001 981+(T6.9)7.2|0.35+10.961+(P405)9.9|(409.960.27Asp)(2.14+1.13Tp)1exp(0.14A)0.76；R2=0.72,RMSE=1.58。（7）式中：T 为年均气温（）；P 为年均降水量（mm）；Asp为坡向（）；Tp 为地形部位的赋值（标准化后的回归系数，表 2），A 为林龄（a）。在用验证组数据检验式（7）时，R2=0.75，预测值均匀分布在 45线两侧（图 2），其残差分布在 95%，95%置信区间内，表明接近真实值。因此后面分析中应用式（7）。3.3.2气候指标的立地指数影响与气候分区用式（7）计算的各样地立地指数 SI 变化在 2.517.1 m。参考此变化范围，将黄土高原刺槐人工林立地指数 SI 分为 5 级:优，SI12.5 m；良，10.0 m SI12.5 m；中，7.5 mSI10.0 m；差，5.0 mSI7.5 m；极差：SI550 mm 后渐趋稳定。基于图 1 和图 3 中刺槐树高生长响应以及立地指数等级划分，将年均气温分 4 级：1）11.0，暖，较宜或不宜生长，立地指数随气温升高而降低，可能因伴随干旱加剧。将年均降水量分 4 级：1）550 mm，湿，最宜生长，立地指数逐渐达到最优值。根 据 黄 土 高 原 年 均 气 温 和 年 均 降 水 量 分 布（http:/ 4 个气温和降水分级的所有组合的面积比例（表 3），发现在不能刺槐造林的面积比例中，年均气温6 的占 9.74%、年均降水量400 mm 的占 38.49%，扣除重合部分后总计 42.61%，即能刺槐造林的面积比例为 57.39%。在能造林的 9 个水热条件组合中（表 3 中黑体数值），有的面积比例太小和分布太零散，不宜单独分区。所以把面积比例400 mm）6.78%、温旱区（7.511.0、400450 mm）6.45%、温润区（7.511.0、450550 mm）19.81%、温湿区（7.511.0、550mm）7.49%、暖润区（11.0、450550 m）3.42%、暖湿区（11.0、550 mm）13.44%。3.4立地指数评价 3.4.1黄土高原立地指数评价对上述能刺槐造林的各气候分区，将其年均降水量和年均气温的变化范围分别均匀分为 8 段和 5 段，形成 40 个水热组合，按立地类型计算基准年龄（15 年）时的立地指数后求取算术平均值，作为各分区内不同立地类型的立地指数（表 4）。3.4.2各气候分区立地指数评价对表 4 中数据进行统计，发现在黄土高原可刺槐造林的 6 个气候分区与19 个立地类型的 114 个总 组合数中，刺槐立地指数在中等以上（宜于生长）的立地占总组合数的比例为64.0%（优（SI12.5 m）12.2%、良（10.0 m SI12.5 m）20.2%、中（7.5 mSI10.0 m）31.6%），在中等以下（不宜生长）的立地占总组合数的比例为 36.0%（差（5.0 mSI7.5 m）35.1%、极差（SI5.0 m）0.9%）。在可生长刺槐的 6 个气候分区中，温湿区和温润区的立地指数均在中等及以上，宜于刺槐生长，其中温湿区和温润区分别为 12.7（9.716.3）和 11.6（8.914.9）m，立地等级较优；暖湿区和温旱区的立地指数分别为 8.5（6.510.9）和 7.7（5.99.9）m，立地等级次之，其中小于 7.5 m 的分布在暖湿区的沟坡、梁坡上部（阳、半阳坡）及梁峁顶和温旱区的梁坡中部（阳坡）、梁坡上部、沟坡及梁峁顶，其他立地类型均宜于刺槐生长；暖润区和冷旱/润区的立地指数分别为 7.4（5.79.5）m 和 6.5（4.98.4）m，除在因坡面水分再分配导致土壤水分相对充足的沟底、塬面和部分的梁坡下部和及梁坡中部（暖润区的阴坡、半阴坡）立地类型上宜于刺槐生长外，其他立地类型的立地指数等级均差或极差，整体上不宜刺槐生长，主要限制因素是干旱。整体而言，各气候分区差异导致的立地指数均值相差 6.2 m（温湿区与冷旱/润区平均值的差值）。3.4.3各立地类型立地指数评价由表 4 可知，黄土高原各立地类型的立地指数差异很大，就各气候分区的平均值而言，最高的沟底和最低的梁峁顶相差 4.8m，低于各气候分区平均值的差值（6.2 m）；整体而言，沟底和塬面立地指数最高（11.311.7 m），各坡向的梁 表 3黄土高原年均气温和年均降水量分级组合的面积比例 Tab.3Area proportion of the graded combination of mean annual temperature and mean annualprecipitation on the Loess Plateau%年均气温/年均降水量Mean annual temperature/Mean annual precipitation400 mm（过旱Too dry）400450 mm（旱Dry）450550 mm（润Moist）550700 mm（湿Wet）合计Total11.0（暖Warm）0.210.003.4213.4417.06合计Total38.4912.2427.4821.78100.00 6810121404812162024年均温Mean annual temperature/模拟立地指数Simulated site index/m40045050055060065070004812162024年均降水量Mean annual precipitation/mm模拟立地指数Simulated site index/m梁峁顶 Hilly top(6)阴面梁坡中部 Middle part of shady ridge slope (7.5)沟底 Gully bottom(9)梁峁顶 Hilly top(420 mm)阴面梁坡中部 Middle part of shady ridge slope (500 mm)沟底 Gully bottom(600 mm)图 3在梁峁顶、阴面梁坡中部、沟底的刺槐林立地指数随年均气温和降水量变化的模拟结果Fig.3Variation of simulated site index with mean annual temperature and mean annual precipitation at the sites of hilly top,middle part ofshady ridge slope,and gully bottom24林业科学59 卷 坡下部次高（10.011.0 m），各坡向的梁坡中部和阴面半阴面的沟坡、梁坡上部居中（8.19.4 m），阳面半阳面的沟坡、梁坡上部较低（7.68.0 m），梁峁顶最低（6.9m）。受各气候分区的降水量和气温差异影响，同一立地类型的立地指数分级具有气候分区差异。在温湿区和温润区，各立地类型的立地指数均在中等以上（7.5 m），宜于刺槐生长；在温旱区和暖湿区的立地指数基本相同，温旱区只有沟底、塬面、梁坡下部和梁坡中部（阳坡除外）和暖湿区只有沟底、塬面、梁坡（阳面半阳面梁坡上部除外）和阴面半阴面沟坡的立地指数在中等以上（7.5 m），宜于刺槐生长。冷旱/润区和暖润区的立地等级比较接近，其中冷旱/润区只有沟底、塬面、梁坡下部（除阳坡、半阳坡外）和暖润区只有沟底、塬面、梁坡下部和梁坡中部（阳坡半阳坡除外）的立地指数在中等以上（7.5 m），宜于刺槐生长，其他立地类型较差，不宜刺槐生长。4讨论 4.1气候特征影响刺槐具有很强生态适应性，广泛引种和大面积种植在环境条件不同的世界各地，但也有很多地方不能生长或生长不好，其中气候因子限制作用很大，常用年均气温和年均降水量进行评价，但同时影响因子还有极端气温、干旱、风、霜冻等，早期霜冻伤害未硬化幼枝是刺槐频繁分叉的根源（Huntley,1990），风暴、湿雪及冰挂可折断树枝和树干（吴贻军，2016），而且这些因子和年均降水量及年均气温有着程度不同的关联。因此，在仅用年均降水量和年均气温评价刺槐生长适宜性时，必然带来与原产地北美和广泛成功引种的欧洲所