李鸿杰，吕志鹏，苏小惠，王瑞君，石 峰

(1．甘肃林业职业技术学院，天水 741020;2．天水市秦城区林业局，甘肃天水 741000)

红豆杉植物 (Taxus Linn．)起源于古老的第三纪，在地球上已有250万年的历史。联合国教科文组织1996年将其列为世界珍稀濒危植物，为我国1999年第一批公布的一级重点保护野生植物，目前国内产4种1变种，引入1种。甘肃省境内以小陇山林区为主，有自然分布种中国豆杉 (Taxus chinensis)和引进栽培的曼地亚红豆杉 (Taxus media)两种。近20年来，由于红豆杉药用、观赏等价值的开发，引起国内大范围的红豆杉栽培热，甘肃省内自2005年开始有成片栽培，吸引了较多的投资。但由于甘肃境内气候复杂多样，盲目栽培极有可能造成大的经济损失。该文通过甘肃省各地30年 (1971年～2000年)的气象资料［1］，采用灰色聚类分析法，对中国红豆杉及曼地亚红杉进行了适应性区划，得到了适宜栽培区气象指标，为引种栽培提供指导。

1 研究方法与步骤

1.1 研究方法

聚类分析是农业生态区划分析的一种较好方法，如在甜樱桃生态区划中采用模糊聚类分析法［2］，综合农业区划分中采用多因子系统聚类分析法［3］等。灰色定权聚类分析法是一种区分聚类元素在聚类指标下所属类别的灰色决策方法［4］，首先对影响中国红豆杉和曼地亚红豆杉生长的环境因子进行筛选、排序并确定其权重系数，把已知环境适宜情况视为白类并确定栽培指标范围，把待划类地区的适宜性视为黑类，通过聚类方法在对白类分析的基础上对黑类进行判别。在甘肃省内共选择46个主要县区进行分析，东南部为暖温带、北亚热带气候，从宏观环境看，更有可能适宜红豆杉生长，故布点多。

1.2 研究步骤

1．2．1 指标筛选

中国红豆杉分布于黄河以南暖温带、亚热带地区，分布海拔500～1 800m，四川西南部部分地区达2 700m［5］。红豆杉在林隙或稀疏的冠层下生长更好，树苗在透光率18．5%时生长量最高［6］;红豆杉多沿江河、溪流或其他小气候潮湿的地方分布，特别是在森林中［7］;红豆杉生长地pH在4．36～8．15之间，不同调查点土壤碱解氮、有机质、速效磷、速效钾含量差异大，分别在20～557mg/kg、3．34～457．1mg/kg、0．9～178．3mg/kg、56～519mg/kg之间［8］，秦岭西段小陇山林区红豆杉主要生长在湿润温暖、腐殖质厚度在10～20cm的石质山地。

曼地亚红豆杉自20世纪中期引入中国以来，全国许多地区已有引种栽培，但以暖温带、亚热带地区为主。栽培实践表明，曼地亚红豆杉在内陆海拔460～2 000m，年最低气温不低于-25℃，夏季无明显酷暑，土壤为中性或酸性、微碱性的地区均能生长，尤其在海拔500～1800m，气候温凉湿润的亚热带山区生长最佳［8］;曼地亚红豆杉50%遮阴率生长最好［9］，成年树以透光率为70%时生长最佳，物质的累积达到最大［10］。

在秦岭西段小陇山林区，红豆杉分布范围较广，其中榆树林场有连片天然林分，海拔700～2 500m，集中分布区海拔1 090～1 230m，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，年均气温12．9～5．2℃，极端最高气温39．2℃，极端低气温-23．9℃，≥10℃积温2 444～3 825℃，年降水量560～800mm，相对湿度68%～78%，无霜期154～218天;在麦积山林区，有零星中国红豆杉自然分布，人工栽培的红豆杉生长健壮，引种的曼地亚红豆杉生长良好，该区海波800～2 400m处，年均温为12～5．6℃，极高39℃，极低-23．5℃，年均降水量440～830mm，相对湿润度68%，无霜期150～185天。

综合分析，中国红豆杉的主要分布区与曼地亚红豆杉主要栽培区范围接近，环境要求基本一致。适宜海拔600～2 000m，但由于甘肃境内高山突兀，尤其是东南部同一地区高差大，故不作为聚类分析指标;虽然光照是红豆杉生长分布的另一重要因子［11］，但主要为光照强度的影响，可通过营林措施改变，不作为主要分析因素;红豆杉对土壤的适应性较强，如果施以一定的改良措施，土壤因素并不是红豆杉生存的限制因子。从中国红豆杉自然分布区看，甘肃小陇山林区是最高纬度区，且有广泛及连片的分布，同时该区引种曼地亚红豆杉近10年，生长良好，因此小陇山林区可以作为海拔、气温、降水量条件的重要参照，结合国内其它红豆杉分布区气象条件，确定中国红豆杉及曼地亚红豆杉适宜的年均温适宜为12℃，下限为6℃;极端最低温-20℃为适宜，下限为-30℃;年降水量≥600mm为适宜，400mm为下限;年均空气相对湿度68%左右，无霜期180天左右。

1．2．2 指标权重的确定

指标权重系数 (聚类权)确定采用指标排序法则［12］。按各环境指标对红豆杉栽培影响的重要性程度而由大到小排列指标。年均温反应了红豆杉生长的热供应量，直接决定生长量，排序第一;红豆杉对空气湿度的要求较高，排序第二;在自然生长状态下，年降水量影响树体正常的生长，排序第三;红豆杉虽耐寒，但年极端最低温直接决定了红豆杉能否越冬与持续生存，排序第四;无霜期决定了红豆杉的生长期，排序第五。以指标所占重要性成数 (即倒排序号值)为载荷值(aj)，按公式计算指标贡献率，即聚类权 (表1)。

表1 指标排序及权重系数

1．2．3 确定指标等级及灰类的白化函数

按筛选的红豆杉对环境因子的适应性指标，划分指标等级 (灰类)(表2)。

表2 各指标值范围

设fjk为j指标第k个灰类的白化函数。根据指标范围画出相应的函数图像，见图1。

图1 各指标的白化函数图像

1．2．4 计算定权聚类系数

对甘肃省不同地区的因子dij(i为地区)查图1，得到fjk，再利用公式可得第i个地区属于k灰类的聚类系数σik。计算得到甘肃省主要县区不同灰类的判别矩阵，利用公式k*=max{σik}，取各灰类矩阵最大值即为所判别地区的类型［13］(k类型)。

2 结果与分析

2．1 聚类系数及判定结果

计算得到36个县区的聚类系数矩阵 (表3)。由判别矩阵得各地区所属灰类。

表3 不同地区的聚类系数

13 成县 0．991 7 0．762 0 0．616 2 1 36 庆阳0．825 2 0．942 9 0．845 0 2 14 康县 0．969 4 0．746 5 0．600 8 1 37 合水0．841 4 0．925 6 0．826 6 2 15 徽县 0．997 2 0．729 0 0．593 7 1 38 正宁0．849 3 0．901 9 0．822 3 2 16 两当 0．991 7 0．777 7 0．643 0 1 39 泾川0．882 7 0．937 3 0．785 9 2 17 酒泉 0．530 0 0．655 3 0．957 4 3 40 镇原0．842 1 0．938 1 0．840 5 2 18 敦煌 0．561 1 0．667 2 0．898 1 3 41 崇信0．872 5 0．933 9 0．812 1 2 19 玛曲 0．746 5 0．882 5 0．922 5 3 42 渭源0．751 2 0．863 1 0．920 2 3 20 通渭 0．720 7 0．843 4 0．933 5 3 43 榆中0．689 7 0．826 1 0．968 1 3 21 漳县 0．777 1 0．893 0 0．906 8 3 44 静宁0．745 3 0．889 4 0．934 4 3 22 舟曲 0．906 6 0．688 9 0．676 5 1 45 华池0．774 1 0．932 2 0．889 9 2 23 迭部 0．818 0 0．830 8 0．862 0 3 46 环县0．759 0 0．914 8 0．892 8 2

由表3知，中国红豆杉与曼地亚红豆杉生长适宜区为陇东南地区的秦州、麦积、秦安、武都、文县、成县、康县、徽县、两当、舟曲;基本适宜区为以陇东南地区为主的宕昌、陇西、甘谷、武山、清水、张家川、礼县、西和、平凉、庄浪、西峰、庆阳、合水、正宁、泾川、崇信、镇原、华池、环县;其他地区均为不适宜区。栽培区划图见图2。

图2 甘肃红豆杉栽培区划

2.2 红豆杉适宜区气象因子分析

甘肃省红豆杉栽培适宜、基本适宜区的主要气象因子见表4。

红豆杉适宜栽培区年平均温度在12．14℃，年平均相对湿度67．8%，年平均降水量551．14mm，年平均日照1 804．09小时，平均无霜期210．4天，4月份均温13．42℃，年绝对低温≥-18．9℃，4月极低温≥-6．9℃，年绝对最高温≤38．6℃;站点海拔930～1 400m。

基本适宜栽培区年平均温度9．11℃，年平均相对湿度66．11%，年平均降水量499．03mm，年日照平均时间2 224．64小时，平均无霜期168．32天，4月份均温10．62℃，年绝对低温≥-25．5℃，4月极低温≥ -13．3℃，年绝对最高温≤38．6℃;站点海拔1 028．8 ～1753．2m。

适宜区与基本适宜区主要气象因子反映出，红豆杉喜温暖湿润、较耐低温的特点。

表4 甘肃红豆杉适宜栽培区的气象因子

3 结论及讨论

(1)通过选择与中国红豆杉及曼地亚红豆杉生长关系密切的年均温、空气相对湿度、年降水量、年绝对最低温、无霜期等5个气象因子为指标，采用定权灰色聚类分析方法得出:秦州、麦积、秦安、武都、文县、成县、康县、徽县、两当、舟曲等地为适宜区，位于陇东南暖温带、北亚热带季风气候区;宕昌、陇西、甘谷、武山、清水、张家川、礼县、西和、平凉、庄浪、西峰、庆阳、合水、正宁、泾川、崇信、镇原、华池、环县等地为基本适宜区，主要为陇东南暖温带季风气候区。

由于红豆杉喜湿润环境，适宜区的秦州、麦积区、秦安县、武都、文县等地在生长季干旱年份还需有人工补水条件;2012年3月下旬至4月初，天水麦积区出现-2～-4℃倒春寒及晚霜，个别地段出现曼地亚红豆杉一年生枝冻枯现象。因此，春季返低温也是栽培中要关注的一个因素。甘肃适宜区主要为梁峁沟壑地带，海拔、坡向、坡位变化而引起环境条件的变化大，要注重栽培地的选择，中国红豆杉天然分布及曼地亚红豆杉人工栽培情况显示，山区以中下坡林下、林缘或河边地最为理想。基本适宜区年降水量、空气湿度较小，尤其是4月极低温极可能造成树体严重受害，可选择小气候条件较好的小地块栽培，同时要适时人工补水。

(2)通过最适宜栽培区的气象资料分析，可为中国红豆杉及曼地亚红豆杉人工栽培可行性论证提供一定的指导，即年均温≥12．14℃，年平均相对湿度≥67．8%，年平均降水量≥551．14mm，年平均日照1 804．09小时左右，平均无霜期≥210．4天，年绝对低温≥-18．9℃，年绝对最高温≤38．6℃。

(3)资料显示，中国红豆杉与曼地亚红豆杉适宜海拔大致为600～2 000m，由于海拔变化是对环境因子的再分配，因此，海拔范围难于界定，参照本研究中的地区海拔，温带季风气候区海拔在1 400～1 600 m以下为宜，亚热带地区海拔可适当提高。

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