生态学报  2014, Vol. 34 Issue (15): 4242-4250

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曾思齐, 甘静静, 肖化顺, 刘发林, 肖柏松, 彭其龙, 吴疆
ZENG Siqi, GAN Jingjing, XIAO Huashun, LIU Falin, XIAO Bosong, PENG Qilong, WU Jiang
木荷次生林林木更新与土壤特征的相关性
Changes in soil properties in regenerating Schima superba secondary forests
生态学报, 2014, 34(15): 4242-4250
Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(15): 4242-4250
http://dx.doi.org/10.5846/stxb201312253021

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收稿日期：2013-12-25
修订日期：2014-3-7
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曾思齐, 甘静静, 肖化顺, 刘发林, 肖柏松, 彭其龙, 吴疆. 木荷次生林林木更新与土壤特征的相关性[J]. 生态学报, 2014, 34(15): 4242-4250.
ZENG Siqi, GAN Jingjing, XIAO Huashun, LIU Falin, XIAO Bosong, PENG Qilong, WU Jiang. Changes in soil properties in regenerating Schima superba secondary forests[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(15): 4242-4250.
木荷次生林林木更新与土壤特征的相关性
曾思齐 , 甘静静, 肖化顺, 刘发林, 肖柏松, 彭其龙, 吴疆    
中南林业科技大学, 长沙 410004
收稿日期:2013-12-25; 修订日期：2014-3-7;
基金项目：林业公益性行业项目“南方集体林区次生林抚育间伐与高效利用技术研究”（201004032）.
*通讯作者Corresponding author.E-mail: csfuywd@hotmail.com
摘要：以湖南省青石冈林场木荷次生林为研究对象，在测定其土壤特征基础上，分析了林木天然更新指数和土壤理化性质的相关性。结果表明：1）8种林分更新状况有差异，更新状况由差到好的排序为：S-CP（0.46） < S-DC（0.52） < S-CD（0.64） < S-CL（0.68） < S-CM（0.69） < S-CQ（0.69） < S-PC（0.74） < S-CP（0.88），其中与针叶树种混交的林分更新效果好。2）酸性环境更有利于林分的更新，且林地养分含量越高林分更新效果越好，有机碳、全N以及全P的含量高的林分更新指数明显大于其含量低的林分，土壤pH值、容重与更新指数变化规律相反，全K的含量与更新指数没有明显联系。3）林木更新指数与土壤容重呈显著性负相关关系（r=-0.86* *），与土壤含水量（r=0.93* *）、有机碳（r=0.90* *）、全N（r=0.88* *）、水解性氮（r=0.83*）和全P（r=0.78*）呈显著正相关关系，相关性依次减弱，且相关性在不同林分有一定差异，更新状况属于中等水平的林分相关性强，且15-45cm土层土壤理化性质与更新指数的相关性最强；经主成分分析发现，在众多影响林分天然更新的土壤特性当中，含水量、有机碳和全N决定该地区木荷次生林更新的关键因素。研究的结果为森林可持续利用以及木荷次生林的恢复和管理提供科学依据。
关键词： 木荷    次生林    土壤理化性质    天然更新    更新指数    
Changes in soil properties in regenerating Schima superba secondary forests
ZENG Siqi , GAN Jingjing, XIAO Huashun, LIU Falin, XIAO Bosong, PENG Qilong, WU Jiang    
Centural South Univeristy of Forestry and Technology, Changsha 410004, China
Abstract:Soil physical and chemical properties may be altered in regenerating forests, which may affect site productivity and ecosystem services. In this study, soil physic-chemical characteristics were investigated in a series of regenerating Schima superba secondary forests in Qing Shigang Forest Farm, Hunan province. The correlations between the soil properties and the regeneration index were also examined in the studied sites. The result showed that the eight sampling stands were in different regenerating conditions with an order from poor to high condition as S-CP(0.46) < S-DC(0.52) < S-CD(0.64) < S-CL(0.68) < S-CM(0.69) < S-CQ(0.69) < S-PC(0.74) < S-CP(0.88). The best regenerating condition was found in the Schima superba and conifer mixed forests stands in the study area. Natural Schima superba regeneration was enhanced under acidic environments and in fertilized sites. The high regeneration indexes were found in those forest stands with high organic C, total N and total P contents in soils and low soil pH value and soil bulk density. No considerable relationship was found between the regeneration index and soil K content. The regeneration index was negatively related to soil bulk density (r=-0.86* *)and positively relative to soil water content (r=0.93* *), soil organic carbon(r=0.90* *), total nitrogen(r=0.88* *), hydrolyzable nitrogen(r=0.83*)and total phosphorus(r=0.78*). The results obtained from the use of principal component analysis indicated that water content, organic carbon and total nitrogen in soils were critical factors in determining natural regeneration of Schima superba forests in the study region. Our results provide scientific basis and reference for restoration and sustainable management of Schima superba secondary forests.
Key words: Schima superba    secondary forest    soil physic-chemical properties    natural regeneration    regeneration index    

天然更新是森林健康发展中一个非常重要和复杂的生态学过程，也是森林资源再生产的生物学过程[1]。充足且有生命力的种子/种源，适宜的种子萌发、支持幼苗成活和生长以及幼树形成的环境条件是森林生态系统天然更新(有性繁殖)的必备条件[2, 3, 4, 5]，土壤作为林木生长的重要生境[5]，其土层厚度等理化性质对林木更新产生显著影响[7, 8]。养分的含量以及空间分布特征等直接影响森林的更新过程[8, 9]。

我国南方次生林长时间存在人为不合理采伐、樵采、垦殖，同时遭受过严重冰雪灾害，林分结构也受到严重破坏，部分林地暴露，水土流失，林地水分蒸发，土壤性质发生改变。现存林分天然更新情况良莠不齐，更新能力弱化，林分生产力降低，抵抗力下降，生态效益减弱，严重影响了林分的健康发展和森林的可持续利用。在森林生态系统天然更新中，研究工作者在土壤空间变异规律、人为干扰、幼苗更新、物种空间分布格局等因素对自然更新影响方面做了研究[10, 11, 12]，但是对林木更新效果评价以及其与土壤理化性质相关性研究较少。

木荷(Schima superba)是我国东部亚热带和南方集体林区常绿阔叶林的主要优势树种之一[13]，常绿乔木，树冠浓密，花多肥厚，冬日叶色染红，可作庭荫树及风景林栽植，也是庭院背景树、主干树、观赏树、行道树的首选树种，木荷生长迅速，树干通直圆满，树皮和树叶含有鞣质，可提取单宁，为制革工业的原料，叶片革质，能耐火，可作为林区防火线树种，与马尾松混交能防止松毛虫发生，在纯林和混交林中都能发挥良好的生态效益。木荷次生林作为中亚热带重要的林分类型之一，在森林生态系统演替和天然更新中发挥着重要作用。本研究在林分更新和土壤理化性质调查基础上，计算木荷林林分更新指数，揭示土壤理化性质与天然更新的深层次关系，为有效增强林木天然更新能力、优化生态环境、提高林分生产率提供可靠数据，也为我国南方次生林高效利用和可持续发展提供科学依据。

1 研究地区与研究方法 1.1 研究区概况

湖南省炎陵县青石冈国有林场位于罗霄山脉中段，井冈山西麓，地处东经113°34′45"—114°07′15″，北纬26°03′03"—26°38′30"之间。全场属中亚热带季风湿润气候区，年均气温17.3℃，年均降雨量1496.7mm，降雨集中期为每年的4—9月份，其降雨量约占全年降雨量的67%—73%。林场内成土母岩主要是花岗岩，其次是板页岩。土壤垂直带谱明显，海拔1200m以下土壤的土层较深厚，层次完整，土壤肥力较高。本研究的样地所处的海拔在1000—1200m处，此海拔高度上主要是以黄棕壤为主。该研究区主要为天然次生林，主要树种有木荷、杉木 (Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massomana)、 甜槠(Castanopsis eyrei)、香樟 (Cinnamomun camphcra)、樱桃(Prunus pseudocerasus)、 檫木(Sassafras tsumu)、虎皮楠(Daphniphyllum oldhamii)、白栎(Quercus fabri)、合欢(Albizzia julibrissin)、茅栗(Castanea seguinii)、细叶青冈(Cyclobalanopsis gracilis)、长叶石栎(Lithocarpus henryi)、椆(Cyclobalanopsis glauca)、山苍子(Litsea cubeba)、雷公鹅耳枥(Carpinus viminea)、红楠(Machilus thunbergii)、板栗(Castanea mollissima Blume)、漆树(Rhus verniciflua)等等为次生林中主要组成树种，主要分布在海拔为1600m以下的地区。样地立地情况和植被组成见表 1(样地号以每块样地3种主要组成树种拉丁名首字母组成，各样地树种组成见表 1“树种组成”栏)。

表1 样地概况 Table 1 General situation of different sample plots
编号 Number海拔 Altitude /m腐殖质厚度 Humus thickness /cm草本盖度 Herb Coverage /%灌木盖度 Shrub coverage /%郁闭度 Crown density 地形 Topography树种组成 Tree species composition
S-SP11960.421020.82山谷木荷、檫木、樱桃
S-DC11322.63330.43山坡木荷、虎皮楠、甜槠、白栎、合欢
S-CD11643.1410160.59山坡木荷、茅栗、虎皮楠、细叶青冈、杉木
S-CL11601.722170.78山坡木荷、甜槠、长叶石栎、细叶青冈
S-CM11471.63520.48山坡木荷、香樟、红楠、甜槠、椆
S-CQ10132.5140100.73山坡木荷、杉木、白栎、细叶青冈、甜槠、合欢、山苍子、雷公鹅耳枥
S-PC10542.043550.71山坡木荷、马尾松、甜槠、虎皮楠、红楠、山苍子
S-CP10521.011520.68山坡木荷、杉木、马尾松、板栗、漆树、雷公鹅耳枥、樱桃、红楠、白栎、细叶青冈
表选项
1.2 材料与方法 1.2.1 样地设置与数据采集

2012年7月至当年9月，运用典型抽样技术在8种具有代表性的林分类型中分别设置3块25m×25m样地，进行地上的更新调查和地下的土样采集工作。将每个样地分为100个2.5m×2.5m的小样方，更新调查在小样方内进行，记录更新层(树高≤2.0m)幼苗、幼树树种、树高、地径(测量工具为电子游标卡尺)，调查并记录灌木和乔木树种、胸径(或者地径)以及样地海拔、腐殖质厚度、草本覆盖度、灌木覆盖度、郁闭度、地形等基本情况。土样采集点设在各样地一条对角线的首末和中点，在0—15cm、15—30cm、30—45cm和45—60cm土层平行取样3个，分别称重装袋标号存放。

1.2.2 更新指数调查与指数的计算

结合青石冈林场木荷林分的实际情况，结合本项目部分研究成果[14]，采用熵值法从分布情况、生长情况和年龄结构3个方面构建了木荷更新的评价指标体系，选取单位面积株树、频度、幼苗平均高、幼苗平均地径、大苗百分比等5个指标计算更新指数(表 2)。

表2 木荷更新情况评价指标体系 Table 2 The evaluation index system of Schima superba regeneration situation
目标层 The target layer准则层 Rule layer指标层 Index layer
木荷更新状况评价分布情况单位面积株数
The evaluation index of 频度
Schima superba 生长情况平均高
regeneration situation平均地径
年龄结构大苗百分比
表选项

(1)权重的计算方法

用熵值法[15]计算5个指标的权重。

1 )原始数据标准化

式中,Xij为去量纲化后的数据，xij为第i个样本的第j个指标的原始数据，xmin、xmax分别为xij对应的第i个样本的第j个指标的最小值和最大值。此外，本研究中的α取值0.6。

2 )求取第i个样本的第j个指标的比重

3 )求取第j个指标的信息熵

4 )求取第j个指标的变异系数

5 )求取第j个指标的权重

(2)更新指数的计算方法

式中,Uhi为评价指标体系中准则层对应的分布状况系数、生长状况系数和年龄结构系数；h取值为1，2，3；Wj为第j个评价指标的权重值，Xij为第i个样本第j个评价指标去量纲化后的数据，n为第h准则层对应的评价指标个数；Gi为评价林木更新状况的更新指数；在该公式中，n为准则层的数目，即n=3。

1.2.3 土样的预处理与测定

采回的土样一批烘干后挑出大的石块和植物根茎，过100目筛存放于铝盒保存到干燥器内备用，用于测定全P和全K。另一批自然风干，过60目筛后存放于铝盒，用于测定有机碳、水解性氮和全N。其中土壤含水量用烘干法测定；容重用环刀法测定；pH用25 ∶ 1水土比溶液，用酸度计测定；有机碳用重铬酸钾水合加热法测定；全N和水解性氮分别采用凯氏定氮仪法和扩散吸收发测定，土壤全P用钼锑抗显色后在72型光电分光光度计上测定，全K用火焰光度法测定[16]。

1.2.4 数据处理

本实验所得数据，前期统计和计算在Microsoft Excel2010上完成，用SPSS18.0 (中文版)软件进行单因素方差分析和相关性分析。

2 结果与分析 2.1 不同样地更新指数

更新指数是一个综合考虑更新层幼苗分布情况、生长情况和年龄结构等因子的数量指标，可定量描述天然更新效果，更新指数越大表明林地的更新效果越好，反之则越差。此指数采用熵值法计算单位面积株数、频度、平均高、平均地径和大苗百分比等5个指标层的权重(表 3)，对设定分布情况、生长情况和年龄结构3个准则层以及单位面积株树、频度、幼苗平均高、幼苗平均地径、大苗百分比等5组原始数据进行标准化(表 4)。

表3 木荷次生林更新指标计算参数表 Table 3 Relevant parameters of Schima superba regeneration index system
类别 Category分布状况 Distribution 生长状况 Growth 年龄结构 Age structure
株数 Plant number频度 Frequency 平均高 Average high平均地径 Average diameter 大苗百分比 Percentage of seedlings
信息熵Information entropy0.970.980.980.990.98
变异系数Coefficient of variation0.040.020.020.010.02
权重Weight0.310.170.190.13 0.20
表选项
表4 木荷次生林幼苗更新调查数据标准化表 Table 4 Standardization of initial data of the Schima superba regeneration evaluation indexes
类别 Category分布状况 Distribution 生长状况 Growth 年龄结构 Age structure
株数 Plant number频度 Frequency 平均高 Average high平均地径 Average diameter 大苗百分比 Percentage of seedlings
S-SP0.420.400.480.500.53
S-DC0.600.650.430.430.41
S-CD0.570.560.670.580.82
S-CL0.980.940.40.460.43
S-CM1.001.000.410.400.40
S-CQ0.400.430.841.001.00
S-PC0.720.810.730.690.76
S-CP0.910.840.890.750.92
表选项

由表 5可直观地看出青石冈林场木荷的更新情况，其中S-CP样地更新指数最大，更新效果最好，S-CP样地更新指数最小，更新效果最差。各林分的更新状况由差到好的排序为：S-CP(0.46)＜S-DC(0.52)＜S-CD(0.64)＜S-CL(0.68)＜S-CM(0.69)＜S-CQ(0.69)＜S-PC(0.74)＜S-CP(0.88)，其中与针叶树种混交的林分更新效果好，更新效果最好的S-CP样地不仅树种种类丰富，且是以马尾松和杉木两种针叶树种为混交树种的针阔混交林。

表5 木荷更新评价指标相关系数和更新指数表 Table 5 The related coefficient of Schima superba regeneration evaluation indexs and regeneration evaluation
编号 Number 更新评价相关系数Regeneration evaluation index 更新指数 Regeneration evaluation
分布状况系数 Distribution生长状况系数 Growth年龄结构系数 Age structure
S-SP0.200.160.100.46
S-DC0.300.140.080.52
S-CD0.270.200.170.64
S-CL0.460.140.090.68
S-CM0.480.130.080.69
S-CQ0.200.290.200.69
S-PC0.360.230.160.74
S-CP0.420.270.190.88
表选项
2.2 不同林分土壤特性

对各样地土壤理化性质分别进行单因素方差分析，其F值依次为6.29(P=0.01)、4.03(P=0.01)、3.42(P=0.05)、4.05(P=0.01)、3.47(P=0.05)、4.16(P=0.01)、4.69(P=0.05)和1.59，除了全K含量以外其他理化性质在不同林分的含量都有显著性差异，其中土壤含水量、容重、水解性氮、全N和全P都具有极显著性差异，说明不同林分土壤理化性质具有很大差异。经测定，其中S-CP林分土壤含水量最高，而S-SP林分含水量最低，低至6.43%时，最大值和最小值相差24.36%；土壤容重的变化趋势与含水量的变化趋势相反，即土壤容重越小的林地土壤含水量越高。

表6 不同样地土壤物理性质 Table 6 Soil physical properties in each Sample plot
编号 Number 含水量 Water content/%容重 Bulk density/(g/cm3)
均值±标准差(Mean±SD)
S-SP6.43±6.531.53±0.13
S-DC14.71±6.791.34±0.15
S-CD22.82±2.541.25±0.03
S-CL26.52±5.311.12±0.09
S-CM29.30±0.621.05±0.04
S-CQ27.92±2.721.05±0.07
S-PC26.11±3.831.19±0.08
S-CP32.79±1.251.03±0.12
表选项

对研究区不同林分土壤化学性质分析发现，该地区土壤呈弱酸性，土壤中水解性氮、有机碳、全N以及全P在S-CP林分中含量最高，分别达到260.32 mg/kg、30.99g/kg、1.80 g/kg和0.22 g/kg，而在S-SP林分中含量仅151.24 mg/kg、6.92 g/kg、0.37 g/kg和0.10 g/kg，且有机碳、全N以及全P的含量的变化也符合此规律，但全K的含量没有明显的变化规律。

表7 不同样地土壤化学性质 Table 7 Soil chemical properties in each Sample plot
编号 NumberpH水解性氮 Hydrolyzable N/ (mg/kg)有机碳 Organic C/ (g/kg)全N Total N/ (g/kg)全P Total P/ (g/kg)全K Total K/ (g/kg)
均值±标准差(Mean±SD)
S-SP4.74±0.06151.24±29.416.92±4.700.37±0.23 0.10±0.03 7.14±0.52
S-DC4.45±0.09141.81±70.376.92±11.440.45±0.660.06±0.073.43±1.10
S-CD4.21±0.04166.74±25.2713.37± 9.560.67±0.530.11±0.044.97±1.73
S-CL4.39±0.02217.97±58.9615.39±7.551.17±0.350.18±0.048.85±2.60
S-CM4.20±0.03250.02±55.0924.85±4.001.57±0.270.22±0.016.98±5.59
S-CQ4.26±0.06277.16±8.3529.34±3.571.76±0.190.25±0.014.25±1.09
S-PC4.36±0.16260.39±15.0323.15±4.911.43±0.160.22±0.012.73±0.95
S-CP4.25±0.29260.32±41.8630.9±3.691.80±0.240.22±0.011.22±2.92
表选项

总体看来，酸性环境更有利于林分的更新，当pH值在4.02—5.15范围内，酸性越强的林分更新指数越大(表 7)，即更新情况越好。土壤中水解性氮、有机碳、全N以及全P在更新效过最好的林地中含量分别达到260.32 mg/kg、30.99g/kg、1.80 g/kg和0.22 g/kg，而在更新效果最差的样地仅151.24 mg/kg、6.92 g/kg、0.37g/kg和0.10 g/kg，即林地养分含量越高林分更新效果越好，且有机碳、全N以及全P的含量高的样地更新指数明显大于其含量低的样地。而K的含量与更新没有明显的联系。

2.3 更新指数与土壤特性相关性分析

对不同林分更新指数与土壤理化性质做相关性分析，进一步了解土壤养分对林木更新的影响。

分析表明(图 1)，更新指数与土壤特性关系密切。土壤两个物理指标与林分更新的相关系数的绝对值均大于0.7，表明其与更新指数相关性强，含水量与林分更新指数的相关系数r=0.93(P= 0.01)，土壤容重与林分更新指数相关系数r=-0.86(P= 0.01)；更新指数与土壤pH(P=0.05)和全K两个化学性质呈负相关关系，其他化学性质呈正相关关系，其中更新指数与有机碳、全N、水解性氮和全P的含量的关相系数依次为0.90(P=0.01)、0.86(P=0.01)、0.83(P=0.05)、0.78(P=0.05)，均大于0.7，可见土壤有机碳、全N、水解性氮与更新的相关性是显著的，表明它们能显著影响木荷次生林天然更新。

图 1 更新指数与土壤养分的相关性分析 Fig. 1 The correlation coefficient between regeneration index and soil nutrient *表示在0.05 水平(双侧)上显著相关，* *表示在0.01 水平(双侧)上显著相关
图选项
表8 不同林分更新指数与土壤养分的相关性分析 Table 8 The correlation coefficient between regeneration index and physical and soil nutrient
编号 Number 含水量 Water content/%容重 Bulk density /(g/cm3)pH水解性氮 Hydrolyzable N /(mg/kg)有机碳 Organic C /(g/kg)全N Total N /(g/kg)全P Total P /(g/kg)全K Total K /(g/kg)
*表示在.05 水平(双侧)上显著相关，* *表示在.01 水平(双侧)上显著相关
S-SP0.96 -0.78 -0.88 0.79 0.80 0.71 0.70 -0.32
S-DC0.96*-0.85 -0.85 0.49 0.78 0.88 0.75 -0.24
S-CD0.98*-0.99 -0.77 0.73* * 0.87 0.85 0.93*-0.50
S-CL0.97*-0.79 -0.70 1.00 0.96 0.97 0.79 -0.28
S-CM0.96 -0.81 -0.68 0.89 0.95 0.94 0.82 -0.44
S-CQ0.99*-0.94 -0.62 0.85 0.88 0.92 0.70 -0.29
S-PC0.91 -0.84 -0.64 0.92 0.97 0.99 0.88 -0.70
S-CP0.90 -0.79 -0.62 0.96 0.91 0.88 0.87 -0.50
表选项

对不同林分更新指数与土壤理化性质做相关性分析(表 8)，二者的相关性与图 1基本保持一致，其中林分更新指数与土壤含水量、水解性氮、有机碳、全N和全P均呈正相关关系，与土壤容重、pH和全K呈负相关关系。在不同林分更新指数相关关系表现有差异，更新指数与土壤含水量、水解性氮、有机碳、全N和全P相关性强弱表现为重点强两头弱，与土壤容重虽然呈现出负相关关系，但也符合中间强两头弱的特点，与pH的负相关关系在更新指数小的林分表现出较强的附相关性，在更新指数大的林分负相关性较弱，与全K的相关性很弱且没有明显的变化规律。总体看来，林分更新指数与土壤含水量、水解性氮、有机碳、全N和全P有很强的正相关关系，且与土壤含水量相关性最密切。

在天然更新中，由于种子和幼苗根系在土壤中所处的具体位置，不同土层的土壤理化性质对其生长发育的影响强弱不同，具体表现就是在不同土层土壤理化性质与更新指数相关性强弱不同。因此对不同土层土壤理化性质与林分更新指数做相关性分析，分析结果(表 9)表明，土壤的含水量与容重对更新指数的影响都随土层的加深而加大，其中土壤含水量与更新指数的相关系数由0—15cm的0.838(P=0.01)增加到45—60cm的0.942(P=0.01)，土壤容重与更新指数相关系的数绝对值也随土层的加深而变大，在0—30cm土层上在0.05水平上显著负相关，在30—60cm土层上在0.01水平上显著负相关。在15—30cm和30—45cm两个土层上土壤的6个化学性质与更新指数的相关系数都大于其在在0—15cm和45—60cm土层与更新指数的相关系数，也大于各土层土壤化学性质平均值与更新指数的相关系数。

表9 更新指数与各土层土壤养分的相关性分析 Table 9 The correlation coefficient between regeneration index and physical and soil nutrient in each layer
土层 Soil layer /cm 含水量 Water content /%容重 Bulk density /(g/cm3)pH水解性氮 Hydrolyzable N /(mg/kg)有机碳 Organic C /(g/kg)全N Total N /(g/kg)全P Total P /(g/kg)全K Total K /(g/kg)
*表示在.05 水平(双侧)上显著相关，* *表示在.01 水平(双侧)上显著相关
0—150.84* *-0.78*-0.630.81*0.89* *.0.83*0.792*-0.23
15—300.90* *-0.81*-0.680.75*0.92* *0.940*0.85* *-0.34
30—450.94* *-0.89* *-0.74*0.86* *0.92* *0.86* *0.85* *-0.48
45—600.94* *-0.89* *-0.680.72*0.78*0.77*0.72*-0.48
表选项
2.4 影响更新的关键因子

经过以上分析发现，土壤的多种理化性质均与林分更新有紧密关系，可见许多变量之间相关性比较强，证明他们存在信息上的重叠，用SPSS软件对木荷次生林的理化性质进行数据降维的统计分析，即主成分分析，最终找出影响林分更新的主要因子。

由表 10可以看出，木荷次生林不同更新指数下主成分前3项的特征根(Initial Eigenvalues)大于1，并且累计百分比达到98.477%，已经几乎包含了全部的信息，这时舍去其他5项主成分仅损失1.523%的信息，因此只需选择3个主成分。

表10 木荷次生林不同林分方差主成分提取表 Table 10 Total variance explained of Schima superba secondary forest stand
主分量 Principal component特征值 Total贡献率 Rate of variance/%累计贡献率 Contribution rate/%
16.248 68.101 78.101
23.952 17.898 85.999
31.678 12.478 98.477
40.072 0.905 99.382
50.032 0.395 99.777
60.017 0.211 99.988
70.001 0.012 100.000
80.000 0.000 100.000
表选项

从表 11可以看出，对不同更新指数林分第一主成分影响较大的有含水量、容重、水解性氮、有机质、全N和全P，第一主成分就可以看成是这些指标的综合因子，在第一主成分中全N的特征向量最大，说明全N在林分更新中起到了极其重要的作用。在第2主成分中，pH、水解性氮、有机碳、全N和全P 的特征向量较大，但有机碳的特征向量最大，说明有机碳是决定林木更新好坏的重要指标。在第3主成分中，含水量的特征向量最大，说明林分更新对土壤含水量要求较高。综上所述，影响林分更新最主要的因子为含水量、有机碳和N。

表11 木荷次生林不同更新样地主成分特征向量 Table 11 Principal component eigenvector in each Schima superba secondary forest Sample plot
变量 Principal component主成分Principal component
P1P2P3
含水量Water content0.9560.013-0.744
容重Bulk density-0.955-0.0940.229
pH-0.7920.1320.574
水解性氮Hydrolyzable N0.9510.1170.272
有机碳Organic C0.973-0.2620.172
全N Total N0.9810.0650.165
全P Total P0.9270.2240.285
全K Total P-0.3470.124-0.159
表选项
3 结论和讨论

(1) 采用熵值法进行综合评价，方法和数据的客观性保证了结论的客观性[17]。更新指数是一个综合性的评价指标，可以直观反映样地更新效果，经测定和计算，8种林分更新状况有差异，更新状况由差到好的排序为：S-CP(0.46)＜S-DC(0.52)＜S-CD(0.64)＜S-CL(0.68)＜S-CM(0.69)＜S-CQ(0.69)＜S-PC(0.74)＜S-CP(0.88)，其中与针叶树种混交的林分更新效果好，S-CP和S-PC样地中马尾松和杉木等针叶树种的混角度高，其更新效果明显好于其它样地的更细效果，这一结果也与张水松等[18]研究结果吻合，即木荷的混交林比纯林发展得更好。

(2)在不同林分中，更新指数与土壤特性的相关性强弱呈中间强两头弱的橄榄型，即更新状况属于中等水平的样地与林地土壤特性相关性更强，且随着土层的加深更新指数与含水量、有机碳、全N、水解性氮和全P的相关关系也越来越密切，然而该地区土层越深土壤含水量越低，因此土壤含水量成为该地天然更新的一个重要的限制因子；在不同土层中，林分更新指数与土壤理化性质的相关性的强弱表现不同，更新指数与土壤理化性质的相关系数在第3土层(30—45cm)最大，在第2土层(15—30cm)次之，在第1土层(0—15cm)相关性最弱，在深度最大的第4土层(45—60cm)次之，说明林木早期生长对中层土壤养分需求多于表层和深层土壤养分的需求，因此要对该地区林木进行施肥管理，埋施的施肥方式将起到很好的效果。

(3)该地区酸性环境更有利于林分的更新。林地养分含量越高其更新效果越好，研究表明有机碳、全N以及全P的含量高的样地更新指数明显大于养分含量低的样地。而K的含量与更新没有明显的联系。有研究表明N作为自然生态系统中主要的限制性养分[19]，能够对植物群落的生物量形成、物种组成和群落演替产生等方面产生显著的影响[20, 21]，本研究也表明全N和水解性氮含量变化与林地更新指数大小的变化均具有很强的相关性；含水量、有机碳、全P也表现出相同的特征，而pH值、土壤容重与更新指数变化规律相反。

(4)更新指数与土壤理化性质相关性由强到弱依次为土壤含水量、有机碳、全N、水解性氮和全P，可见含水量对林木更新起着至关重要的作用，而容重的增加对林木更新有不利影响，因为土壤的紧实度不仅影响植物的根系形态和地上部的生长还影响植物对水分和养分的吸收和利用[22, 23]，杨勇等研究认为土壤容重的降低能促进根系和地上部的生长[24]。在不同林分的3个主成分中，土壤含水量、有机碳和全N特征向量最大，说明土壤含水量、有机碳和全N决定该地区木荷次生林更新好坏的关键因素。因此，对于更新情况差的林地采取适当的水肥管理措施，将有效提高和改善该地区木荷次生林木的天然更新效果。

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