裴晶晶 施擁軍

(1 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室 浙江臨安 311300；2 浙江農(nóng)林大學 浙江臨安 311300)

高溫干旱下毛竹林受災狀況和自恢復能力研究

裴晶晶1,2施擁軍1,2

(1 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室 浙江臨安 311300；2 浙江農(nóng)林大學 浙江臨安 311300)

2013年夏季，我國東南部地區(qū)發(fā)生了嚴重的高溫干旱天氣，毛竹林受災嚴重。通過設置固定樣地研究了高溫干旱后毛竹林的受災狀況以及災后竹林的自恢復能力。結果表明：在高溫災害發(fā)生以后，胸徑較大的毛竹抵御災害的能力高于胸徑較小的毛竹；受災毛竹地上部分生物量80%以上分布在竹稈中，因此竹枝和竹葉受損對毛竹地上生物量的影響不大；毛竹林受災后的恢復能力在很大程度上取決于受災當年新生竹的株數(shù)。因此，在毛竹林經(jīng)營中應加強林地的水肥管理，培育大徑竹材，同時應保持較高的立竹密度和較多的新生竹數(shù)量，以抵御旱災并加快林分的災后恢復。

高溫干旱；毛竹；受災指數(shù)；自恢復能力

毛竹是我國南方地區(qū)重要的森林資源類型，具有生長速度快、經(jīng)濟效益高、綜合效益好的特點。毛竹林與杉木人工林、熱帶山地雨林和馬尾松林相比，具有更強的固碳能力[1-2]。根據(jù)我國第八次森林資源清查，全國毛竹林面積443.0萬hm2[3]，因此毛竹在固碳釋氧方面具有巨大的潛力。2013年夏季，我國東南部發(fā)生了嚴重的高溫干旱天氣，浙江省最長持續(xù)無降水日達到29 d，最高氣溫為41.6 ℃，打破了有史以來的浙江省高溫記錄[4]。嚴重的旱災使毛竹林大面積成片受損，對毛竹的產(chǎn)量造成一定程度的下降，并且損害了林農(nóng)的經(jīng)濟利益。

目前針對高溫干旱下毛竹的研究主要有：政策性的災害評估調(diào)研[5-8]，高溫干旱下毛竹生理特征研究[9-16]，高溫干旱對毛竹碳水通量和固碳的影響[17-20]等。李迎春等[21]結合樣地調(diào)查數(shù)據(jù)對高溫干旱下毛竹的受損程度及影響其受損程度的因子進行了相關分析，但并未對受災樣地進行持續(xù)調(diào)查分析其自恢復狀況。本研究在2013年高溫干旱后受災毛竹林內(nèi)設置固定樣地，調(diào)查災害發(fā)生當年樣地狀況和毛竹受災情況，分析受災因素和毛竹受災的年齡和胸徑結構，構建受災指數(shù)，對受災情況進行分析；并跟蹤調(diào)查樣地內(nèi)后續(xù)毛竹成竹情況及樣地其他地理因子，構建自恢復能力指數(shù)，綜合分析毛竹的自恢復能力。

1 試驗地概況和研究方法

1.1 試驗地概況

調(diào)查地位于浙江省臨安市境內(nèi)，地理坐標為東經(jīng)119°47′、北緯30°11′，平均海拔高度170 m，屬亞熱帶季風氣候，年平均日照時數(shù)1 920.0 h，年降水量1 424 mm，年均氣溫15.9 ℃，無霜期236 d。土壤為發(fā)育于凝灰?guī)r和粉砂巖的紅壤土類，呈酸性，pH值為4.7～6.0。研究區(qū)內(nèi)毛竹林為純林，大小年明顯，且奇數(shù)年為大年；采用集約經(jīng)營方式，對3度竹以上毛竹進行采伐。立竹密度為2 200～4 600株/hm2，平均胸徑為9.3 cm。林下少灌木，多草本植物。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置及調(diào)查

2013年9月對臨安市受災毛竹林進行樣地調(diào)查。在受災竹林中設置20個20 m × 20 m的固定樣地，對樣地內(nèi)毛竹進行每木檢尺，判斷毛竹的受災程度。記錄毛竹樣地的地理坐標、海拔高度、坡度和坡向，測量樣地的土壤厚度，并采用烘干法測定各樣地內(nèi)表層土壤的含水率。2015年對20個固定樣地內(nèi)的毛竹進行復查，對新老竹和死亡的毛竹進行每木檢尺。

1.2.2 立竹地上生物量計算

通常情況下，毛竹地上部分生物量采用周國模[22]研究得出的二元異速生物量生長模型來估算，其模型表達式如下：

(1)

式中：M為單株毛竹生物量，kg；D為胸徑，cm；A為竹齡，度竹。

在本研究調(diào)查中，將高溫干旱后的毛竹劃分為4種受災類型(表1)：幾乎未受損(Ⅰ)、輕微受損(Ⅱ)、嚴重受損(Ⅲ)和死亡(Ⅳ)。對于Ⅰ類受災毛竹其生物量可采用上述模型進行計算，對于Ⅳ類受災毛竹其減少的生物量同樣可以采用上述模型進行計算，但對Ⅱ類和Ⅲ類受災毛竹的生物量進行計算時必須考慮其災后對應類型毛竹生物量的留存比例。Ⅱ類受災毛竹主要是竹葉的枯黃和脫落，Ⅲ類受災毛竹主要是竹葉脫落、竹枝枯黃。因此，對Ⅱ類受災毛竹進行生物量估算時應排除竹葉生物量，對Ⅲ類受災毛竹進行生物量估算時應排除竹葉和竹枝的生物量。

表1 毛竹植株受災程度劃分

采用直接收獲法對毛竹地上各構件(竹葉、竹枝、竹稈)的生物量進行估算。分別對20個樣地中的毛竹進行每木檢尺，計算每個樣地內(nèi)毛竹的平均胸徑，選取不同年齡平均竹2株伐倒。把伐倒竹分成竹葉、竹枝、竹稈3個部分，對各個部分稱取其鮮質(zhì)量，并取1 kg鮮樣。將鮮樣在105 ℃的烘箱內(nèi)進行烘干，稱其質(zhì)量，計算毛竹地上各部分的含水率，進而得出毛竹地上各部分的生物量。

1.2.3 受災指數(shù)與恢復能力指數(shù)的定義

不同竹齡(度)毛竹的受災指數(shù)根據(jù)如下公式計算：

(2)

式中：Pi為某一樣地內(nèi)i度竹毛竹受災指數(shù)(取值范圍0～1)，t1為Ⅰ類受災毛竹受損比例，t2為Ⅱ類受災毛竹受損比例，t3為Ⅲ類受災毛竹受損比例，t4為Ⅳ類受災毛竹受損比例，ni1為i度竹中受災類型Ⅰ的毛竹株數(shù)，ni2為i度竹中受災類型Ⅱ的毛竹株數(shù)，ni3為i度竹中受災類型Ⅲ的毛竹株數(shù)，ni4為i度竹中受災類型Ⅳ的毛竹株數(shù)。Ni為樣地內(nèi)i度竹毛竹總數(shù)。(i=1，2，3)

毛竹樣地總體受災指數(shù)計算公式如下：

(3)

式中：P為某一樣地所有毛竹總受災指數(shù)(取值范圍0～1)，其余各參數(shù)含義同上。

毛竹林的恢復能力指數(shù)根據(jù)如下公式計算：

(4)

式中：R為毛竹受高溫干旱后其恢復能力指數(shù)；n為2013年1度竹株數(shù)；n1為2015年1度竹株數(shù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理分析

采用Excel 2016統(tǒng)計軟件進行樣地調(diào)查數(shù)據(jù)處理并制作圖表，利用IBM SPSS Statistics 20進行相關性分析和方差分析。

2 結果與分析

2.1 毛竹植株受災情況

2.1.1 不同胸徑立竹的受災狀況

不同胸徑立竹受災狀況差異較大(圖1)。在受災類型Ⅰ中，徑階12與徑階4和徑階8之間不僅存在顯著差異，而且徑階12株數(shù)比例高達54%，說明一半以上的胸徑較大(10.0～13.9 cm)的毛竹幾乎未受損，而徑階4和徑階8的受損毛竹比例較高。在受災類型Ⅱ中，徑階4分別與徑階8、徑階12之間均存在顯著差異，且徑階4株數(shù)比例最低，為8%，而徑階8和徑階12的株數(shù)均高達19%。結合實地調(diào)查，其原因可能是由于胸徑較小的毛竹(2.0～5.9 cm)竹高較低，高溫災害發(fā)生時，胸徑較大、竹高較高的植株對其有一定遮蔽作用，這在一定程度上保護了竹葉以下毛竹植株部分，尤其是竹枝部分。然而隨著災害程度的加劇，胸徑較小的毛竹受損比例卻在不斷增加。在受災類型Ⅲ中，徑階4的毛竹受損比例達22%。在受災類型Ⅳ中，徑階4的毛竹受損比例更是高達33%，且與徑階8和徑階12之間均存在顯著差異，可見徑階4的毛竹抗災能力總體較弱；此外，在該受災類型中徑階12的植株比例最低，為3%，并且與徑階4和徑階8之間均存在顯著差異，這也說明胸徑較大(10.0～13.9 cm)的毛竹抗災能力較強。

圖1 不同徑階毛竹受損立竹比例 注：D為該受災類型的立竹株數(shù)占樣地毛竹總株數(shù)的比例；小寫字母是同一徑階不同受災程度之間比較；大寫字母是同一受災程度不同徑階之間比較；字母不同表示P<0.05水平上的差異顯著性。

2.1.2 不同年齡立竹株數(shù)變化

由于研究區(qū)毛竹經(jīng)營方式屬集約經(jīng)營，對已經(jīng)成熟的老竹采伐是必不可少的，因此，在正常情況下毛竹樣地內(nèi)新生竹數(shù)量應逐年增加。但2013年和2015年對各樣地內(nèi)不同年齡立竹數(shù)量(4度竹因數(shù)量極少未參與分析)調(diào)查發(fā)現(xiàn)(圖2)，2015年絕大多數(shù)樣地內(nèi)1度竹株數(shù)均低于2013年，且2015年新生竹株數(shù)平均減少36%；在19號樣地中，新竹株數(shù)減少達59%；在所調(diào)查的20個樣地中，僅有3號樣地2015年新竹株數(shù)比2013年多2株。對2度竹和3度竹而言，2個年份之間差別很小。就樣地內(nèi)總株數(shù)而言，2013年明顯高于2015年。由此可見，高溫干旱發(fā)生后竹林內(nèi)新生竹數(shù)量有很大程度地下降，并由此導致竹林立竹度降低。

圖2 2013年與2015年樣地內(nèi)毛竹株數(shù)對比

2.2 受災毛竹地上生物量分配

不同年齡立竹地上各構件生物量的統(tǒng)計分析結果見表2?？梢钥闯?，不同年齡毛竹地上各構件生物量之間差異不大，生物量所占比例由大到小的順序為竹稈>竹枝>竹葉，竹稈生物量占到地上總生物量的80%以上。結合災后對毛竹受災類型的劃分可知，輕微受損和嚴重受損的毛竹地上生物量損失不會太大。

表2 毛竹地上生物量分配

2.3 受災指數(shù)及其與各影響因子之間的關系

2.3.1 各受災指數(shù)之間的相關性

通過計算不同年齡立竹及樣地總受災指數(shù)，方差分析顯示，2度竹與1度竹、3度竹和樣地總受災指數(shù)之間均存在顯著差異，其他受災指數(shù)之間差異均不顯著。對各年齡受災指數(shù)和樣地總受災指數(shù)之間進行相關分析表明(表3)，1、2、3度竹的受災指數(shù)與樣地總受災指數(shù)之間均存在顯著的正相關關系，皮爾森相關系數(shù)分別為0.896、0.678和0.580，說明1度竹受災指數(shù)與樣地總受災指數(shù)聯(lián)系更加緊密。

表3 各受災指數(shù)之間的相關性分析

2.3.2 樣地受災指數(shù)與其他影響因子的相關性

選擇土壤含水率、立竹密度、土壤厚度和樣地坡度等與樣地受災狀況有關的因子，分析這些因子之間的相關性。結果顯示(表4)，土壤含水率與立竹密度、土壤厚度之間存在強的正相關性，與受災指數(shù)之間幾乎不存在相關性，與坡度之間存在弱負相關性。土壤厚度與受災指數(shù)之間不存在相關性，與坡度之間存在弱的負相關性。受災指數(shù)與坡度之間存在弱的正相關性。

表4 受災指數(shù)及各影響因子間的相關性分析

毛竹受災指數(shù)是依據(jù)不同受災類型計算而得，相關性分析表明受災指數(shù)與土壤含水率之間不存在相關性，這說明災害發(fā)生當年毛竹植株形態(tài)的改變主要是由于短時間內(nèi)的持續(xù)高溫造成的，而土壤含水率對毛竹植株受災影響并不明顯。立竹度與土壤含水率和土壤厚度間均存強的正相關性，與坡度間不存在相關性，這說明立竹密度主要是受土壤厚度和土壤含水率的影響，坡度的緩急影響極弱。坡度與土壤含水率、土壤厚度和受災指數(shù)之間均存在弱的相關性，這在一定程度上說明坡度越大，土壤厚度越小，土壤含水率也越低，而受災指數(shù)將會增大。結合范葉青[23-24]等的研究，可分析得出毛竹林地坡度越大就越容易受災。

2.4 自恢復能力分析

2.4.1 恢復能力指數(shù)與受災指數(shù)之間的相關性

對樣地林分的恢復能力指數(shù)和受災指數(shù)進行線性回歸顯示(圖3)，恢復能力指數(shù)和受災指數(shù)之間

存在弱的負相關性，其線性回歸模型為：y=-0.103 7x+ 0.373 4，R2=0.027 9。表明毛竹受災狀況對其自恢復能力的影響較弱。

圖3 受災指數(shù)與恢復能力指數(shù)的相關關系

2.4.2 恢復能力指數(shù)與其他影響因子的相關性

林分恢復能力指數(shù)與其他影響因子的相關分析(表5)表明，恢復能力指數(shù)與立竹密度間存在顯著的正相關關系，與土壤含水率間幾乎不存在相關性，與土壤厚度間不存在相關性，與坡度間存在弱的正相關性。

表5 恢復能力指數(shù)及各影響因子間的相關性分析

2.4.3 毛竹林分自恢復能力

上述分析表明，林分恢復能力指數(shù)與立竹密度間存在顯著的正相關關系，而立竹密度又主要受新生竹數(shù)量的影響，因此新生竹數(shù)量是反映林分自恢復能力的一個重要指標。對2013年各年齡立竹株數(shù)與2015年新生竹株數(shù)之間進行相關性分析發(fā)現(xiàn)，2015年新生竹株數(shù)與2013年新生竹株數(shù)之間存在高度正相關性(R=0.796)(圖4)，與2013年2度竹株數(shù)之間存在低度正相關性(R=0.230)，與2013年3度竹株數(shù)之間存在低度負相關性(R=-0.348)。由此可見，2015年新竹株數(shù)受2013年新竹株數(shù)影響很大。

圖4 2015年新竹株數(shù)與2013年新竹株數(shù)間的相關性

3 結論與建議

1) 毛竹林遭受高溫干旱災害后，植株的受災狀況與其胸徑大小密切相關，植株胸徑越大抵御災害的能力越強。

2) 毛竹林受災后立竹度出現(xiàn)不同程度的減少，其主要原因為新生竹數(shù)量減少所致；而且林分的受災狀況與1度竹的受災狀況具有顯著的正相關關系。

3) 受災毛竹地上部分生物量的80%以上分布在竹稈中，因此輕微受損和嚴重受損的毛竹地上生物量的損失不會太大。

4) 毛竹林受災程度與土壤含水率、土壤厚度、立竹度等林分因子沒有明顯的相關性，僅與坡度存在弱的正相關性，因此毛竹受災主要是因為短期劇烈的高溫所致。

5) 毛竹林受災后的恢復能力在很大程度上取決于受災當年新生竹的株數(shù)，與受災當年的2度竹和3度竹株數(shù)沒有明顯的相關性。

6) 鑒于以上結論，在毛竹經(jīng)營管理中應注意不宜在坡度過陡的山地種植毛竹；應加強毛竹林的水肥管理，培育大徑竹材；同時毛竹林應保持較高的立竹密度和較多的新生竹數(shù)量，這樣有利于抵御旱災并加快林分的災后恢復。另外，如何較好、較快地消除災害對碳儲量的后續(xù)影響需進一步探討。

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Research on Moso Bamboo’s Suffer from Disaster and Self-recovery Capacity in Heatwave and Drought

Pei Jingjing1,2Shi Yongjun1,2

(1 Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration of Zhejiang,Lin’an 311300, Zhejiang, China;2 Zhejiang Agriculture & Forestry University, Lin’an 311300, Zhejiang, China)

In the summer of the year 2013, the southeast part of China was hit by severe drought where the moso forest suffered from a harsh hazard. The paper studied the moso bamboo’s suffer from drought disaster and their self-recovery capacity from the suffer using fixed sample and tracking survey. The results showed that after hit by high temperature disaster, the moso with large DBH showed better capacity against the disaster than the ones with smaller DBH; more than 80% of affected aboveground biomass was concentrated in culms while the affected bamboo branches and leaves had the least impact on the aboveground biomass; the self-recovery capacity of moso bamboo after the disaster depends to a large extent on the plants of new bamboo of the same year. Therefore, in the moso bamboo forest management, more efforts should be put to the water and fertilizer management and large diameter bamboo timber cultivation, and also, more attention should be placed on the higher stand density and more new bamboo growth so as to stand against the drought and increase the recovery of bamboo stand after the disaster.

heatwave and drought, moso bamboo, disaster index, self-recovery capacity

國家自然科學基金項目“毛竹林碳通量對極端干旱的響應機制與模型模擬研究”(編號：31500520)；中國綠色碳匯基金會項目“典型森林生態(tài)系統(tǒng)增匯穩(wěn)碳技術研發(fā)與推廣”(編號：H20170049)。

裴晶晶，從事森林碳匯計量與監(jiān)測研究。E-mail: 1250203485@qq.com。

施擁軍，副教授，從事森林碳匯計量與監(jiān)測研究。E-mail: syjwwh@163.com。

10.13640/j.cnki.wbr.2017.03.007