雷占梅,才仁旦周,高云鶴*,萬(wàn)發(fā)棟

(1.大通回族土族自治縣植物園，青海 大通 810100;2.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016)

青海云杉(PiceacrassifoliaKom.) 是松科(Pinaceae)云杉屬(Picea)針葉常綠喬木，是中國(guó)特有樹(shù)種，并且在甘肅北部山區(qū)、祁連山區(qū)和青海東部得到推廣應(yīng)用。2015年7月24日，經(jīng)青海省十二屆人大常委會(huì)審議通過(guò)，決定將青海云杉確定為青海省省樹(shù)。青海云杉在青海省分布廣泛，面積為9.33×104hm2，占全省針葉林面積的44%，蓄積量為1.2×107m3。

森林健康是林業(yè)中的一新的術(shù)語(yǔ)[1-5]，這一概念的提出源于針對(duì)人工林森林大面積衰退、病蟲(chóng)害、火災(zāi)的防治與管理中[6]。國(guó)外各國(guó)展開(kāi)了廣泛研究，其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建多以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)為平臺(tái)，評(píng)價(jià)的指標(biāo)涉系統(tǒng)組成、活力和服務(wù)等眾多因子[2-10]。我國(guó)對(duì)于森林健康的認(rèn)識(shí)起步較晚。21世紀(jì)前僅僅有相關(guān)報(bào)道及相關(guān)概念的引入[11-15]。21世紀(jì)初才開(kāi)始森林健康評(píng)價(jià)[16]，多以森林生態(tài)系統(tǒng)的自身屬性或特征來(lái)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體[17-18]。

西寧市屬大陸性高原半干旱氣候，生態(tài)環(huán)境比較惡劣，不利于樹(shù)木生長(zhǎng)。目前西寧市人工林過(guò)純過(guò)密、林分結(jié)構(gòu)不合理、穩(wěn)定性不高等問(wèn)題較為突出。但是，西寧以及青海其他地區(qū)關(guān)于青海云杉的研究多為人工林地位級(jí)劃分、昆蟲(chóng)物候預(yù)測(cè)、青海云杉林火險(xiǎn)等級(jí)相關(guān)分析、青海云杉特性及育苗技術(shù)等，青海云杉人工林健康評(píng)價(jià)的相關(guān)研究卻相對(duì)較少。

本文以西寧市南北山20-30 a生青海云杉人工林為研究對(duì)象，對(duì)青海云杉進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，通過(guò)森林健康生態(tài)模型對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而對(duì)西寧市青海云杉進(jìn)行健康評(píng)價(jià)研究，通過(guò)評(píng)價(jià)結(jié)果反映人工林的健康狀況，本論文的研究具有良好的科學(xué)性、適用性和可操作性，同時(shí)，可以為西寧市林場(chǎng)人工林的管理提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

西寧市地處青藏高原東北部，在湟水及三條支流的交匯處。西寧市屬于高原大陸性氣候，主要的氣候特點(diǎn)表現(xiàn)在年平均氣溫為3.0-6.0℃，年平均降水量在330-450mm之間，85%的降水量集中在5-9月，且雨熱同季，氣象災(zāi)害多，危害較大；年日照時(shí)數(shù)為2560-2830h，年平均風(fēng)速約為2.0m/s，常年盛行東南風(fēng)；并且年蒸發(fā)量為1762.8mm，年相對(duì)濕度為56%，年平均氣壓為775mbar；無(wú)霜期約為120d，植物生長(zhǎng)期150-160d；土壤類(lèi)型為粟鈣土、土壤理化性質(zhì)呈弱堿性反應(yīng)。

1.2 試驗(yàn)儀器

羅盤(pán)儀、皮尺、卷尺、勃魯萊測(cè)高器、輪尺、測(cè)繩、便攜式GPS經(jīng)緯度定位儀、環(huán)刀、土鏟、鋁盒、烘箱。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參照國(guó)內(nèi)外森林健康評(píng)價(jià)的理論，結(jié)合西寧市的實(shí)際情況，選定樹(shù)高年生長(zhǎng)量、胸徑年生長(zhǎng)量、草本蓋度、郁閉度、林分密度、土壤容重、土壤有機(jī)質(zhì)、病蟲(chóng)危害程度、火險(xiǎn)系數(shù)、人為干擾程度等10個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)；根據(jù)不同立地條件、不同的撫育措施及生長(zhǎng)狀況等設(shè)置面積為20m×20m樣地54個(gè)；對(duì)樣地林木每木檢尺測(cè)量樹(shù)高、胸徑的年生長(zhǎng)量，并在同一時(shí)期對(duì)其他指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查；將指標(biāo)進(jìn)行賦值和無(wú)量綱化處理[19]后，并用變異系數(shù)法[5]確定其權(quán)重，最后通過(guò)Costanza等[20]提出的健康度指標(biāo)(HI)構(gòu)建評(píng)價(jià)模型計(jì)算健康指數(shù)，并用正態(tài)等距法確定健康等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分析得出西寧市南北山青海云杉人工林健康水平。

1.4 調(diào)查方法

1.4.1 樣地設(shè)置

結(jié)合西寧市南北山已有的植被調(diào)查資料，在野外踏查的基礎(chǔ)上，于2017年12月進(jìn)行樣地的設(shè)置，根據(jù)不同的立地因子(海拔、坡度、坡向、坡位)、不同的撫育措施等條件選取具有代表性的20-30a生青海云杉人工林調(diào)查樣地(標(biāo)準(zhǔn)地)共計(jì)54塊，使用相關(guān)儀器設(shè)置出面積為20m×20m的樣地。

1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查

選定標(biāo)準(zhǔn)地后，于2018年10月10日-10月22日利用GPS等儀器輔助測(cè)定并記錄標(biāo)準(zhǔn)地所處的地理位置、草本蓋度、郁閉度、林分密度、病蟲(chóng)危害程度、火險(xiǎn)系數(shù)、人為干擾情況等指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)地基本情況如表1所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地基本情況Table.1 Basic situation of sample land

續(xù)表

1.4.3 指標(biāo)調(diào)查

(1)生長(zhǎng)指標(biāo)

于2018年3月10日-17日、10月10日-20日使用勃魯萊測(cè)高器進(jìn)行樹(shù)高的測(cè)量，使用輪尺進(jìn)行胸徑的測(cè)量。

(2)組織結(jié)構(gòu)指標(biāo)

①草本蓋度：每塊標(biāo)準(zhǔn)地中按對(duì)角線設(shè)置5個(gè)1m×1m的草本樣方，設(shè)置方式見(jiàn)圖1。測(cè)定單位面積上草本的枝葉垂直覆蓋到地面的百分比。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置Fig.1 Shows the setup

②郁閉度：使用測(cè)線法進(jìn)行郁閉度的測(cè)量。在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的兩條對(duì)角線上測(cè)量投影長(zhǎng)度與對(duì)角線總長(zhǎng)度的比值即為郁閉度。

③林分密度：記錄下每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)青海云杉的數(shù)量，單位面積上青海云杉的數(shù)量即為所需調(diào)查的林分密度。

(3)土壤指標(biāo)

于2018年10月23日每塊標(biāo)準(zhǔn)地按標(biāo)準(zhǔn)地對(duì)角線取土樣5份，2018年10月24日-10月31日在農(nóng)林系土壤實(shí)驗(yàn)室用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、重鉻酸鉀法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)。

(4)抵抗力指標(biāo)

①病蟲(chóng)危害程度：通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)林木病蟲(chóng)害發(fā)生情況進(jìn)行調(diào)查分析，參考梁軍[22]研究森林有害生物生態(tài)控制時(shí)所用的方法將林木受害狀況分為 4 級(jí)，無(wú)傷害、輕微傷害、中等傷害、嚴(yán)重傷害，并分別賦值為 4、3、2、1，如表2所示。

表2 病蟲(chóng)害干擾劃分標(biāo)準(zhǔn)Table.2 Classification criteria of pests and diseases interference

②火險(xiǎn)系數(shù)：火險(xiǎn)系數(shù)大小與火的干擾強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)，本研究對(duì)調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行可燃物種類(lèi)，易燃程度進(jìn)行實(shí)地勘察，參考沈泉林[23]的劃分方式將火的干擾強(qiáng)度按從輕到重共分為 4 個(gè)等級(jí)：無(wú)干擾，輕度干擾、中等干擾、嚴(yán)重干擾，并分賦別值為4、3、2、1?；鸶蓴_等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 火干擾等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table.3 Classification standard of fire interference level

③人為干擾程度：參考并改進(jìn)徐梅[23]的方法，將干擾程度主要分為四個(gè)等級(jí)：無(wú)干擾、輕度干擾、中等干擾和嚴(yán)重干擾 4 個(gè)等級(jí)，分別賦值為4、3、2、1。人為干擾程度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 人為干擾程度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table.4 Classification criteria of degree of human disturbance

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪制圖表，通過(guò) SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

對(duì)所列指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)歸一化的基礎(chǔ)上，運(yùn)用變異系數(shù)法對(duì)西寧市南北山青海云杉人工林評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的確定，各指標(biāo)的權(quán)重如表5所示。

表5 指標(biāo)的權(quán)重Table.5 weight of indicators

由表5可以得到，權(quán)重值最大的指標(biāo)是郁閉度，為1.1218，其次是病蟲(chóng)危害程度，權(quán)重最小的指標(biāo)是土壤容重，為0.0755，其次是林分密度。

2.2 健康指數(shù)的計(jì)算

將各指標(biāo)的無(wú)量綱化值和權(quán)重代入健康度指標(biāo)(HI)構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，即可得出健康評(píng)價(jià)綜合指數(shù)值。各標(biāo)準(zhǔn)地的評(píng)價(jià)指數(shù)見(jiàn)表6。

表6 標(biāo)準(zhǔn)地的健康指數(shù)Table.6 health index of the sample land

由表6可知，健康指數(shù)最大的是14號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地，健康指數(shù)約為0.68，其次是13號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地；健康指數(shù)最小的是23號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地，健康指數(shù)約為0.22，其次是23號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地。

2.3 健康等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定

用K-S法對(duì)健康評(píng)價(jià)綜合指數(shù)值進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)總體呈正態(tài)分布(表7)，因此，采用等距分組法來(lái)劃分健康等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表8。

表7 樣本的K-S檢驗(yàn)Table.7 7K-S test of samples

表8 健康等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table.8 Health classification criteria

表8中的不健康表示林分處于疾病狀態(tài)，存在很多影響林木生長(zhǎng)的障礙因子，即使進(jìn)行撫育也很難恢復(fù)到健康狀態(tài)；中健康表示林分處于不健康狀態(tài)，存在較多影響林木生長(zhǎng)的障礙因子，若進(jìn)行合適的撫育管理，可能有部分林木會(huì)恢復(fù)至健康狀態(tài)；亞健康表示林分處于亞健康狀態(tài)，說(shuō)明存在影響林木生長(zhǎng)的障礙因子，應(yīng)通過(guò)及時(shí)撫育解除這些因子；健康表示林分處于健康狀態(tài)，具有良好的持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.4 西寧市南北山青海云杉人工林健康評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)表6各標(biāo)準(zhǔn)地的健康指數(shù)和表8健康等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定各標(biāo)準(zhǔn)地的健康等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 標(biāo)準(zhǔn)地的健康等級(jí)Table.9 Health status of the sample plots

由表9可以看出，54個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地中，健康標(biāo)準(zhǔn)地有9個(gè)，亞健康標(biāo)準(zhǔn)地有23個(gè)，中健康標(biāo)準(zhǔn)地有15個(gè)，不健康標(biāo)準(zhǔn)地有7個(gè)。通過(guò)對(duì)表10標(biāo)準(zhǔn)地的健康等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到西寧市南北山青海云杉人工林健康評(píng)價(jià)結(jié)果，見(jiàn)圖2。

圖2 西寧市南北山青海云杉人工林健康評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Results of health evaluation of spruce plantationsin qinghai，north and south mountains of xining city

由圖2可知，西寧市南北山青海云杉人工林中有17%處于健康狀態(tài)、42%處于亞健康狀態(tài)、28%處于中健康狀態(tài)、13%處于不健康狀態(tài)，所以，健康等級(jí)比重從大到小依次為亞健康>中健康>健康>不健康，根據(jù)隸屬度最大原則，說(shuō)明目前西寧市南北山青海云杉人工林是亞健康水平。

3 討論

西寧市人工林生態(tài)系統(tǒng)健康的理論與方法的研究仍處于探索階段，影響森林健康的因素眾多，選擇越多的指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果越精確，在條件允許的情況下，可以盡量選取更多的指標(biāo)，但研究受到時(shí)間、資料及研究手段等因素的限制，雖有一些方法的改進(jìn)，但仍存在一些問(wèn)題，有待于進(jìn)一步研究與完善。

選擇有代表性的標(biāo)準(zhǔn)地是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，一個(gè)區(qū)域的森林健康評(píng)價(jià)如何選取更準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)地的數(shù)量比例合適范圍，還有待進(jìn)一步探究，且本研究為了爭(zhēng)取以最便捷的方法得到較準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果，所以將火險(xiǎn)系數(shù)、病蟲(chóng)害強(qiáng)度、人為干擾強(qiáng)度等指標(biāo)采用定性評(píng)分中的等級(jí)評(píng)分法進(jìn)行數(shù)量化，將指標(biāo)根據(jù)好壞分為若干個(gè)等級(jí)，因此在定量過(guò)程中，由于調(diào)查者經(jīng)驗(yàn)不同，會(huì)存在一定的差異。

本文的評(píng)價(jià)結(jié)果只是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的健康狀態(tài)，只有通過(guò)一定時(shí)間的評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)，整理出一套適應(yīng)青海云杉人工林各種健康狀況的經(jīng)營(yíng)方案，才能實(shí)現(xiàn)森林的健康經(jīng)營(yíng)，為森林的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的文獻(xiàn)案例中使用的評(píng)價(jià)方法千差萬(wàn)別，方法的不同導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性也不盡相同，即使對(duì)同一目標(biāo)，不同的評(píng)價(jià)方法，最終的評(píng)價(jià)結(jié)果也不同，甚至出現(xiàn)完全相反的結(jié)論，評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確性問(wèn)題成為健康評(píng)價(jià)工作中不得不重視的問(wèn)題。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)健康評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍研究較少，基礎(chǔ)理論工作的研究有待進(jìn)一步深入。