洪承昊 , 查玉平 , 張子一, 蔡三山, 肖德林, 文坤海, 陳京元,*

夷陵地區(qū)異質(zhì)景觀對松材線蟲病的抵抗力及生態(tài)風險分析

洪承昊1, 查玉平1, 張子一1, 蔡三山1, 肖德林2, 文坤海3, 陳京元1,*

1. 湖北省林業(yè)科學研究院, 湖北武漢 430075 2. 宜昌市森林病蟲害防治檢疫站, 湖北宜昌 443100 3. 松滋市森林病蟲害防治檢疫站湖北松滋 434200

以宜昌市夷陵地區(qū)為研究區(qū)域, 探討在疫區(qū)通過異質(zhì)性的景觀控制松材線蟲病擴散流行的方法及當前疫區(qū)的生態(tài)風險。結(jié)合景觀生態(tài)學和森林保護學理論, 基于松材線蟲病生物學特征和現(xiàn)有土地利用類型, 經(jīng)過重分類, 構(gòu)建了夷陵區(qū)景觀格局, 并以景觀格局指數(shù)為評價指標, 通過空間分析和克里金插值法對夷陵區(qū)生態(tài)風險進行評價。結(jié)果表明, 研究區(qū)異質(zhì)性景觀對松材線蟲病的相對抵抗力從大到小依次為水域及水利設(shè)施景觀、人為活動景觀、其他林園地景觀和耕地景觀, 馬尾松等針葉林景觀最弱。風險評價結(jié)果表明夷陵區(qū)中部, 沿長江流域帶生態(tài)風險值較高。預防策略上應(yīng)通過景觀格局的合理配置, 優(yōu)化土地利用現(xiàn)狀、合理規(guī)劃利用, 采取重點生態(tài)保護措施和綜合治理對策控制松材線蟲病的擴散。

景觀格局; 生態(tài)安全; 風險分析; 松材線蟲病

0 前言

松材線蟲病(Pine wild disease)是危害松林的重要病蟲災(zāi)害, 是由媒介昆蟲一松褐天牛(Hope)、寄主植株一馬尾松()等和病源生物一松材線蟲()協(xié)同完成[1-2], 可在極短時間內(nèi)完成對松林的侵入和毀滅, 是我國重要的林業(yè)有害生物。國家林業(yè)局通告顯示已造成全國16省份315縣區(qū)受到不同程度危害, 森林生態(tài)安全十分緊迫。自侵入我國后, 松材線蟲病不斷擴張蔓延, 經(jīng)多年研究, 雖取得一定防治效果, 但擴散趨勢任得不到有效抑制, 已對區(qū)域生態(tài)安全造成威脅。

區(qū)域生態(tài)安全評估, 是在區(qū)域尺度下描述和評價區(qū)域在自然災(zāi)害和人為生產(chǎn)生活影響下, 對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利作用的過程, 其目的是為區(qū)域管理者提供理論支持和技術(shù)指導[3-5]。我國是一個飽受自然災(zāi)害破壞的國家, 入侵有害生物種類和活動范圍越來越廣, 隨著生態(tài)文明建設(shè)受到逐步重視, 生態(tài)安全和評價問題越發(fā)重要。松材線蟲病控制作為林業(yè)上一項重要工作已受到各級主管部門和研究學者的重視, 然而在景觀尺度下研究其擴散蔓延趨勢和風險評估卻鮮有報道。景觀生態(tài)評價是景觀生態(tài)學的重要研究內(nèi)容, 它是對景觀的屬性現(xiàn)狀、生態(tài)功能和可能利用的方案進行綜合判定的過程[6]。景觀指數(shù)是高度濃縮的景觀格局信息, 其反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間特征, 利用景觀格局指數(shù)分析景觀現(xiàn)狀, 建立景觀格局和生態(tài)過程之間的聯(lián)系, 是景觀生態(tài)學的常用定量化研究方法[7]。

隨著風險評價的應(yīng)用和方法不斷深化[8-9], 區(qū)域安全評價也隨之逐步開展, 有的是基于人為活動的[10-11], 有的則是基于動植物[12-14]。本文針對有害入侵生物松材線蟲, 對夷陵區(qū)的景觀格局進行分析評價, 嘗試建立不同景觀類型和松材線蟲病之間的聯(lián)系, 對現(xiàn)有景觀格局進行風險等級區(qū)分, 為森林生態(tài)安全治理提供可靠依據(jù)。

1 研究地概況

夷陵區(qū)屬于湖北省宜昌市, 南北長103公里, 東西寬約77公里。地處東經(jīng)110°51′8″—111°39′30″, 北緯30°32′33″—31°28′30″, 是宜昌市面積最大, 人口最多的市轄行政區(qū)。夷陵區(qū)境屬亞熱帶季風氣候區(qū), 四季分明, 年平均日照1669.2小時, 年平均降水量1177.34毫米。全區(qū)地勢西北高, 東南低, 西、北、東三面群山環(huán)抱, 東南一面臨向平原, 呈西北向東南梯級傾斜下降, 高度相差懸殊。海拔500米以上的區(qū)域占到全區(qū)50%以上[15]。宜昌, 特別是夷陵區(qū), 森林環(huán)境長期受到有害入侵生物的破壞, 以松材線蟲病和馬尾松毛蟲為主的林業(yè)重大蟲害嚴重威脅著夷陵地區(qū)的森林生態(tài)平衡, 夷陵地區(qū)也是我國松材線蟲病的疫區(qū), 發(fā)生面積和趨勢一致受到管理部門的高度重視。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及前處理

夷陵地區(qū)是2006年確定以為松材線蟲病疫點區(qū)域(實際調(diào)查數(shù)據(jù)為2005年), 之前松材線蟲病疫情情況可以看作為0發(fā)生, 結(jié)合中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)學中心數(shù)據(jù), 選擇每5年為一個調(diào)查階段, 即選取2006年、2010年和2015年(首次發(fā)現(xiàn)后第1年、第5年和第10年)夷陵區(qū)松材線蟲病疫情情況, 以年病死樹株數(shù)作為衡量疫情指標。

本底資料來源于2010年全國森林資源一類清查, 通過ARCVIEW將小班調(diào)查數(shù)據(jù)輸入、編碼、分類、糾錯建立屬性數(shù)據(jù)庫, 可信度高。通過ARCMAP10.0將原始矢量圖像進行坐標轉(zhuǎn)換, 重新分類后將數(shù)據(jù)資料生成cellsize為500的柵格圖像, 進行景觀指數(shù)運算, 且直觀反映出林斑在全市的空間分布情況。

2.2 用地分類及分析指標

通過參照中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心“中國土地利用數(shù)據(jù)”和《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/ T21010—2017), 重新將土地類型數(shù)據(jù)進行歸類劃分[16], 參照“一級類”分類標準將每個時期土地類型劃分為人為活動景觀、水域及水利設(shè)施景觀、林園地景觀、耕地景觀和草地景觀五大類。其中人為活動景觀包含商服用地、住宅用地、公共管理及公共服務(wù)用地、交通運輸用地、特殊用地及工礦倉儲用地等; 水域及水利設(shè)施景觀包含河流、湖泊、水庫坑塘、溝渠及水工建筑用地; 林園地景觀包含喬木林、竹林、灌木林、森林沼澤、果園及茶園等用地; 耕地景觀包含水田、旱地和水澆地; 草地景觀包含天然牧草地、沼澤地、人工牧草地等。在景觀斑塊層面選取斑塊面積(CA)、平均斑塊面積(Area_mn)和斑塊密度(PD), 在景觀聚合度方面選取斑塊形狀指數(shù)(LSI)描述用地類型格局。

松材線蟲病主要是通過松褐天牛進行自然傳播[17], 松材線蟲病因其生物學特性, 主動傳播受到限制, 主要通過攜帶傳播, 因此控制松褐天牛和人為攜帶, 能有效控制松材線蟲病的蔓延。異質(zhì)性的斑塊對松褐天牛同樣具有不同的阻礙力, 使得松褐天牛傳播或擴散具有方向性, 也為防控松材線蟲病提供了一個有效途徑。因此在已劃分地類景觀基礎(chǔ)上, 經(jīng)ArcGIS重新定義分類, 將現(xiàn)有土地利用類型分為針葉林景觀(寄主)、人為活動景觀、水域及水利設(shè)施景觀、耕地景觀以及其他林園地景觀。在不同的景觀里(針葉林除外)分別設(shè)置2個松褐天牛誘捕器, 型號YB-50, 各誘捕器間隔至少100米。通過誘捕量相對區(qū)分不同地類對松褐天牛的抵抗能力, 誘捕時間從5月開始到7月結(jié)束, 連續(xù)兩年觀察誘捕量, 以誘捕數(shù)量作為分析松褐天牛(松材線蟲)對不同地類的選擇性(阻礙力), 然后進行歸一化處理, 即得到每種地類對松材線蟲病的相對阻礙能力, 即每種地類的相對脆弱度(F)。

2.3 景觀格局評價指數(shù)

通過構(gòu)建景觀格局指數(shù)E, 以期通過幾個景觀指數(shù)的疊加來反應(yīng)不同景觀受到干擾, 包含生物災(zāi)害(主要針對松材線蟲病)和人為的破壞的程度; 選取景觀破碎度C、景觀分離度S和景觀優(yōu)勢度D分析生物災(zāi)害以及人為活動對景觀格局影響。并采用生態(tài)風險指數(shù)()描述現(xiàn)有景觀格局對松材線蟲病等生物災(zāi)害的生態(tài)抵抗力。通常景觀干擾指數(shù)E=aC+bS+cD;,,為各指標的權(quán)重, 且++= 1[18-19]。三者在不同程度上反映出干擾對景觀所代表的生態(tài)環(huán)境的影響, 根據(jù)分析權(quán)衡, 及文獻資料, 認為破碎度指數(shù)最為重要, 其次為分離度和優(yōu)勢度。以上三個指數(shù)分別賦以0.5、0.3、0.2的權(quán)值[20]。從而計算出各景觀類型的景觀格局信息指數(shù)(表2)。

景觀損失指數(shù)R表示的是斑塊遭到干擾時各類型景觀所受到的生態(tài)損失的差別, 即其自然屬性損失的程度, 是某一景觀類型的景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)和脆弱度指數(shù)的綜合。計算公式:R=10×E×F;

景觀破碎度C即為景觀破碎化程度, 是由于自然或人為原因引起的景觀由單一、均勻和連續(xù)的整體趨向復雜、異質(zhì)和不連續(xù)的斑塊的過程, 是生物多樣性趨向單一的原因之一[21], 也與資源保護和生態(tài)安全密切相關(guān)。定量描述景觀破碎度C的的公式為:C=n/A,n為斑塊i的數(shù)目,A為斑塊i的面積;

景觀分離度S指的是某一景觀類型中不同斑塊數(shù)個體分布的分離度,S=D/A[8];D為景觀類型i的距離指數(shù),A為景觀類型i的面積指數(shù);

景觀優(yōu)勢度D反映的是斑塊在景觀中占有的地位及其景觀格局形成和變化的影響,D=(+)/4+/2, 公式中=斑塊的數(shù)目/斑塊的總數(shù),=斑塊出現(xiàn)的樣方數(shù)/總樣方數(shù),=斑塊的面積/樣方總面積;

區(qū)域生態(tài)風險分析本質(zhì)上是空間變量的定量分析, 即生物災(zāi)害和人為活動對景觀格局的影響, 利用地理統(tǒng)計學的相關(guān)方法進行空間特征分析, 本文基于Arcmap[22]平臺將研究地劃分為10 km×10 km的網(wǎng)格(圖2a), 采取全覆蓋的工作網(wǎng)格方式進行分析, 并以變異函數(shù)作為工具, 本研究以每個網(wǎng)格的風險值作為樣方內(nèi)中心點的生態(tài)風險值, 基于Arcmap平臺, 采用克里金插值預測圖創(chuàng)建研究區(qū)的生態(tài)風險圖, 生態(tài)風險指數(shù)[23]計算公式為:

公式中代表景觀組分類型的數(shù)量,S為第個風險小區(qū)i類景觀組分的面積,S為第個風險小區(qū)的面積,R為該類型的景觀損失指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 異質(zhì)性景觀變化與松材線蟲病

通過研究不同時期用地類型的變化, 描述研究區(qū)景觀格局轉(zhuǎn)換情況, 從表1可知從首次發(fā)現(xiàn)疫情到2010年, 2015年的景觀格局情況, 各景觀總面積(CA)方面, 耕地景觀用地類型出現(xiàn)減少的趨勢, 由493 km2減少到485 km2, 林園地景觀用地面積減少, 由2709 km2減到2701 km2, 水域及水利設(shè)施景觀面積有增有減變化不大; 人為活動景觀面積出現(xiàn)較大增加, 由40 km2增大到57 km2。

斑塊密度指數(shù)(PD)方面, 耕地景觀用地類型、林園地景觀和草地景觀沒有變化, 自首次發(fā)現(xiàn)后至2010年和2015年為0.0492、0.0039和0.0084; 水域及水利設(shè)施景觀類型斑塊個數(shù)僅僅在2006年至2010年的5年間增加, 由0.0069增加到0.0072; 人為活動景觀類型在首次發(fā)現(xiàn)疫情后至2015年10年間沒變化, 而之后出現(xiàn)增加, 由0.0057增加到0.0075。

在斑塊分離度方面, 耕地景觀類型斑塊形狀指數(shù)(LSI)由2006年的16.3614增加到2010年的16.3735, 再到2015年的16.6707, 緩慢增高; 林園地景觀類型LSI在2006年為8.7678, 2010年為8.7630, 之后再無變化; 水域及水利設(shè)施景觀類型斑塊形狀指數(shù)逐漸減小, 2006年至2015年間由5.9259到5.7407; 人為活動景觀類型的斑塊形狀指數(shù)在前5年沒有變化, 2010年至2015年由5.1200增大為5.7333; 草地景觀的斑塊形狀指數(shù)沒有變化。

松材線蟲病由于在2006年在研究區(qū)被發(fā)現(xiàn), 致死株數(shù)出現(xiàn)最大值為5231棵, 經(jīng)過砍伐和治理, 2010年后致死株數(shù)下降到463棵, 2015年后再下降致死株僅為256棵。通過以上各景觀類型格局的3個階段的變化, 結(jié)合病死株數(shù)3個階段的變化做統(tǒng)計分析, 分析平臺SPSS22.0, 研究景觀格局的變化和松材線蟲病疫情之間的關(guān)系。

3.2 松材線蟲病疫情和景觀格局的關(guān)系

分析耕地景觀、林園地景觀(含寄主)、水域及水利設(shè)施景觀和人為活動景觀三個時期變化與松材線蟲病疫情的相關(guān)性, 草地景觀由于在這個時期景觀格局沒有變化, 因此沒有分析該項景觀類型。結(jié)果見表2, 耕地景觀類型中斑塊面積(CA)、平均斑塊面積(Area_mn)和斑塊形狀指數(shù)(LSI)與松材線蟲病疫情之間相關(guān)系數(shù)分別是0.5315、0.5080和-0.5604, 相關(guān)性較低; 疫情和斑塊密度(PD)之間沒有相關(guān)性。林園地景觀類型中, 斑塊面積和平均斑塊面積與松材線蟲病疫情之間相關(guān)性系數(shù)分別為0.6252和0.6489, 相關(guān)性較低; 斑塊形狀指數(shù)和松材線蟲病疫情之間有顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為0.9993; 斑塊密度和松材線蟲病疫情之間沒有顯著相關(guān)性。水域及水利設(shè)施景觀類型斑塊面積、平均斑塊面積和斑塊形狀指數(shù)與松材線蟲病疫情相關(guān)性系數(shù)分別為0.0368、0.7373和0.8056; 斑塊密度和松材線蟲病疫情之間有顯著負相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為-0.9993。人為活動景觀類型的斑塊面積、斑塊平均面積、斑塊密度和斑塊形狀指數(shù)與松材線蟲病之間相關(guān)系數(shù)分別為-0.5315、-0.5315、0.5313和-0.5315, 相關(guān)性較低。

雖然水域及水利設(shè)施在研究區(qū)有分布, 且和松材線蟲病疫情發(fā)生有相關(guān)性, 但從面積和分布格局上并不是主要景觀類型, 研究區(qū)林園地景觀是主要土地利用類型, 其中馬尾松林等針葉林是主要景觀類型, 因此主要基于林園地景觀斑塊形狀指數(shù)數(shù)據(jù)進行分析預測, 預測研究區(qū)松材線蟲病疫情風險, 從圖1可知, 紅色區(qū)域為高風險風險斑塊, 且風險源較為分散, 呈點狀分布, 風險源大部分處于林地景觀之間, 有擴散蔓延風險, 地理位置上主要集中在研究區(qū)中部, 在研究區(qū)北部和南部地區(qū)有斑塊顯示風險較高, 需重點處置。中等程度風險源在中部、北部及南部區(qū)域有分布, 且和高風險源比鄰, 是需要重點預防監(jiān)控區(qū)域。

表1 各年份研究區(qū)景觀格局和松材線蟲病疫情

表2 各景觀類型與松材線蟲病疫情之間相關(guān)系數(shù)

3.3 不同景觀類型對松材線蟲的脆弱度評價

研究區(qū)內(nèi)馬尾松林等針葉林是松褐天牛和松材線蟲病的寄主, 為分清寄主和非寄主的不同差異, 將林地景觀進一步劃分為針葉林景觀和其他林地景觀。在不同景觀類型內(nèi)設(shè)置誘捕器, 通過誘捕量分析異質(zhì)性景觀對松褐天牛擴散能力的差異(表3)。針葉林是松褐天牛和松材線蟲病的天然寄主, 理應(yīng)更容易引誘, 因此針葉林景觀抵抗力最小, 未納入本次誘捕量研究。從各類型誘捕量結(jié)果顯示, 人為活動景觀內(nèi)的誘捕器在2014—2015年共誘捕到松褐天牛50頭, 水域景觀內(nèi)的誘捕器共誘捕到18頭, 農(nóng)業(yè)景觀內(nèi)的誘捕器共誘捕到123頭, 其他林地景觀內(nèi)的誘捕器共誘捕到99頭。從誘捕量分析可知, 耕地景觀>其他林園地景觀>人為活動景觀>水域及水利設(shè)施景觀, 表明耕地類型在阻礙松褐天牛擴散傳播能力方面最弱, 僅次于寄主, 風險度高, 阻礙能力最強的是水域及水利設(shè)施景觀。依據(jù)所得阻礙能力大小, 參考通用分析方法, 分別對五種景觀按照大小賦一定系數(shù)值, 水域及水利設(shè)施景觀1、人為活動景觀2、其他林園地景觀3、耕地景觀4, 針葉林景觀5, 再進行歸一化處理[24], 得到景觀脆弱度()結(jié)果分別為水域及水利設(shè)施景觀0、人為活動景觀0.25、其他林園地景觀0.50、耕地景觀0.75, 針葉林景觀1, 即景觀脆弱度(F)見表4; 因此得到相對阻礙力(抵抗力)為水域及水利設(shè)施景觀>人為活動景觀>其他林園地景觀>耕地景觀>針葉林景觀。

圖1 基于寄主斑塊形狀指數(shù)風險預測圖

Figure 1 Risk prediction chart based on host landscape shape index

表3 不同景觀類型誘捕松褐天牛量

3.4 基于景觀格局指數(shù)的生境評價

通過分析不同景觀類型景觀格局現(xiàn)狀, 從表4可知, 六種景觀類型中景觀破碎化(C)程度最高的是水域及水利設(shè)施景觀,C=0.3134, 最小的是其他林園地景觀,C=0.0263, 差異較大; 景觀分離度(S)最大的是水域及水利設(shè)施景觀,S=1.6847, 最小的是其他林園地景觀,S=0.1179, 差異較大, 其次是針葉林景觀,S=0.1679; 景觀優(yōu)勢度(D)最高的是其他林園地景觀,D=0.3500, 其次是針葉林景觀,D= 0.2642, 景觀優(yōu)勢度(D)最小的是人為活動景觀,D= 0.0407。景觀干擾指數(shù)()最大的是水域及水利設(shè)施景觀,=0.6806, 景觀干擾指數(shù)()最小的是其他林園地景觀,=0.1185。景觀損失指數(shù)(R)最大的是耕地景觀,R=2.3010, 最小的是水域及水利設(shè)施景觀,R=0.3682。綜合分析顯示, 其他林園地景觀在景觀破碎度、景觀分離度和景觀優(yōu)勢度均最大, 景觀干擾指數(shù)最小。水域及水利設(shè)施景觀在景觀破碎度、景觀分離度最小, 景觀干擾指數(shù)和景觀損失指數(shù)最大。

表4 夷陵區(qū)景觀格局現(xiàn)狀

3.5 基于用地類型的生態(tài)風險評價

對研究區(qū)每個樣方進行風險分析(圖2a), 通過求得的每個樣地生態(tài)風險值, 將其劃分為四個生態(tài)風險等級, 即低風險區(qū)(<0.003)、中等風險區(qū)(0.003<<0.006)、較高風險區(qū)(0.006<<0.01)和高風險區(qū)(>0.01); 從克里金插值直觀圖分析結(jié)果(圖2b)顯示, 夷陵區(qū)中部生態(tài)風險值高(橙紅色區(qū)域), 往南北邊緣地區(qū)生態(tài)風險值趨向變小(藍色區(qū)域), 這與夷陵的森林分布和覆蓋密切相關(guān), 結(jié)合圖1分析可知, 林地主要分布在中部地區(qū); 其次, 沿長江流域地區(qū), 生態(tài)風險值較高, 特別是夷陵西南部, 靠近秭歸縣區(qū)域生態(tài)風險值高, 原因是靠近長江及其水流區(qū), 人為活動較為頻繁, 有可能帶來更多的攜帶傳播風險; 并且針葉林越多, 密度越高的區(qū)域, 生態(tài)風險值越大, 原因是以松材線蟲病為主的有害生物的入侵, 造成越來越多的林地被砍伐和人為破壞, 造成高風險的可能; 特別是三峽大壩周邊, 風險等級高, 嚴重威脅三峽水利電力工程的安全。

綜合生態(tài)風險空間分析, 需要在固定樣點采樣的基礎(chǔ)進行半變異函數(shù)的擬合檢驗生態(tài)風險預測可靠性, 在理論半變異函數(shù)擬合中, ArcGIS平臺的球狀模型擬合結(jié)果比較符合理想狀況(平均標準差0.01), 因此生態(tài)風險分析主要基于球狀模型(Spherical model)[22]。塊金值表示隨機部分的空間異質(zhì)性, 理論上當空間距離為0時, 半變異函數(shù)值為0, 而實際上通過半變異函數(shù)圖3可知, 從圖中反應(yīng)當相鄰兩采樣點距離為0時, 半方差值達到一定數(shù)值(塊金值), 這是由于測量和調(diào)查誤差引起的。當隨著鄰近距離再增大, 達到半變異函數(shù)拐點時, 此階段鄰近樣點空間的相關(guān)性和鄰近距離存在相關(guān)性; 當距離再增大, 半變異函數(shù)值沒有變化, 即偏基臺值大于1.7965(曲線趨于平直時), 說明兩采樣點距離足夠大, 以至其不具備空間的相關(guān)性, 即當距離大于50 km, 鄰近采樣點或觀測點不具備相關(guān)性; 而在50 km內(nèi)則存在明顯的線性相關(guān)性。

圖2 研究區(qū)生態(tài)風險空間格局

Figure 2 The ecological safety risk of research area

圖3 研究區(qū)生態(tài)風險變異指數(shù)函數(shù)曲線

Figure 3 The mutation exponential function curve of ecological safety risk in research area

4 討論

夷陵地處我國重要的森林資源豐富的鄂西山區(qū)丘陵地帶, 也是我國重要的水利和能源工程要地, 生態(tài)安全地位極其重要。松材線蟲病一直是危害當?shù)氐闹匾闪譃?zāi)害, 它與其寄主之間的關(guān)系可以看做是簡單的源-匯復合種群[25-27], 研究不同地類景觀對松材線蟲病(松褐天牛)的作用效果是本質(zhì)上解決松材線蟲病傳播的重要途徑。

異質(zhì)性景觀對松褐天牛具有一定的廊道效應(yīng), 郎道效應(yīng)大小程度不同, 造成松褐天牛有選擇性的向外移動, 最終導致松材線蟲病的擴散。林園地景觀是生態(tài)環(huán)境中極為重要的一類景觀類型, 聚合度程度越高, 郎道效應(yīng)越小, 其次我國南方丘陵及山區(qū), 森林植被主要都以混交林為主, 特別是以針闊混交林最多, 沒有絕對的非寄主斑塊隔離, 媒介昆蟲松褐天牛越容易穿越而尋找新的寄主, 也越容易傳播松材線蟲病, 也因此在阻隔松褐天牛傳播和飛行能力方面也是較弱的。耕地景觀亦是一類重要的土地利用類型, 多與寄主景觀、林地及園地景觀鑲嵌鄰近, 因此耕地景觀在邊緣長度上是最大的, 疫情斑塊內(nèi)的松褐天牛向四周擴散, 首先接觸的是耕地, 也因此耕地景觀在阻礙松褐天牛飛行能力方面較弱, 從誘捕量分析和林園地景觀差異不顯著。

水域及水利設(shè)施景觀和人為活動景觀都是面積相對小的兩種景觀類型, 且比鄰較多, 空間格局較為分散, 被耕地或林園地所包圍, 其次該兩種景觀類型受小環(huán)境氣候影響大, 沒有適合松褐天牛生存的環(huán)境條件, 生物量供給少或無, 在無外源性干擾情況下, 松褐天牛飛行穿越接觸的可能性小, 因此研究結(jié)果顯示誘捕較少, 且明顯低于耕地和林園地景觀。

對于森林生態(tài)系統(tǒng)而言, 林地越密集, 越容易受到松褐天牛等外來生物的入侵, 反之景觀破碎化也越嚴重, 生態(tài)抵抗力越低; 人為活動景觀和活動強度較大的區(qū)域, 物流量, 人口總數(shù)等是導致松材線蟲病疫情傳播最為關(guān)鍵的因子[28]。這和本研究結(jié)果一致, 在森林資源越豐富的區(qū)域, 長江流域周邊, 生態(tài)風險相對越高; 但基于景觀格局指數(shù)和生態(tài)風險指數(shù)定量的描述, 其本質(zhì)還是一種概率, 也正是其分析不足之處, 由于夷陵地區(qū)尺度限制, 采樣點不具備大尺度的可能, 因此鄰近空間的相關(guān)性在50 km后是否存在相關(guān)性還需要更多更大尺度調(diào)查點的數(shù)據(jù)支持。

本文研究中忽略了經(jīng)濟發(fā)展程度和環(huán)境因子, 然而某種意義上, 土地利用的格局也是經(jīng)濟和環(huán)境因子的作用結(jié)果, 因此本文對地類的劃分和風險分析具有一定意義, 也為通過景觀格局風險現(xiàn)狀圖對土地格局的利用和改造提供了支撐。在土地規(guī)劃和森林經(jīng)營等前期準備上, 基于松材線蟲病的考慮則需要更為合理的規(guī)劃布局, 既可以滿足人為生產(chǎn)生活的方便, 又可以預防和控制松材線蟲病疫情的傳播和蔓延, 在造林規(guī)劃方面, 應(yīng)建設(shè)連接度更低、斑塊形狀更為簡單的林地抵御疫情傳播和爆發(fā)。

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The heterogeneous landscape resistance to pine wild disease and ecological risk assessment in YiLing

HONG Chenghao1, ZHA Yuping1, ZHANG Ziyi1, CAI Sanshan1, XIAO Delin2, WEN Kunhai3, CHEN Jingyuan1,*

1. Hubei Academy of Forestry, Wuhan 430075, China 2. Station of Pest and Disease Control and Quarantine of Yichang, Yichang 443100, China 3. Station of Pest and Disease Control and Quarantine of Songzi, Songzi 434200, China

Westudied the method of controlling pine wild disease dispesal with heterogeneous landscape and assessed the epidemic area ecological risk in Yiling using the landscape ecology with forest protection theories, based on the biological characteristics of pine wild diseaseand current situation of land use.We reclassified the typies, constructed the landscape pattern, used landscape index as the assessment criteria by spatial analysis and Kriging interpolation methods to assess the Yiling district ecological risk. The results showed that the resistance to pine wild disease of heterogeneous types from maximum to minimum was water and conference facilities area, residential area, other forestry and garden area and agriculture area; coniferous area was the smallest. The ecological risk assessment showed central region of Yiling district and the Yangtze Riverhad a high risk possibility. The prevention strategy shouldfocus on reasonable configutation of landscape pattern, and rational land using current situation, and adopt ecological protection and management strategy to control the dispersal of pine wild disease.

landscape pattern; ecological safety; risk assessment;

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.02.007

S157.2

A

1008-8873(2021)02-048-08

2019-10-07;

2019-12-04基金項目:國家重點研發(fā)計劃: 人工林重大災(zāi)害的成災(zāi)機理和調(diào)控機制(2017YFD0600100)

洪承昊(1982—), 湖北武漢人, 博士, 助理研究員, 主要從事森林有害生物控制研究, E-mail:haohao730@163.com

陳京元, 研究員, 主要從事森林保護研究, E-mail:chenjingyuan@hotmail.com

洪承昊, 查玉平, 張子一, 等. 夷陵地區(qū)異質(zhì)景觀對松材線蟲病的抵抗力及生態(tài)風險分析[J]. 生態(tài)科學, 2021, 40(2): 48–55.

HONG Chenghao, ZHA Yuping, ZHANG Ziyi, et al. The heterogeneous landscape resistance to pine wild disease and ecological risk assessment in YiLing[J]. Ecological Science, 2021, 40(2): 48–55.