秦岭中段华山松林健康评价研究*

方 凯,王得祥,保积存

(西北农林科技大学林学院,陕西杨凌 712100)

我国森林资源丰富,但如今在经济利益的驱使下,人类开始大量砍伐树木,森林的原始生态平衡被打乱,复杂的生态系统逐渐简单化、单一化,各种各样的问题也随之出现,如病虫害的大面积发生化、物种单一化、火灾频繁化、土壤贫瘠化、森林生态功能薄弱化等诸多问题。在这些问题的驱使下,森林健康评价逐渐提上日程。国内学者提出的评价方法也不尽相同,但总体来讲,被大家运用最广的方法主要分两种:指示物种法[1-3]和结构指标综合法[4-5],前一种方法以陆庆轩和王义平等为代表,后一种方法以陈高、肖风劲等为代表,本实验以秦岭中段华山松林为研究对象,对其健康状况进行评价,分析影响华山松林生态系统健康因子,探讨其维护机制,为秦岭华山松林健康经营,发挥森林生态系统服务功能提供理论依据与技术支持。

1 研究区概况

秦岭中部火地塘林区属秦岭南坡山地温带气候,地形复杂多样,海拔1 420～2 474 m;坡度 20°～50°;林区年平均气温8～10℃;年平均降雨量900～1 200 mm;年蒸发量800～950mm;年总日照时数1 100～1 300 h;无霜期平均 199 d;最长216 d,最短140 d,生长期6个月。林区主要以棕壤土为主,也有部分的黄壤土、山地草甸土和少量的沙土,土层的平均厚度在50 cm左右,腐殖质平均层厚在8 cm左右。

林区内植物种类丰富多样,有木本植物83个种,206个属,524个亚种。垂直地带性有明显分布,总体上可以划分为三个林带:松栎林带、松桦林带、云、冷杉针阔叶混交林带。

2 调查方法

2.1 样地调查内容与方法

表1 火地塘林场华山松样地基本情况

在火地塘林区选择代表性的地段设置标准地26块,坡度大于5°时,应该根据样地坡度算其水平距,5°以下可直接算斜距。闭合差不能大于周长的1/200。在20m×20 m的标准样地内,测量全部乔木的树种、树高、胸径、树龄、枝叶宽幅、虫害、起源、损伤等指标;均匀设置5个小样方进行灌木调查,灌木面积2m×2m,在各灌木小样方内设置1 m×1 m的小样方测量草本,两个小样方重叠。调查内容有:灌草的盖度、种类、高度、生长状况和分布状况等;均匀选取面积为5 m×5 m小样方5个,进行乔木更新调查。调查的主要内容有:幼苗的树高、种类和株数;在林分内坡上、中、下各均匀布置面积为1 m×1 m的样方3个,用小铲子划出边界,钢卷尺测量枯落物未分解层和半分解层的厚度,将未分解层和半分解层的枯落物分别收集,用1%天平称重;在样地外的上、中、下坡位,选择代表性地点,挖典型剖面。在剖面内0～20、20～40、40～60各土层中部用环刀取土,用于测量土壤的物理性质,再在各层土层中取少量土样,装入塑封袋带回实验室,测其化学性质(表1)。

2.2 评价指标的确立及分级标准

针对火地塘林区的实际情况,从活力、结构功能、土壤因素和抵抗力4个方面22个指标做为评价的依据,按照健康等级标准[6],把火地塘林区的华山松林分为5个等级(不健康、亚健康、健康、良好健康和优质健康)。

2.3 评价模型的建立

在生态系统健康评价的过程中,通过森林健康指数(FEH I)[6-8]的大小来反映森林的健康情况,其评价模型为:

式中FEH I表示森林生态系统健康指数;wi、w j、wk、w l 分别为生产 活力、组织 结构能力、土壤指标、抗干扰力中各要素二级指标的权重。

式中 wi、oj、rk、sl分别为生产活力、组织结构能力、土壤指标和抗干扰力中的二级要素指标。

w1、w2、w3、w4分别为生产活力、组织结构能力、土壤指标和抗干扰力的权重。

且:w1+w2+w3+w4=1

2.4 数据的标准化

用标准化方法来解决参数间不可比性的问题[9],标准化方法公式为:

Cmn′=Cmn/max(Cn)

式中Cmn为各二级指标记录的数据;Cmn′为各二级指标标准化后的数据;max(Cn)为某二级指标在个样地中的最大值。

表2 秦岭中段华山松林健康评价各层指标权重汇总

表3 各样地健康指数

表4 林分健康等级划分范围

图1 秦岭中段华山松林健康情况

2.5 权重的测定

权重的测定通过层次分析法(Analytic H ierarchy Process,简称 AHP)[10]来实现,AHP的主要特征是:通过建立矩阵分析,合理地将定性与定量的决策结合起来,是将人的主观判断用数量形式表达(权重结果见表2),需要经历以下4个步骤:

(1)建立系统的递阶层次结构;

(2)构造两两比较判断矩阵;

(3)计算各因子权重系数;

(4)进行一致性检验。

3 评价结果与分析

秦岭中段华山松林健康等级根据森林健康等级划分标准[6],将表3中的26块样地健康情况进行汇总,根据表4林分健康等级划分范围得出图1。

(1)活力方面:整体活力指标较低,秦岭中段的华山松林大部分都处在20～35年之间,平均树高为11.73m,平均胸径为17.77 cm,属于中林龄到成熟林过渡的阶段,样地乔木平均蓄积量小于40m3,林分更新在1 000～2 000株/hm2,后备资源不足。

(2)组织结构方面:样地的平均密度为1 233.6株/hm2,乔、灌、草的多样性也比较丰富,各项指标都接近最优值,可以为华山松人工林培育提供借鉴。

(3)土壤因素方面:华山松样地的土壤pH值在5.8～7.2之间,比较适合华山松的生长特性,样地N含量为0.16%,P含量为0.048%,K含量为1.17%,有机质为3.33%,对华山松影响最大的是P元素,N、K元素影响不大。

(4)抵抗力方面:华山松林的健康状况受人为因素和病虫害的影响较大,人为活动与病虫害之间也呈极显著性正相关,说明人为活动的频繁干涉会导致病虫害的加剧,从而影响森林的生态健康。

(5)结果表明,处于健康状态的华山松样地最多,为12块,占总数的 46.15%,处于亚健康和良好健康状态的样地各为 7块,各占总数的26.925%,没有处于不健康和良好健康状态的华山松样地。样地平均健康指数为0.623,秦岭中段的华山松林在总体上都是健康的。

4 讨论

秦岭中段的华山松林在总体上都是健康的,但是也存在着许多问题,例如密度太大,生物多样性不高,人为砍伐严重等,必须采取有效的措施来改善这种状况。

(1)疏伐:疏伐的目的主要是增加林窗,降低郁闭度,疏伐不是对林分内所有树种的皆伐,而是要有原则、有计划的进行,例如:在密度过大的林分,砍伐那些无多大经济价值,对人类有危害,病虫害侵染的树木,而且在砍伐这些林木之后能给地面留下一定面积的林窗[11],保证幼苗的更新能顺利成长。

(2)人工育林:在大面积的纯林内要植入少量的亚优势树种,在针叶林区栽培阔叶树,在阔叶林中栽培针叶树,可以增加林分的物种多样性,增强抗病虫害能力,从而加强林分整体的抵抗力。对于自然更新差的林区,可以实现人工更新。

(3)封山育林:除专业人员外,其他人不得上山伐木、采药、挖取腐殖质,最大程度上保持原有的生态平衡。

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