高温干旱下毛竹林受灾状况和自恢复能力研究

裴晶晶 施拥军

(1 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室 浙江临安 311300；2 浙江农林大学 浙江临安 311300)

高温干旱下毛竹林受灾状况和自恢复能力研究

裴晶晶1,2施拥军1,2

(1 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室 浙江临安 311300；2 浙江农林大学 浙江临安 311300)

2013年夏季，我国东南部地区发生了严重的高温干旱天气，毛竹林受灾严重。通过设置固定样地研究了高温干旱后毛竹林的受灾状况以及灾后竹林的自恢复能力。结果表明：在高温灾害发生以后，胸径较大的毛竹抵御灾害的能力高于胸径较小的毛竹；受灾毛竹地上部分生物量80%以上分布在竹秆中，因此竹枝和竹叶受损对毛竹地上生物量的影响不大；毛竹林受灾后的恢复能力在很大程度上取决于受灾当年新生竹的株数。因此，在毛竹林经营中应加强林地的水肥管理，培育大径竹材，同时应保持较高的立竹密度和较多的新生竹数量，以抵御旱灾并加快林分的灾后恢复。

高温干旱；毛竹；受灾指数；自恢复能力

毛竹是我国南方地区重要的森林资源类型，具有生长速度快、经济效益高、综合效益好的特点。毛竹林与杉木人工林、热带山地雨林和马尾松林相比，具有更强的固碳能力[1-2]。根据我国第八次森林资源清查，全国毛竹林面积443.0万hm2[3]，因此毛竹在固碳释氧方面具有巨大的潜力。2013年夏季，我国东南部发生了严重的高温干旱天气，浙江省最长持续无降水日达到29 d，最高气温为41.6 ℃，打破了有史以来的浙江省高温记录[4]。严重的旱灾使毛竹林大面积成片受损，对毛竹的产量造成一定程度的下降，并且损害了林农的经济利益。

目前针对高温干旱下毛竹的研究主要有：政策性的灾害评估调研[5-8]，高温干旱下毛竹生理特征研究[9-16]，高温干旱对毛竹碳水通量和固碳的影响[17-20]等。李迎春等[21]结合样地调查数据对高温干旱下毛竹的受损程度及影响其受损程度的因子进行了相关分析，但并未对受灾样地进行持续调查分析其自恢复状况。本研究在2013年高温干旱后受灾毛竹林内设置固定样地，调查灾害发生当年样地状况和毛竹受灾情况，分析受灾因素和毛竹受灾的年龄和胸径结构，构建受灾指数，对受灾情况进行分析；并跟踪调查样地内后续毛竹成竹情况及样地其他地理因子，构建自恢复能力指数，综合分析毛竹的自恢复能力。

1 试验地概况和研究方法

1.1 试验地概况

调查地位于浙江省临安市境内，地理坐标为东经119°47′、北纬30°11′，平均海拔高度170 m，属亚热带季风气候，年平均日照时数1 920.0 h，年降水量1 424 mm，年均气温15.9 ℃，无霜期236 d。土壤为发育于凝灰岩和粉砂岩的红壤土类，呈酸性，pH值为4.7～6.0。研究区内毛竹林为纯林，大小年明显，且奇数年为大年；采用集约经营方式，对3度竹以上毛竹进行采伐。立竹密度为2 200～4 600株/hm2，平均胸径为9.3 cm。林下少灌木，多草本植物。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置及调查

2013年9月对临安市受灾毛竹林进行样地调查。在受灾竹林中设置20个20 m × 20 m的固定样地，对样地内毛竹进行每木检尺，判断毛竹的受灾程度。记录毛竹样地的地理坐标、海拔高度、坡度和坡向，测量样地的土壤厚度，并采用烘干法测定各样地内表层土壤的含水率。2015年对20个固定样地内的毛竹进行复查，对新老竹和死亡的毛竹进行每木检尺。

1.2.2 立竹地上生物量计算

通常情况下，毛竹地上部分生物量采用周国模[22]研究得出的二元异速生物量生长模型来估算，其模型表达式如下：

(1)

式中：M为单株毛竹生物量，kg；D为胸径，cm；A为竹龄，度竹。

在本研究调查中，将高温干旱后的毛竹划分为4种受灾类型(表1)：几乎未受损(Ⅰ)、轻微受损(Ⅱ)、严重受损(Ⅲ)和死亡(Ⅳ)。对于Ⅰ类受灾毛竹其生物量可采用上述模型进行计算，对于Ⅳ类受灾毛竹其减少的生物量同样可以采用上述模型进行计算，但对Ⅱ类和Ⅲ类受灾毛竹的生物量进行计算时必须考虑其灾后对应类型毛竹生物量的留存比例。Ⅱ类受灾毛竹主要是竹叶的枯黄和脱落，Ⅲ类受灾毛竹主要是竹叶脱落、竹枝枯黄。因此，对Ⅱ类受灾毛竹进行生物量估算时应排除竹叶生物量，对Ⅲ类受灾毛竹进行生物量估算时应排除竹叶和竹枝的生物量。

表1 毛竹植株受灾程度划分

采用直接收获法对毛竹地上各构件(竹叶、竹枝、竹秆)的生物量进行估算。分别对20个样地中的毛竹进行每木检尺，计算每个样地内毛竹的平均胸径，选取不同年龄平均竹2株伐倒。把伐倒竹分成竹叶、竹枝、竹秆3个部分，对各个部分称取其鲜质量，并取1 kg鲜样。将鲜样在105 ℃的烘箱内进行烘干，称其质量，计算毛竹地上各部分的含水率，进而得出毛竹地上各部分的生物量。

1.2.3 受灾指数与恢复能力指数的定义

不同竹龄(度)毛竹的受灾指数根据如下公式计算：

(2)

式中：Pi为某一样地内i度竹毛竹受灾指数(取值范围0～1)，t1为Ⅰ类受灾毛竹受损比例，t2为Ⅱ类受灾毛竹受损比例，t3为Ⅲ类受灾毛竹受损比例，t4为Ⅳ类受灾毛竹受损比例，ni1为i度竹中受灾类型Ⅰ的毛竹株数，ni2为i度竹中受灾类型Ⅱ的毛竹株数，ni3为i度竹中受灾类型Ⅲ的毛竹株数，ni4为i度竹中受灾类型Ⅳ的毛竹株数。Ni为样地内i度竹毛竹总数。(i=1，2，3)

毛竹样地总体受灾指数计算公式如下：

(3)

式中：P为某一样地所有毛竹总受灾指数(取值范围0～1)，其余各参数含义同上。

毛竹林的恢复能力指数根据如下公式计算：

(4)

式中：R为毛竹受高温干旱后其恢复能力指数；n为2013年1度竹株数；n1为2015年1度竹株数。

1.2.4 数据处理分析

采用Excel 2016统计软件进行样地调查数据处理并制作图表，利用IBM SPSS Statistics 20进行相关性分析和方差分析。

2 结果与分析

2.1 毛竹植株受灾情况

2.1.1 不同胸径立竹的受灾状况

不同胸径立竹受灾状况差异较大(图1)。在受灾类型Ⅰ中，径阶12与径阶4和径阶8之间不仅存在显著差异，而且径阶12株数比例高达54%，说明一半以上的胸径较大(10.0～13.9 cm)的毛竹几乎未受损，而径阶4和径阶8的受损毛竹比例较高。在受灾类型Ⅱ中，径阶4分别与径阶8、径阶12之间均存在显著差异，且径阶4株数比例最低，为8%，而径阶8和径阶12的株数均高达19%。结合实地调查，其原因可能是由于胸径较小的毛竹(2.0～5.9 cm)竹高较低，高温灾害发生时，胸径较大、竹高较高的植株对其有一定遮蔽作用，这在一定程度上保护了竹叶以下毛竹植株部分，尤其是竹枝部分。然而随着灾害程度的加剧，胸径较小的毛竹受损比例却在不断增加。在受灾类型Ⅲ中，径阶4的毛竹受损比例达22%。在受灾类型Ⅳ中，径阶4的毛竹受损比例更是高达33%，且与径阶8和径阶12之间均存在显著差异，可见径阶4的毛竹抗灾能力总体较弱；此外，在该受灾类型中径阶12的植株比例最低，为3%，并且与径阶4和径阶8之间均存在显著差异，这也说明胸径较大(10.0～13.9 cm)的毛竹抗灾能力较强。

图1 不同径阶毛竹受损立竹比例 注：D为该受灾类型的立竹株数占样地毛竹总株数的比例；小写字母是同一径阶不同受灾程度之间比较；大写字母是同一受灾程度不同径阶之间比较；字母不同表示P<0.05水平上的差异显著性。

2.1.2 不同年龄立竹株数变化

由于研究区毛竹经营方式属集约经营，对已经成熟的老竹采伐是必不可少的，因此，在正常情况下毛竹样地内新生竹数量应逐年增加。但2013年和2015年对各样地内不同年龄立竹数量(4度竹因数量极少未参与分析)调查发现(图2)，2015年绝大多数样地内1度竹株数均低于2013年，且2015年新生竹株数平均减少36%；在19号样地中，新竹株数减少达59%；在所调查的20个样地中，仅有3号样地2015年新竹株数比2013年多2株。对2度竹和3度竹而言，2个年份之间差别很小。就样地内总株数而言，2013年明显高于2015年。由此可见，高温干旱发生后竹林内新生竹数量有很大程度地下降，并由此导致竹林立竹度降低。

图2 2013年与2015年样地内毛竹株数对比

2.2 受灾毛竹地上生物量分配

不同年龄立竹地上各构件生物量的统计分析结果见表2。可以看出，不同年龄毛竹地上各构件生物量之间差异不大，生物量所占比例由大到小的顺序为竹秆>竹枝>竹叶，竹秆生物量占到地上总生物量的80%以上。结合灾后对毛竹受灾类型的划分可知，轻微受损和严重受损的毛竹地上生物量损失不会太大。

表2 毛竹地上生物量分配

2.3 受灾指数及其与各影响因子之间的关系

2.3.1 各受灾指数之间的相关性

通过计算不同年龄立竹及样地总受灾指数，方差分析显示，2度竹与1度竹、3度竹和样地总受灾指数之间均存在显著差异，其他受灾指数之间差异均不显著。对各年龄受灾指数和样地总受灾指数之间进行相关分析表明(表3)，1、2、3度竹的受灾指数与样地总受灾指数之间均存在显著的正相关关系，皮尔森相关系数分别为0.896、0.678和0.580，说明1度竹受灾指数与样地总受灾指数联系更加紧密。

表3 各受灾指数之间的相关性分析

2.3.2 样地受灾指数与其他影响因子的相关性

选择土壤含水率、立竹密度、土壤厚度和样地坡度等与样地受灾状况有关的因子，分析这些因子之间的相关性。结果显示(表4)，土壤含水率与立竹密度、土壤厚度之间存在强的正相关性，与受灾指数之间几乎不存在相关性，与坡度之间存在弱负相关性。土壤厚度与受灾指数之间不存在相关性，与坡度之间存在弱的负相关性。受灾指数与坡度之间存在弱的正相关性。

表4 受灾指数及各影响因子间的相关性分析

毛竹受灾指数是依据不同受灾类型计算而得，相关性分析表明受灾指数与土壤含水率之间不存在相关性，这说明灾害发生当年毛竹植株形态的改变主要是由于短时间内的持续高温造成的，而土壤含水率对毛竹植株受灾影响并不明显。立竹度与土壤含水率和土壤厚度间均存强的正相关性，与坡度间不存在相关性，这说明立竹密度主要是受土壤厚度和土壤含水率的影响，坡度的缓急影响极弱。坡度与土壤含水率、土壤厚度和受灾指数之间均存在弱的相关性，这在一定程度上说明坡度越大，土壤厚度越小，土壤含水率也越低，而受灾指数将会增大。结合范叶青[23-24]等的研究，可分析得出毛竹林地坡度越大就越容易受灾。

2.4 自恢复能力分析

2.4.1 恢复能力指数与受灾指数之间的相关性

对样地林分的恢复能力指数和受灾指数进行线性回归显示(图3)，恢复能力指数和受灾指数之间

存在弱的负相关性，其线性回归模型为：y=-0.103 7x+ 0.373 4，R2=0.027 9。表明毛竹受灾状况对其自恢复能力的影响较弱。

图3 受灾指数与恢复能力指数的相关关系

2.4.2 恢复能力指数与其他影响因子的相关性

林分恢复能力指数与其他影响因子的相关分析(表5)表明，恢复能力指数与立竹密度间存在显著的正相关关系，与土壤含水率间几乎不存在相关性，与土壤厚度间不存在相关性，与坡度间存在弱的正相关性。

表5 恢复能力指数及各影响因子间的相关性分析

2.4.3 毛竹林分自恢复能力

上述分析表明，林分恢复能力指数与立竹密度间存在显著的正相关关系，而立竹密度又主要受新生竹数量的影响，因此新生竹数量是反映林分自恢复能力的一个重要指标。对2013年各年龄立竹株数与2015年新生竹株数之间进行相关性分析发现，2015年新生竹株数与2013年新生竹株数之间存在高度正相关性(R=0.796)(图4)，与2013年2度竹株数之间存在低度正相关性(R=0.230)，与2013年3度竹株数之间存在低度负相关性(R=-0.348)。由此可见，2015年新竹株数受2013年新竹株数影响很大。

图4 2015年新竹株数与2013年新竹株数间的相关性

3 结论与建议

1) 毛竹林遭受高温干旱灾害后，植株的受灾状况与其胸径大小密切相关，植株胸径越大抵御灾害的能力越强。

2) 毛竹林受灾后立竹度出现不同程度的减少，其主要原因为新生竹数量减少所致；而且林分的受灾状况与1度竹的受灾状况具有显著的正相关关系。

3) 受灾毛竹地上部分生物量的80%以上分布在竹秆中，因此轻微受损和严重受损的毛竹地上生物量的损失不会太大。

4) 毛竹林受灾程度与土壤含水率、土壤厚度、立竹度等林分因子没有明显的相关性，仅与坡度存在弱的正相关性，因此毛竹受灾主要是因为短期剧烈的高温所致。

5) 毛竹林受灾后的恢复能力在很大程度上取决于受灾当年新生竹的株数，与受灾当年的2度竹和3度竹株数没有明显的相关性。

6) 鉴于以上结论，在毛竹经营管理中应注意不宜在坡度过陡的山地种植毛竹；应加强毛竹林的水肥管理，培育大径竹材；同时毛竹林应保持较高的立竹密度和较多的新生竹数量，这样有利于抵御旱灾并加快林分的灾后恢复。另外，如何较好、较快地消除灾害对碳储量的后续影响需进一步探讨。

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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

国家自然科学基金项目“毛竹林碳通量对极端干旱的响应机制与模型模拟研究”(编号：31500520)；中国绿色碳汇基金会项目“典型森林生态系统增汇稳碳技术研发与推广”(编号：H20170049)。

裴晶晶，从事森林碳汇计量与监测研究。E-mail: 1250203485@qq.com。

施拥军，副教授，从事森林碳汇计量与监测研究。E-mail: syjwwh@163.com。

10.13640/j.cnki.wbr.2017.03.007