煤炭开采对油松人工林分群落健康的影响

赵娟

(山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)

煤炭开采对油松人工林分群落健康的影响

赵娟

(山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)

森林健康评估是当前国内外十分关注的热点问题，不同类型的森林生态系统健康评价的方法不同。通过设置不同开采强度，从森林健康角度对煤炭开采区和非开采区的油松林分的生长势、侧枝进行调查，结果表明：煤炭开采降低了森林健康指数，油松林景观变差，生长势减弱，顶端优势衰退，枝叶稀疏，病虫害增多。煤炭开采区林分健康指数处于1.96～3.11之间，表征为不良和濒死状态。煤炭开采强度较大时对油松侧枝生长产生显著抑制作用。

煤炭开采；油松；健康指数

关于森林生态系统健康的研究已成为当前林学领域的研究热点。维持森林生态系统健康是今后森林经营发展的方向[1]。但由于森林类型不同,经营管理的目的不同以及地域文化的差别,对森林生态系统健康概念的理解,森林生态系统健康评价的指标与方法也各不相同[2]。近年来,我国对森林生态系统健康的研究也越来越多,在借鉴吸收国外研究成果的同时,一些有关森林生态系统健康的新名词、新提法也相继涌现。森林生态系统健康状况综合评价的方法很多，每种方法的侧重点不尽相同，每种方法考虑问题的侧重点不同，所导致的评价结果也不同。早期德国和欧洲对树冠落叶和退色直接观测估计发展起来的森林健康和森林环境监测评价工作，其主要内容及相应的实施方法随监测范围(地方级、国家级、区域级) 及监测等级(水平Ⅰ、水平Ⅱ、水平Ⅲ) 不同而有区别, 从而构成一个完整的森林生态系统监测分析和评价的技术体系[3]。我国在早期的森林生态系统健康方面的研究基本处于简单分析阶段，最近几年才有一些实例的研究。由于研究地点 、研究方法、研究目的不同，国内研究者提出的森林生态系统健康评价指标体系之间也存在一定差异[4]。

1 研究地区概况

本研究试验观测地选在太原市西部西山矿区的杜儿坪矿、西铭矿、西曲矿以及关帝林场范围内，地理坐标112°19′—112°21′ E,37°48′—37°50′ N，海拔1 470～1 576 m。研究地区属温带大陆性季风气候区，冬季干冷，多晴天气；春季升温快，日差较大，干旱多风沙天气，年平均气温7～10 ℃，无霜期90～170 d，1 月最冷，平均气温-13.6 ℃，7月最热平均气温22.8 ℃，极端最低气温-25.5 ℃，极端最高气温39.4 ℃，年均降水量400～500 mm，约60%集中于7—9月。土壤以淡褐土为主。

2 研究方法

2.1 标准地的设置与调查

在全面踏查的基础上，根据研究需要，依据西曲矿、杜儿坪矿、西铭矿各煤矿的煤炭开采量统计资料，以单位面积开采量(t·km-2)为指标划分3个开采强度，分别是西曲矿(T1)21.1万t·km-2，杜尔平矿(T2)23.2万t·km-2，西铭矿(T3)28.7万t·km-2，形成开采强度由T1到T3逐渐增大的开采强度梯度，并选取无煤炭开采的关帝林场作为对照组。在试验点分别设置30 m×40 m的调查样地，利用GPS定位系统确定样地位置，并对样地进行林分因子调查，样地林分类型均为油松人工林，土壤类型为山地褐土，土壤质地为沙壤土。样地概况见表1。

表1 样地基本情况表

2.2 林木生长健康状况评价等级设定

根据早期对树冠落叶和退色观测评估发展起来的森林健康和森林环境监测评价工作的主要内容[5]。野外调查结合实际情况对林木生长健康状况划分了五个指数评价等级：

Ⅰ 健康 树冠圆锥形，颜色正常，侧枝生长>10 cm,无病虫害

5分

Ⅱ亚健康 树冠近伞形，颜色发暗，侧枝生长7～10 cm，少量病虫害

4分

Ⅲ 不良 树冠近卵形，颜色发黄，侧枝生长4～7 cm，较重病虫害

3分

Ⅳ 濒死 基本停止生长，颜色灰黄，侧枝生长1～4 cm，较重病虫害

2分

Ⅴ 死亡

1分

3 结果与分析

3.1 健康状况指数分析

开采区内，T1的健康平均数为3.11，表征为油松林外貌变暗，树冠呈卵形，生长势衰退，枝叶减少，病虫害较多；T3的健康平均数为1.96，表征为油松林外貌变黄，树冠呈伞形，生长基本停止，枝枯叶少，病虫害多；T2的健康平均数为2.62，介于T1和T3间，总体还处于林分健康指数的第三级。非开采区的对照样地的健康平均数为4.86，从3种开采强度的林分健康指数来看T1>T2>T3(见图1)，和煤炭开采强度的趋势一致，表明用林分健康指数来表征煤炭开采强度对油松林分的影响是适宜的。

图1 不同开采强度林分健康状况直方图

为了进一步了解不同开采强度间油松林分健康指数的差异性，对开采区和非开采区的数据做了方差分析和多重比较。分析结果见表2、表3。

表2 开采区与非开采区林木生长势方差分析表

表3 不同开采强度之间林木生长势多重比较结果

从以上方差分析和多重比较可以看出，不同开采强度间油松林分健康指数存在显著差异性，开采区与非开采区之间差异显著(P<0.05)，T1和T2、T1和T3、T2和T3间也均达到差异显著水平。说明随着开采强度的增加，对油松林分的健康生长影响越来越严重。当采煤量达到21.1万t·km-2时，油松林分已处于不健康状态，林木生长受到影响；当采煤量达到23.2万t·km-2时，油松林分健康状态持续恶化；当采煤量达到28.7万 t·a-1·km-2时，油松林分中已有树木枯死，林木生长基本停止，健康状态难以恢复，逆向演替不可避免，林地生产力退化，不再具有支撑油松种群的生产能力。

3.2 油松侧枝比较分析

枝梢是树木外在部分生理活动最敏感的部分，对环境变化响应力强。对不同开采强度下林木侧枝长生长量和径生长进行分析，结果见图2、图3。

图2 侧枝长生长

图3 侧枝径生长

由图2和图3可以看出，与对照相比，开采区侧枝的长生长和径生长量均低于非开采区。方差分析(见表4)表明，在α=0.05水平上，开采区与非开采区侧枝的长生长量差异显著(P<0.05)。在不同的开采梯度下，油松侧枝的长和径的生长都呈现随开采强度的增加而有所下降的趋势，说明随着煤炭开采强度的增加，林木的生长活力有所降低。

方差分析见表5，结果表明，三个开采梯度的侧枝的长生长差异显著(P<0.05)，但侧枝的径生长无显著差异(P>0.05)。由此可推论，煤炭开采对油松林侧枝长生长有较为明显的影响但对侧枝的径生长没有明显影响。

表4 煤炭开采区样地与对照样地内侧枝长生长方差分析表

表5 不同梯度间侧枝长生长方差分析表

对方差分析结果显著的自变量(P<0.05)进行多重比较分析(LSD法)，结果见表6。

表6 不同梯度间侧枝长生长多重比较结果

由多重比较结果可见，T1与T2的侧枝长生长无明显差异，但T1与T3的侧枝长生长有明显差异，且T2与T3的侧枝长生长也有明显差异，由此推论，当开采强度达到T3梯度时，煤炭开采开始对林木的侧枝生长有影响。

4 结论与讨论

通过对油松林木生长健康状况评价得出：非开采区油松林木健康状况显著好于开采区，说明煤炭开采直接影响了油松林木的健康状况，随着开采强度的增加，油松林的健康状况逐步下降。油松林主要表现为景观变得暗涩甚至发黄，生长势减弱，顶端优势衰退，枝叶稀疏，病虫害增多。林分健康指数处于1.96～3.11之间，表征为不良和濒死状态。

通过对油松林木侧枝长和径的测定可以得出：煤炭开采主要影响油松侧枝长的生长，对径生长没有明显抑制作用。在不同开采强度下，只有当煤炭开采强度较强时(28.7万t·km-2)，油松侧枝长生长才出现抑制现象。

由于本试验主要是从油松林分的表征进行判定，未从生理学和病理学等角度进行深入的试验，所以还有待今后的进一步研究论证。

森林生态系统的健康评价需要充分有效的数据信息基础，数据的来源直接影响评价结果的可靠程度[6]。现今我国尚未形成一个系统的森林生态系统健康评价体系，难以对现有森林健康状况进行相关分析和预测[7]。从现有国内学者的研究实例来看，评价所选用的指标,有些是定性的,有些是定量的[8]。同时,在确定指标的权重和基准值的时候大多采用了主观经验去确定,也有少数人采用了层次分析法,这样的权重确定主观性较强[9]。在今后的研究中,应该制定一种客观的、简洁的指标测度方法,用定量的测度结果,尽可能地降低主观因素的影响。

[1] 陈高,范竹华,代力民,等.森林生态系统健康及其评估监测[J].应用生态学报,2002,13(5):605-610

[2] 刑韶华，姬文元，郭宁，等.森林生态系统健康研究进展[J].生态学杂志，2009,28(10):2102-2106

[3] 王彦辉,唐守正.德国等欧洲国家森林受害及监测. 1998

[4] 李静锐,李振明,罗凯.森林生态系统健康评价指标体系的建立[J].水土保持研究,2007，14(3):173-179

[5] 陆元昌.森林健康状态监测技术体系综述[J].世界林业研究，2003，16(1)：20-25

[6] 李金良,郑小贤.北京地区水源涵养林健康评价指体系的探讨[J].林业资源管理,2004(1):31-34

[7] 刘君昂,刘红娟.森林健康评价方法与应用[J].中南林业科技大学学报,2009,12(6)：197-200

[8] 陈高,邓红兵,王庆礼,等.森林生态系统健康评估的一般性途径探讨应[J].用生态学报,2003,14 (6):995-999

[9] 高均凯.深入研究森林健康,积极探索中国森林健康之路[J].南京林业大学学报:自然科学版,2005,26(1):22-25

EffectsofCoalMiningonCommunityHealthofPinustabulaeformisPlantations

Zhao juan

(Shanxi Forestry Science Research Institute, Taiyuan 030012, China)

Forest health evaluation is a hot issue that is of great concern at home and abroad. Different methods of forest ecosystem health evaluation are different. In this paper, the growth potentials and lateral branches ofPinustabulaeformisforest in the mining area and the non-exploitation area were investigated by different mining intensities. Result shows that the coal mining index reduce the forest health index and forest landscape ofPinustabulaeformisbecome worse, growth potential weakened, the top advantage decline, sparse leaves, pests and diseases increase. The mining area health index of coal mining area is in the range of 1.96-3.11, which is characterized by bad and dying state. When the intensity of coal mining is large, the growth of lateral branches ofPinustabulaeformishas a significant inhibitory effect.

coal mining；Pinustabulaeformis；health index

1005-5215(2017)10-0004-04

2017-08-30

赵娟(1982-)，女，山西阳泉人，硕士，工程师，现从事森林培育研究.

S791.254

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.10.002