方 凱,王得祥,保積存

(西北農(nóng)林科技大學林學院,陜西楊凌 712100)

我國森林資源豐富,但如今在經(jīng)濟利益的驅(qū)使下,人類開始大量砍伐樹木,森林的原始生態(tài)平衡被打亂,復雜的生態(tài)系統(tǒng)逐漸簡單化、單一化,各種各樣的問題也隨之出現(xiàn),如病蟲害的大面積發(fā)生化、物種單一化、火災頻繁化、土壤貧瘠化、森林生態(tài)功能薄弱化等諸多問題。在這些問題的驅(qū)使下,森林健康評價逐漸提上日程。國內(nèi)學者提出的評價方法也不盡相同,但總體來講,被大家運用最廣的方法主要分兩種:指示物種法[1-3]和結(jié)構(gòu)指標綜合法[4-5],前一種方法以陸慶軒和王義平等為代表,后一種方法以陳高、肖風勁等為代表,本實驗以秦嶺中段華山松林為研究對象,對其健康狀況進行評價,分析影響華山松林生態(tài)系統(tǒng)健康因子,探討其維護機制,為秦嶺華山松林健康經(jīng)營,發(fā)揮森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

秦嶺中部火地塘林區(qū)屬秦嶺南坡山地溫帶氣候,地形復雜多樣,海拔1 420～2 474 m;坡度 20°～50°;林區(qū)年平均氣溫8～10℃;年平均降雨量900～1 200 mm;年蒸發(fā)量800～950mm;年總?cè)照諘r數(shù)1 100～1 300 h;無霜期平均 199 d;最長216 d,最短140 d,生長期6個月。林區(qū)主要以棕壤土為主,也有部分的黃壤土、山地草甸土和少量的沙土,土層的平均厚度在50 cm左右,腐殖質(zhì)平均層厚在8 cm左右。

林區(qū)內(nèi)植物種類豐富多樣,有木本植物83個種,206個屬,524個亞種。垂直地帶性有明顯分布,總體上可以劃分為三個林帶:松櫟林帶、松樺林帶、云、冷杉針闊葉混交林帶。

2 調(diào)查方法

2.1 樣地調(diào)查內(nèi)容與方法

表1 火地塘林場華山松樣地基本情況

在火地塘林區(qū)選擇代表性的地段設(shè)置標準地26塊,坡度大于5°時,應該根據(jù)樣地坡度算其水平距,5°以下可直接算斜距。閉合差不能大于周長的1/200。在20m×20 m的標準樣地內(nèi),測量全部喬木的樹種、樹高、胸徑、樹齡、枝葉寬幅、蟲害、起源、損傷等指標;均勻設(shè)置5個小樣方進行灌木調(diào)查,灌木面積2m×2m,在各灌木小樣方內(nèi)設(shè)置1 m×1 m的小樣方測量草本,兩個小樣方重疊。調(diào)查內(nèi)容有:灌草的蓋度、種類、高度、生長狀況和分布狀況等;均勻選取面積為5 m×5 m小樣方5個,進行喬木更新調(diào)查。調(diào)查的主要內(nèi)容有:幼苗的樹高、種類和株數(shù);在林分內(nèi)坡上、中、下各均勻布置面積為1 m×1 m的樣方3個,用小鏟子劃出邊界,鋼卷尺測量枯落物未分解層和半分解層的厚度,將未分解層和半分解層的枯落物分別收集,用1%天平稱重;在樣地外的上、中、下坡位,選擇代表性地點,挖典型剖面。在剖面內(nèi)0～20、20～40、40～60各土層中部用環(huán)刀取土,用于測量土壤的物理性質(zhì),再在各層土層中取少量土樣,裝入塑封袋帶回實驗室,測其化學性質(zhì)(表1)。

2.2 評價指標的確立及分級標準

針對火地塘林區(qū)的實際情況,從活力、結(jié)構(gòu)功能、土壤因素和抵抗力4個方面22個指標做為評價的依據(jù),按照健康等級標準[6],把火地塘林區(qū)的華山松林分為5個等級(不健康、亞健康、健康、良好健康和優(yōu)質(zhì)健康)。

2.3 評價模型的建立

在生態(tài)系統(tǒng)健康評價的過程中,通過森林健康指數(shù)(FEH I)[6-8]的大小來反映森林的健康情況,其評價模型為:

式中FEH I表示森林生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù);wi、w j、wk、w l 分別為生產(chǎn) 活力、組織 結(jié)構(gòu)能力、土壤指標、抗干擾力中各要素二級指標的權(quán)重。

式中 wi、oj、rk、sl分別為生產(chǎn)活力、組織結(jié)構(gòu)能力、土壤指標和抗干擾力中的二級要素指標。

w1、w2、w3、w4分別為生產(chǎn)活力、組織結(jié)構(gòu)能力、土壤指標和抗干擾力的權(quán)重。

且:w1+w2+w3+w4=1

2.4 數(shù)據(jù)的標準化

用標準化方法來解決參數(shù)間不可比性的問題[9],標準化方法公式為:

Cmn′=Cmn/max(Cn)

式中Cmn為各二級指標記錄的數(shù)據(jù);Cmn′為各二級指標標準化后的數(shù)據(jù);max(Cn)為某二級指標在個樣地中的最大值。

表2 秦嶺中段華山松林健康評價各層指標權(quán)重匯總

表3 各樣地健康指數(shù)

表4 林分健康等級劃分范圍

圖1 秦嶺中段華山松林健康情況

2.5 權(quán)重的測定

權(quán)重的測定通過層次分析法(Analytic H ierarchy Process,簡稱 AHP)[10]來實現(xiàn),AHP的主要特征是:通過建立矩陣分析,合理地將定性與定量的決策結(jié)合起來,是將人的主觀判斷用數(shù)量形式表達(權(quán)重結(jié)果見表2),需要經(jīng)歷以下4個步驟:

(1)建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu);

(2)構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣;

(3)計算各因子權(quán)重系數(shù);

(4)進行一致性檢驗。

3 評價結(jié)果與分析

秦嶺中段華山松林健康等級根據(jù)森林健康等級劃分標準[6],將表3中的26塊樣地健康情況進行匯總,根據(jù)表4林分健康等級劃分范圍得出圖1。

(1)活力方面:整體活力指標較低,秦嶺中段的華山松林大部分都處在20～35年之間,平均樹高為11.73m,平均胸徑為17.77 cm,屬于中林齡到成熟林過渡的階段,樣地喬木平均蓄積量小于40m3,林分更新在1 000～2 000株/hm2,后備資源不足。

(2)組織結(jié)構(gòu)方面:樣地的平均密度為1 233.6株/hm2,喬、灌、草的多樣性也比較豐富,各項指標都接近最優(yōu)值,可以為華山松人工林培育提供借鑒。

(3)土壤因素方面:華山松樣地的土壤pH值在5.8～7.2之間,比較適合華山松的生長特性,樣地N含量為0.16%,P含量為0.048%,K含量為1.17%,有機質(zhì)為3.33%,對華山松影響最大的是P元素,N、K元素影響不大。

(4)抵抗力方面:華山松林的健康狀況受人為因素和病蟲害的影響較大,人為活動與病蟲害之間也呈極顯著性正相關(guān),說明人為活動的頻繁干涉會導致病蟲害的加劇,從而影響森林的生態(tài)健康。

(5)結(jié)果表明,處于健康狀態(tài)的華山松樣地最多,為12塊,占總數(shù)的 46.15%,處于亞健康和良好健康狀態(tài)的樣地各為 7塊,各占總數(shù)的26.925%,沒有處于不健康和良好健康狀態(tài)的華山松樣地。樣地平均健康指數(shù)為0.623,秦嶺中段的華山松林在總體上都是健康的。

4 討論

秦嶺中段的華山松林在總體上都是健康的,但是也存在著許多問題,例如密度太大,生物多樣性不高,人為砍伐嚴重等,必須采取有效的措施來改善這種狀況。

(1)疏伐:疏伐的目的主要是增加林窗,降低郁閉度,疏伐不是對林分內(nèi)所有樹種的皆伐,而是要有原則、有計劃的進行,例如:在密度過大的林分,砍伐那些無多大經(jīng)濟價值,對人類有危害,病蟲害侵染的樹木,而且在砍伐這些林木之后能給地面留下一定面積的林窗[11],保證幼苗的更新能順利成長。

(2)人工育林:在大面積的純林內(nèi)要植入少量的亞優(yōu)勢樹種,在針葉林區(qū)栽培闊葉樹,在闊葉林中栽培針葉樹,可以增加林分的物種多樣性,增強抗病蟲害能力,從而加強林分整體的抵抗力。對于自然更新差的林區(qū),可以實現(xiàn)人工更新。

(3)封山育林:除專業(yè)人員外,其他人不得上山伐木、采藥、挖取腐殖質(zhì),最大程度上保持原有的生態(tài)平衡。

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