洪承昊,陳京元,趙 勇,宋德文,陳桂芳,張星耀

1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所,北京 100091 2 湖北省林業(yè)科學(xué)研究院,武漢 430075 3 宜昌市夷陵區(qū)森檢站,宜昌 443100 4 宜昌市夷陵區(qū)黃花鎮(zhèn)林業(yè)站,宜昌 443106 5 重慶市林業(yè)科學(xué)研究院,重慶 400036 6 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所,北京 100091

三峽庫(kù)區(qū)松材線蟲病擴(kuò)張速度對(duì)人為活動(dòng)的響應(yīng)

洪承昊1,2,陳京元2,趙 勇3,宋德文4,陳桂芳5,張星耀6,*

1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所,北京 100091 2 湖北省林業(yè)科學(xué)研究院,武漢 430075 3 宜昌市夷陵區(qū)森檢站,宜昌 443100 4 宜昌市夷陵區(qū)黃花鎮(zhèn)林業(yè)站,宜昌 443106 5 重慶市林業(yè)科學(xué)研究院,重慶 400036 6 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所,北京 100091

松材線蟲病是我國(guó)森林重要的檢疫性病害,除自然媒介天牛傳播,人為因素介導(dǎo)的傳播在松材線蟲病擴(kuò)散和蔓延中起著至關(guān)重要的作用。選擇在我國(guó)松材線蟲病的重點(diǎn)發(fā)生區(qū)域三峽庫(kù)區(qū),研究馬尾松林景觀格局和以人為活動(dòng)強(qiáng)度為主要因子的松材線蟲病擴(kuò)散規(guī)律,嘗試揭示松材線蟲病擴(kuò)散機(jī)制。結(jié)果顯示三峽庫(kù)區(qū)的疫點(diǎn)數(shù)在近年有上升趨勢(shì),各地區(qū)發(fā)病率得到一定控制；在疫區(qū)和非疫區(qū),馬尾松林斑塊聚合度最大的是非疫區(qū)的大渡口,為98.6406；斑塊分離度最大的是非疫區(qū)的秭歸,為0.9318；方差分析結(jié)果顯示馬尾松林景觀格局和松材線蟲病之間沒(méi)有相關(guān)性。進(jìn)一步研究了松材線蟲病和人為活動(dòng)強(qiáng)度的聯(lián)系,結(jié)果顯示松材線蟲病發(fā)病率和地區(qū)路網(wǎng)密度、人口總量具有較強(qiáng)的相關(guān)性,和地區(qū)GDP、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量相關(guān)性小。宜昌的松材線蟲病發(fā)病率和路網(wǎng)密度的相關(guān)系數(shù)為0.985, 和人口總數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.866；重慶的松材線蟲病發(fā)病率和路網(wǎng)密度相關(guān)系數(shù)為0.924,和人口總數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.999；其次基于路網(wǎng)密度和人口總數(shù),對(duì)三峽庫(kù)區(qū)松材線蟲病疫情在未來(lái)十年進(jìn)行了預(yù)測(cè),結(jié)果顯示隨著路網(wǎng)密度和人口總數(shù)的擴(kuò)增,宜昌松材線蟲病也將呈現(xiàn)逐步增大的趨勢(shì),R2值為0.919和0.637；重慶發(fā)生趨勢(shì)一致,R2值為0.976和0.992。

松材線蟲??；馬尾松林景觀；人為因子；路網(wǎng)密度；人口總數(shù)；發(fā)生趨勢(shì)

松材線蟲病的逐步擴(kuò)散和侵入已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí),被國(guó)家列為重大森林生物災(zāi)害[1- 2],松材線蟲病通過(guò)媒介昆蟲—松褐天牛(MonochamusalternatusHope)在進(jìn)行補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)過(guò)程中,將松材線蟲傳入寄主體內(nèi),從而引起寄主植株衰弱萎蔫直至枯死,整個(gè)過(guò)程僅需數(shù)月。截止2015年,松材線蟲病疫點(diǎn)已達(dá)16省份的187個(gè)區(qū)域,范圍和程度越發(fā)嚴(yán)重。針對(duì)松材線蟲病及其媒介昆蟲個(gè)體的研究較多,然而控制效果卻不理想,反而危害范圍逐年擴(kuò)大。人為干預(yù)的間接傳播被認(rèn)為是導(dǎo)致其遠(yuǎn)距離擴(kuò)散的重要機(jī)制,疫木制品在人類活動(dòng)通路(鐵路、河流等)上的運(yùn)輸,人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度等都顯著的影響松材線蟲病的擴(kuò)散[3- 5]。因此研究人為活動(dòng)等因素是控制松材線蟲病的重要手段。從景觀尺度研究有害生物,尋求新的解決辦法已經(jīng)受到研究學(xué)者的重視[6-8],從景觀水平對(duì)森林病蟲災(zāi)害的侵入和擴(kuò)散,以及和景觀格局之間的已有研究,對(duì)揭示森林病蟲災(zāi)害的成因和防控具有重要意義[9-10]。

斑塊、廊道和基質(zhì)是景觀的重要組成部分,廊道作為景觀中唯一起到連接和傳播作用的要素,生態(tài)作用顯著[11]。隨著城市化的快速發(fā)展,生態(tài)資源和環(huán)境問(wèn)題之間的矛盾日益突出,土地的利用格局轉(zhuǎn)換也異常頻繁,廊道作用逐漸受到越來(lái)越多學(xué)者的重視,廊道本身有著雙重作用,一來(lái)可以起著生態(tài)屏障作用,阻斷廊道兩側(cè)的生物流和能量流,另一方面,廊道也起著連接斑塊,形成通路,促進(jìn)斑塊間的能量流和生物流的作用[12-13]；也因此,造成松材線蟲病等重大森林病蟲災(zāi)害擴(kuò)散傳播逐漸加劇,廊道的生態(tài)功能與廊道的規(guī)模、數(shù)量、結(jié)構(gòu)和格局密切相關(guān)。廊道從屬性上可以分為自然廊道和人工廊道,如江河等屬于自然廊道,道路和樹籬等屬于人工廊道。松材線蟲病的傳播和擴(kuò)散受人為活動(dòng)影響較大,因此研究廊道對(duì)揭示松材線蟲病的傳播擴(kuò)散規(guī)律和防控具有重要意義。本研究以三峽庫(kù)區(qū)為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究廊道的空間格局和松材線蟲病之間的關(guān)系,為從景觀尺度研究和控制松材線蟲病提供理論支持[14-15]。

1 材料和方法

1.1 研究地概況

三峽庫(kù)區(qū)東起湖北宜昌,西至四川省江津,地理范圍106°—110°50′E,29°16′—31°25′N,涵蓋湖北巴東縣、夷陵、秭歸和重慶渝北、長(zhǎng)壽巫溪等19個(gè)縣市,面積總和約5.4萬(wàn)km2[16]。庫(kù)區(qū)地處我國(guó)地勢(shì)第二級(jí)階梯的東緣,地貌區(qū)劃為板內(nèi)隆升蝕余中低山地,總體地勢(shì)西高東低,庫(kù)區(qū)內(nèi)有我國(guó)主要干流長(zhǎng)江。庫(kù)區(qū)內(nèi)河谷平壩約占總面積的4.3%,丘陵占21.7%,山地占74%。庫(kù)區(qū)地處亞熱帶的北緣,年平均氣溫為17—19℃,年降水量1000—1250 mm。庫(kù)區(qū)現(xiàn)在廣泛分布的是針葉林、針闊混交林、落葉闊葉林、灌叢和草叢等退化生態(tài)系統(tǒng)類型[17]。三峽地區(qū)的針葉林主要為馬尾松(Pinusmassoniana)林等,針闊混交林常見的有馬尾松、栓皮櫟混交林。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源和方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

松材線蟲病危害數(shù)據(jù)來(lái)源于湖北省森林病蟲害防治檢疫總站和重慶市林業(yè)科學(xué)研究院,由于宜昌市2006年開始確定有疫點(diǎn),因此起止年份為2006年到2015年,由于松材線蟲病以侵入馬尾松林形成危害,因此統(tǒng)計(jì)和分析都以馬尾松林被害情況反應(yīng)松材線蟲病情況,包括被害面積和被害株數(shù)。矢量數(shù)據(jù)來(lái)源于湖北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院和中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(含全國(guó)馬尾松林分布數(shù)據(jù))。國(guó)民經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和公路通路里程數(shù)據(jù)來(lái)源于宜昌市和重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒,統(tǒng)計(jì)年份起止為2006年到2015年。

1.2.2 分析方法

根據(jù)三峽庫(kù)區(qū)歷年松材線蟲病疫點(diǎn)發(fā)生情況,主要將庫(kù)區(qū)分為東西兩段即宜昌段和重慶段,巴東縣松材線蟲病發(fā)生量小,本研究暫時(shí)未計(jì)入考慮。以兩區(qū)域縣市區(qū)為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì),基于矢量數(shù)據(jù),在ArcGIS[18]平臺(tái)下,以大尺度繪制2006、2010和2015年的疫點(diǎn)分布圖；以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位,統(tǒng)計(jì)2006到2015年的疫點(diǎn)個(gè)數(shù),以在更小的尺度描述松材線蟲病危害的情況。以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位統(tǒng)計(jì)疫點(diǎn)發(fā)病率,即實(shí)際發(fā)生面積和單位內(nèi)松林面積之比代表松材線蟲病發(fā)生程度。

將研究區(qū)域劃分為疫點(diǎn)區(qū)域和非疫點(diǎn)區(qū)域,根據(jù)截止到2015年國(guó)家林業(yè)局發(fā)布的疫點(diǎn)公告,研究區(qū)疫點(diǎn)區(qū)域有9個(gè),分別是猇亭、點(diǎn)軍、宜都、夷陵、云陽(yáng)、長(zhǎng)壽、巴南區(qū)、萬(wàn)州和涪陵；非疫點(diǎn)區(qū)域有18個(gè),分別是伍家崗、宜昌市轄區(qū)、西陵區(qū)、興山、當(dāng)陽(yáng)、秭歸、大渡口、江北、巫山、九龍坡、巫溪、南岸、江津、渝北、奉節(jié)、開縣、豐都和石柱。在ArcGIS平臺(tái)支持下,將各研究區(qū)馬尾松林轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù),結(jié)果導(dǎo)入Fragstates平臺(tái),分析類型尺度下景觀格局差異,選取馬尾松林面積(CA)、分離度指標(biāo)選取斑塊個(gè)數(shù)(NP)、斑塊密度(PD)和分離度(Division),聚合度指標(biāo)選取斑塊形狀指數(shù)(Landscape Shape Index LSI)和斑塊聚合度指數(shù)(Aggregation Index AI),采用單側(cè)方差分析疫點(diǎn)區(qū)域和非疫點(diǎn)區(qū)域。

選擇代表區(qū)域國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展程度的指標(biāo)描述當(dāng)?shù)厝祟惢顒?dòng)強(qiáng)度,以通車公路里程、GDP總量、人口密度和貨運(yùn)總量4個(gè)指標(biāo),選取2006年到2015年10a統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。直觀反應(yīng)出三峽庫(kù)區(qū)近10年人類活動(dòng)強(qiáng)度的變化。通過(guò)因子分析、主成分分析確定人為活動(dòng)強(qiáng)度因子中對(duì)松材線蟲病影響最大的因素。確定影響松材線蟲病的主要人為因素,并通過(guò)預(yù)測(cè)模型對(duì)未來(lái)10年松材線蟲病發(fā)生趨勢(shì)做出評(píng)估[19]。

2 結(jié)果和分析

2.1 庫(kù)區(qū)松材線蟲病擴(kuò)張趨勢(shì)

3個(gè)時(shí)期松材線蟲病的疫點(diǎn)空間分布格局見圖1,從圖中可以看出2006年到2010年期間,在宜昌市將秭歸縣的疫點(diǎn)拔除,重慶市沒(méi)有明顯的縣市受到侵入成為疫點(diǎn)；然而2010年到2015年期間,重慶市卻增加了一個(gè)地區(qū),巴南區(qū),且發(fā)生較為嚴(yán)重,宜昌市又將點(diǎn)軍區(qū)和猇亭區(qū)兩個(gè)疫點(diǎn)疫情控制較好,沒(méi)有出現(xiàn)危害。從圖中看出,疫點(diǎn)的分布主要沿著長(zhǎng)江流域,對(duì)長(zhǎng)江流域兩岸的生態(tài)安全造成極大的威脅,由于該流域處于我國(guó)中西部地區(qū),地市起伏大,多為丘陵山區(qū),一旦山林遭遇破壞,極易造成大面積的山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 2006到2015年3個(gè)時(shí)期庫(kù)區(qū)松材線蟲病分布情況Fig.1 The distribution of pinewood nematode from 2006 to 2015

在以地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后,宜昌市松材線蟲病鄉(xiāng)鎮(zhèn)疫點(diǎn)數(shù)從2006年到2015年呈現(xiàn)穩(wěn)步減少的趨勢(shì),2009年個(gè)數(shù)最多有9個(gè),2015年個(gè)數(shù)最少僅有6個(gè)；重慶市則在該時(shí)期變化波動(dòng)大,呈現(xiàn)疫點(diǎn)增多的趨勢(shì),從2005年最少的24個(gè)疫點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)到2015年疫點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)55個(gè)。從危害率看,宜昌市松材線蟲病危害率呈現(xiàn)減小的趨勢(shì),2010年危害率最高為0.4114%,除去剛發(fā)現(xiàn)松材線蟲病確定為疫點(diǎn)年份的2006年外,2015年最小危害率僅為0.2435%；重慶市松材線蟲病危害率呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì),且增大趨勢(shì)明顯,最低年份是2010年為0.2911%,最高的是2015年為0.5450%(圖2)。

2.2 疫點(diǎn)和非疫點(diǎn)區(qū)域景觀格局

在相同行政尺度下比較疫區(qū)和非疫區(qū)的馬尾松林景觀格局(圖3),選取研究區(qū)域馬尾松林面積、斑塊數(shù)、斑塊密度、斑塊分離度、斑塊形狀指數(shù)和斑塊聚合度指數(shù)在類型水平下比較差異。

圖2 研究區(qū)2006—2015年疫點(diǎn)和危害情況 Fig.2 The epidemic town and harm of study area from 2006 to 2015

圖3 疫區(qū)和非疫區(qū)馬尾松林景觀格局情況 Fig.3 The Pinus massoniana landscape pattern in epidemic and non-epidemic towns

結(jié)果見表1,可知,松林面積最大的地區(qū)是當(dāng)陽(yáng),達(dá)到68261hm2,最小的是伍家崗地區(qū)為615hm2；馬尾松林斑塊個(gè)數(shù)最多的是石柱,有35個(gè),最小的是西陵只有1個(gè)。斑塊密度最大的是宜昌市市轄區(qū)為0.8547,是非疫區(qū),最小的是長(zhǎng)壽,僅為0.0268,是疫點(diǎn)區(qū)域；斑塊分離度最大的是秭歸,為0.9318,是非疫區(qū),最小的是大渡口和西陵,因?yàn)閮H有一個(gè)馬尾松林斑塊,為0,是非疫區(qū)；斑塊形狀指數(shù)最大的是石柱,為8.8032,最小的是大渡口,為1.5065,都是非疫區(qū)；斑塊聚合度最大的是大渡口,為98.6406,最小的是伍家崗。為92.3729,都是非疫區(qū)；通過(guò)單側(cè)方差分析,顯著性水平在0.05,馬尾松林面積結(jié)果顯示,F值為2.38901,P值為0.13476,疫區(qū)和非疫區(qū)差異不顯著；分析斑塊個(gè)數(shù)結(jié)果表明,F值為1.23841,P值為0.27636,疫區(qū)和非疫區(qū)差異不顯著；分析斑塊密度結(jié)果表明,F值為0.94982,P值為0.3391,疫區(qū)和非疫區(qū)差異不顯著；分析斑塊形狀指數(shù)結(jié)果表明,F值為2.98908,P值為0.09616,疫區(qū)和非疫區(qū)差異不顯著；分析斑塊分離度指數(shù)結(jié)果表明,F值為2.16487,P值為0.15367,疫區(qū)和非疫區(qū)差異不顯著；分析斑塊聚合度指數(shù)結(jié)果表明,F值為0.00865,P值為0.92666,疫區(qū)和非疫區(qū)差異不顯著；

2.3 人為活動(dòng)強(qiáng)度變化及主成分分析

選擇研究區(qū)宜昌市和重慶市全市的GDP、人口總數(shù)、貨運(yùn)總量和通車公路里程為研究因子。通過(guò)2006至2015年10年間的變化,見圖4,得知宜昌市和重慶市GDP總量都呈增加的趨勢(shì),宜昌市從2006年694.91億元增加到2015年3384.8億元,重慶市GDP增速更明顯,從3907.23億元增加15719.72億元；路網(wǎng)密度兩市在10年間密度越來(lái)越大,宜昌市從每平方公里1.1845 km增加到1.3632 km,重慶市路網(wǎng)密度高于宜昌市,從每平方公里1.2172 km增加到1.5515 km；人口總數(shù)上,10年間變化不大,重慶市有所增加；貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量方面,兩市都明顯的顯現(xiàn)增加的趨勢(shì),宜昌市從2006年51.04億t/km增長(zhǎng)到2015年522.22億t/km,重慶市的增幅更大,從821.38億t/km增長(zhǎng)到2783.04億t/km,僅僅在2013年有所降低。

表1 疫點(diǎn)和非疫點(diǎn)區(qū)域馬尾松林景觀格局比較

CA：斑塊面積 Class area；NP：斑塊個(gè)數(shù)Number of patches；PD：斑塊密度 Patch density；Division：分割指數(shù) Landscape division index；LSI：斑塊形狀指數(shù) Landscape Shape Index；AI：斑塊聚合度指數(shù)Aggregation Index

圖4 2006—2015年人為活動(dòng)因子變化Fig.4 The intensity of human activity change from 2006 to 2015

通過(guò)因子分析法,宜昌的取樣足夠度的KMO值大于0.7,拒絕原假設(shè)相關(guān)系數(shù)為0,適合做因子分析,得到相關(guān)矩陣圖(表2),發(fā)病率和路網(wǎng)密度的相關(guān)系數(shù)為0.985,和人口總數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.866；公因子方差顯示松材線蟲病發(fā)病率、路網(wǎng)密度和人口數(shù)初始值和提取值均為1,表明兩個(gè)因子可以代表發(fā)病率,因子分析結(jié)果有效。解釋的總方差(主成分分析法)結(jié)果顯示,表3,發(fā)病率和路網(wǎng)密度兩項(xiàng)因子特征值大于1,且累計(jì)貢獻(xiàn)達(dá)到96.748%,而GDP、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量和人口總數(shù)初始特征值分別為0.131、0.023和0.011。

表2 多因子相關(guān)矩陣

表3 多因子分析主成分分析(解釋的總方差-宜昌)

提取方法：主成份分析

重慶市結(jié)果顯示,表4,取樣足夠度的KMO值0.756,拒絕原假設(shè)相關(guān)系數(shù)為0,適合做因子分析,相關(guān)矩陣結(jié)果顯示發(fā)病率和路網(wǎng)密度相關(guān)系數(shù)為0.924,和人口總數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.999；公因子方差的提取值均為1,表明可以代表發(fā)病率,可以用路網(wǎng)密度和人口總數(shù)趨勢(shì)代表松材線蟲病發(fā)病率的高低,相關(guān)性高,解釋的總方差(主成分分析法)顯示發(fā)病率大于1,路網(wǎng)密度接近1,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到98%以上。GDP、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量和人口總數(shù)初始特征值分別為0.059、0.016和0.001。

表4 多因子分析主成分分析(解釋的總方差-重慶)

提取方法：主成份分析

通過(guò)主成分分析顯示,除去松材線蟲病發(fā)病率作為主因子外,宜昌的路網(wǎng)密度初始特征值大于1,重慶的路網(wǎng)密度初始特征值接近于1,且累計(jì)占比為96.748%和98.474%,因此進(jìn)一步說(shuō)明路網(wǎng)密度可以主要反映松材線蟲病發(fā)病率的情況。

2.4 松材線蟲病的疫情預(yù)測(cè)

通過(guò)以上結(jié)論,路網(wǎng)密度可以代表地區(qū)松材線蟲病的疫情發(fā)生情況,人口總數(shù)雖然主成分分析顯示不能完全代表發(fā)病率的情況,但是相關(guān)矩陣結(jié)果表示關(guān)聯(lián)性高,因此根據(jù)路網(wǎng)密度和人口總數(shù)變化趨勢(shì),通過(guò)建模模擬未來(lái)10a松材線蟲病的發(fā)生趨勢(shì)圖。通過(guò)“專家建模器”、“ARIMA”和“指數(shù)平滑法”不同建模類型的比較,得到指數(shù)平滑法的Holt線性趨勢(shì)描述較為合理,結(jié)果見圖5和圖6。宜昌市松材線蟲病疫情發(fā)生的趨勢(shì)較大,特別是隨著路網(wǎng)密度和人口總數(shù)的上升,模擬值顯示出直線上升的趨勢(shì),R2值為0.919和0.637,置信度95%,說(shuō)明指數(shù)平滑法的Holt線性擬合具有較好的擬合效果,能夠反映出松材線蟲病的發(fā)生趨勢(shì)。通過(guò)重慶市的路網(wǎng)密度和人口總數(shù)代表松材線蟲病疫情的發(fā)生去情況,總體趨勢(shì)依然呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),且程度上更大,基于重慶市路網(wǎng)密度的預(yù)測(cè)模型中,R2值為0.976；基于重慶市人口總數(shù)的預(yù)測(cè)模型中,R2值為0.992,置信度95%；

圖5 基于路網(wǎng)密度和人口的預(yù)測(cè)模型(宜昌)Fig.5 The forecast model base on density of road network and total population (Yichang)

圖6 基于路網(wǎng)密度和人口的預(yù)測(cè)模型(重慶)Fig.6 The forecast model base on density of road network and total population (Chongqing)

3 討論

3.1 馬尾松林景觀格局和松材線蟲病疫情

松材線蟲是我國(guó)林業(yè)極其重要的入侵性有害生物,對(duì)我國(guó)松林資源造成了不可逆的毀壞。利用景觀生態(tài)學(xué)的有關(guān)理論對(duì)防控治理松材線蟲病有著重要的實(shí)際意義[20-21]。馬尾松是松材線蟲病的寄主,直接導(dǎo)致馬尾松萎蔫死亡,然而通過(guò)本研究,從景觀尺度研究表明,馬尾松林的空間格局并不能直接導(dǎo)致松材線蟲病的疫情發(fā)生,即馬尾松林景觀格局和松材線蟲病的發(fā)生沒(méi)有相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)而推斷松材線蟲病疫情的發(fā)生和人為活動(dòng)因素或地區(qū)景觀格局等因素有關(guān)。然而松林是松材線蟲的天然寄主,松材線蟲病的發(fā)生必然依靠寄主的分布、樹勢(shì)和其他屬性,因此從景觀層次研究組分結(jié)構(gòu)和松材線蟲病之間的關(guān)系值得做更多工作。

3.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和松材線蟲病疫情

松材線蟲病疫情雖受到人為活動(dòng)影響,已有學(xué)者對(duì)其和景觀格局進(jìn)行了研究分析,然而經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度(人為活動(dòng)強(qiáng)度)的界定卻鮮有報(bào)道[15,22-23]。本文通過(guò)歷史資料找出松材線蟲病和人為活動(dòng)強(qiáng)度因子的聯(lián)系,包括路網(wǎng)密度、人口總數(shù)、GDP和貨運(yùn)總量,結(jié)果顯示路網(wǎng)密度和人口總數(shù)與松材線蟲病的疫情有著顯著的正相關(guān)性。近年來(lái)人民社會(huì)的需求增加造成了路網(wǎng)建設(shè)的加多,規(guī)劃越來(lái)越密,城市之間,地區(qū)之間和村與村之間的交往聯(lián)系也越來(lái)越頻繁,造成松材線蟲病的被動(dòng)傳播幾率加大。然而隨著三峽庫(kù)區(qū)兩市和巴東縣的路網(wǎng)規(guī)劃升級(jí),宜湘高速公路、一、二級(jí)公路等一批重大路網(wǎng)工程項(xiàng)目的實(shí)施,對(duì)環(huán)境和生態(tài)安全必將造成更大的風(fēng)險(xiǎn)。其次路網(wǎng)密度的增加反應(yīng)了生境斑塊隔離強(qiáng)度的增加,滲透理論[24]的生境隔離效應(yīng)(effect of habitat loss)指出,生境斑塊間隔程度對(duì)生物個(gè)體遷移和種群動(dòng)態(tài)的影響表現(xiàn)臨界閾現(xiàn)象,達(dá)到某一程度,生態(tài)學(xué)影響突然加劇,即表明松林隨著路網(wǎng)密度的增加而隔離,松材線蟲病卻并不是下降的趨勢(shì),它還受到媒介昆蟲-松褐天牛的遷移能力的影響,生境隔離程度隨著物種遷移能力的變化一樣具有臨界閾現(xiàn)象[25]。

3.3 人口壓力和松材線蟲病疫情

人口總數(shù)上,宜昌市和重慶市都表現(xiàn)出穩(wěn)定略有增加的趨勢(shì)。人口總數(shù)的增加,表明區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)生活強(qiáng)度在加強(qiáng),因此而帶來(lái)的對(duì)資源和環(huán)境的巨大壓力,人口總數(shù)的增加必然導(dǎo)致人類景觀趨向多樣性和復(fù)雜性,人類景觀也是研究景觀生態(tài)學(xué)和人類相互作用的基本單元,人口總數(shù)最大的體現(xiàn)出人類對(duì)自然資源和環(huán)境資源的依賴程度,基數(shù)越大對(duì)資源和環(huán)境的需求越大,不可避免的造成人類景觀越多,對(duì)人類景觀的研究有助于研究自然和社會(huì)耦合系統(tǒng)[26],更清楚的表明自然資源的變化和人類社會(huì)之間的關(guān)系,特別是自然資源的空間異質(zhì)性對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。

4 結(jié)論

本文以三峽庫(kù)區(qū)為研究對(duì)象,選取路網(wǎng)密度、GDP總量、人口密度和貨運(yùn)總量4個(gè)變量指標(biāo),分析2006年到2015年10a變化數(shù)據(jù),研究與松材線蟲病擴(kuò)散速度的關(guān)系,研究表明路網(wǎng)密度和人口總數(shù)與松材線蟲病的疫情有著顯著的正相關(guān)性,重慶的相關(guān)系數(shù)值結(jié)果為0.924和0.999,宜昌的結(jié)果為0.985和0.866。其次采取Holt線性趨勢(shì)法,基于路網(wǎng)密度和人口總數(shù)描述未來(lái)十年庫(kù)區(qū)松材線蟲病疫情,結(jié)果表明庫(kù)區(qū)兩市松材線蟲病仍將處于逐步增大的趨勢(shì),宜昌分析結(jié)果表明隨著路網(wǎng)密度和人口總數(shù)的上升,模擬值顯示出直線上升的趨勢(shì),R2值為0.919和0.637,重慶分析結(jié)果表明發(fā)生程度上較宜昌更為嚴(yán)重,上升趨勢(shì)更為顯著,基于路網(wǎng)密度和人口總量的預(yù)測(cè)模型中,R2值為0.976和0.992,置信度均為95%；

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Acorrelationofpinewoodnematodedispersalratewithhumanactivities—acasestudyintheThreeGorgesReservoirArea

HONG Chenghao1,2, CHEN Jingyuan2, ZHAO Yong3, SONG Dewen4, CHEN Guifang5, ZHANG Xingyao6,*

1Instituteofforestecologicalenvironmentandprotection,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China2HubeiAcademyofForestry,Wuhan430075,China3StationofPestandDiseaseControlandQuarantineofYilingDistrict,Yichang443100,China4StationofforestryofHuangHua,Yichang443106,China5ChongqingAcademyofForestry,Chongqing400036,China6Researchinstituteofforestnewtechnology,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China

The pine wood nematode is a major quarantine pest in China, in addition to the vector insectMonochamusalternatusHope, and humans play an important role in the proliferation and dispersal of these pests. This study was carried out in a concentrated pinewood nematode area of the Three Gorges reservoir. The landscape of region dominated byPinusmassonianawas analyzed based on the intensity of the effect of humans for diffusion processes, which are the key factors to the dispersal of the pinewood nematode, in an attempt to reveal dispersal mechanisms. The results showed the number of epidemic towns increased, but the incidence rate of the pinewood nematode was controlled. ForP.massonianain epidemic or non-epidemic towns, the largest aggregation index was 98.6406 in Dadukou, which is a non-epidemic town; the largest division index was 0.9318 in Zigui, which is a non-epidemic town; and the results of the variance analysis showed that there was no correlation between theP.massonianadistribution pattern and the pinewood nematode. We further studied the correlation between humans and the pinewood nematode, and the results showed the incidence rate was correlated with the density of road networks and the total population, and had little correlation with the GDP or rotation volume of goods transport. In Yichang, a factorial analysis showed that the correlation coefficient of the incidence rate and density of the road network was 0.985, and the correlation coefficient of the rate and total population was 0.866. In Chongqing, a factorial analysis showed that the correlation coefficient of the rate and density of the road network was 0.924, the correlation coefficient of the rate and total population was 0.999. Then, in view of the density of the road network and total population, it was predicted that the incident rate of the pinewood nematode in Yichang will increase during the next decade as the density of the road network and total population increases, withR2values of 0.919 and 0.637, respectively. Results from Chongqing were consistent withR2values of 0.976 and 0.992, respectively.

pine wood nematode;Pinusmassonianalandscape pattern; human beings; density road network; total population; occurrence trend

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助(201204501)；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(人工林重大災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)理和調(diào)控機(jī)制)

2016- 07- 25; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 06- 01

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xyzhang@caf.ac.cn

10.5846/stxb201607251510

洪承昊,陳京元,趙勇,宋德文,陳桂芳,張星耀.三峽庫(kù)區(qū)松材線蟲病擴(kuò)張速度對(duì)人為活動(dòng)的響應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(20):6800- 6808.

Hong C H, Chen J Y, Zhao Y, Song D W, Chen G F, Zhang X Y.A correlation of pine wood nematode dispersal rate with human activities—a case study in the Three Gorges Reservoir Area.Acta Ecologica Sinica,2017,37(20):6800- 6808.