影響塞罕壩機械林場林業(yè)有害生物發(fā)生的氣候因子及測報

畢華明，韓陽，李碩

(1.河北省塞罕壩機械林場森林病蟲害防治檢疫站，河北圍場 068466;2.國家林業(yè)局森林病蟲害防治總站，遼寧沈陽 110034)

河北省塞罕壩地處華北北部，拱衛(wèi)京津，總面積4萬 km2。年均氣溫 －1.2℃，年均降水量453.2 mm，極端最高、最低氣溫分別為 31.9℃(2010年)和－43.2℃(1985年)，7—9月平均氣溫只有13℃，年均無霜期約60 d，屬寒溫帶大陸性季風氣候，其氣候特點與東北大興安嶺相近。夏季涼爽，最高氣溫一般不超過25℃;冬季寒冷，積雪長達7個月。塞罕壩機械林場是由原國家林業(yè)部1962年建場，目前已營造以落葉松純林為主的人工林5.9萬hm2。建場初期，林木幼小，林業(yè)有害生物發(fā)生輕微;隨著氣候變化和森林經(jīng)營周期的影響，林業(yè)有害生物的發(fā)生種類從少到多，發(fā)生面積從小到大，造成的災害從輕到重。塞罕壩林場的這種特殊性為我們研究氣候變化和森林經(jīng)營對林業(yè)有害生物的影響提供了一個典型例子。

1 材料與方法

1991年之后全場森林蟲害發(fā)生情況有連續(xù)和較完整的記載(表1)，以及1960—2010年近50年塞罕壩林場本場部的氣象資料。

采用數(shù)理統(tǒng)計模型對1975年開始建立的全場林業(yè)有害生物發(fā)生的種類和面積、1960—2010年近50年塞罕壩林場本場部的氣象資料(包括逐月份平均氣溫、降水、和極端、極高氣溫)進行相關性分析、回歸分析等。數(shù)據(jù)處理均采用國家林業(yè)局森林病蟲害防治總站編著的《森林病蟲害監(jiān)測預報方法及應用程序》的方法及軟件完成。

2 結果與分析

2.1 氣候變化與林業(yè)有害生物發(fā)生的關系 氣候變化大，病蟲災害增多。隨著全球氣候變化和我國北方氣溫明顯升高的影響，近10多a來，塞罕壩地區(qū)的氣候也相應發(fā)生了很大變化:氣溫在波動中上升，降水量有所增加，災害性天氣時有發(fā)生，例如1977年10月23日一場特大的雨雪冰凍災害，曾使該林場的新造人工林受到毀滅性破壞。1991—1999年年均氣溫－1.2℃，比30 a前提高0.2℃;平均降水量530.9 mm，比30 a前增加了113.3 mm;平均降水日數(shù)160 d，比30 a前增加了50 d;年大風日數(shù)67 d，比30 a前減少了8 d;年均無霜期67 d，比30 a前增加了25 d。氣候變化對林業(yè)有害生物發(fā)生的影響也極為明顯。林業(yè)有害生物災害發(fā)生從無到有，從輕到重，發(fā)生種類從少到多，發(fā)生頻次增多。目前林場的蟲害種類已由以前的5～6種增到10種以上，落葉松毛蟲，落葉松尺蛾，落葉松腮扁葉蜂發(fā)生危害相對嚴重(表1)。

2.2 影響林業(yè)有害生物發(fā)生的氣候因子及測報

2.2.1 逐段回歸預測 選取當年均溫(X1)、前年均溫(X2)、當年降水(X3)、前年降水(X4)、一月均溫(X5)與發(fā)生面積(Y)之間進行相關性測定，相關數(shù)據(jù)列表2。

分析結果，可得氣象因子X1～5與蟲害發(fā)生面積的相關系數(shù)R表(見表3)。查相關系數(shù)顯著性檢驗表，得R0.05=0.443 8。表中R3絕對值0.451 2＞R0.05=0.443 8，R4絕對值0.364 5接近R0.05=0.443 8。這說明在塞罕壩林場前1年降水量(X4)和當年降水量(X3)與林場森林蟲害的發(fā)生呈現(xiàn)負相關，且X3(帶*者)相關顯著，即降水少蟲害發(fā)生嚴重，尤其與當年降水量的相關性達到顯著水平。而當年氣溫(X1)、前年氣溫(X2)、以及當年最冷月(1月)氣溫(X5)與塞罕壩林場森林蟲害的發(fā)生呈正相關，但相關不顯著。

表1 1991－2009年全場總蟲害發(fā)生面積及主要蟲害 hm2

表2 1991—2010年塞罕壩林場蟲害發(fā)生面積Y與氣象因子X1～5的關系表

表3 氣象因子X(1～5)與蟲害發(fā)生面積的相關系數(shù)R表

以表2、表3所列數(shù)據(jù)為基礎，進行數(shù)理統(tǒng)計分析，得逐段回歸預報方程及擬合圖。

Y=7.940 2－0.004 7X3+0.154 1X5－0.002 9X4

圖1 發(fā)生面積逐步回歸擬合圖

將2009年預報因子X3，X4，X5的值代入公式，則得回測值Y=7.940 2－0.004 7×385.9+0.154 1×(－21.4)－0.002 9×529.2

=1.29(萬hm2)

實際發(fā)生1.15萬hm2。

若按各年代平均值來分析，由于消除了個別極端數(shù)值的影響，則可看出塞罕壩林場50 a來林業(yè)有害生物發(fā)生的總趨勢是隨氣候變暖而上升的(表4)。

經(jīng)顯著性檢驗，平均氣溫與平均發(fā)生面積的相關系數(shù)R溫=0.7304，平均降水與平均發(fā)生面積的相關系數(shù)R水=0.3046。

查相關系數(shù)顯著性檢驗表，R0.05=0.8783，R溫與R水均小于0.8783。這說明，若按各年代平均值來分析，塞罕壩林場森林蟲害的發(fā)生與氣候變暖成正相關。此外，林場蟲害的發(fā)生與降水量也成正相關，雖然尚未達到顯著水平。這點與前述按年份分析時呈負相關的結果不同，這說明，在塞罕壩林場隨氣候變暖，氣溫與降水的綜合作用發(fā)生變化，病蟲害發(fā)生趨于嚴重和種類增加。

表4 塞罕壩林場各個年代平均氣溫、降水和蟲害發(fā)生面積表

2.2.2 邏輯斯諦回歸預測 根據(jù)近20 a塞罕壩林場的森林病蟲害發(fā)生的具體數(shù)據(jù)，我們可以得到總的發(fā)生趨勢的邏輯斯諦方程(相關系數(shù) R=－0.451 34):

N=1.5/(1+exp(1.518 81－0.190 97×t))

圖2 20 a來發(fā)生趨勢邏輯斯諦方程擬合圖

若要預測2011年發(fā)生面積，則將 t=21(即20年+1)代入上述邏輯斯諦方程，

N=1.5/(1+exp(1.518 81－0.190 97×21))=1.49(萬hm2)

而2011年全場林業(yè)有害生物發(fā)生面積為1.39萬hm2(20.78萬畝)

3 小結

綜上所述，塞罕壩林場林業(yè)有害生物發(fā)生趨勢加重原因是多方面的，主要原因還是塞罕壩大面積集中連片的人工純林，導致生態(tài)系統(tǒng)脆弱，易感染病蟲害;氣候變化與有害生物發(fā)生仍有直接關聯(lián)，全球性的氣候轉暖使森林生態(tài)環(huán)境變化為害蟲的發(fā)育繁衍提供了適宜生境;近年來更新皆伐專項任務的實施，為枝干類害蟲發(fā)生提供了條件以及外來林業(yè)有害生物發(fā)生增加也不能忽視。因此在今后相當長的時間內塞罕壩的林業(yè)有害生物的發(fā)生發(fā)展動態(tài)仍需要予以高度關注。

［1］ 國家林業(yè)局植樹選林司，國家林業(yè)局森林病蟲害防治總站，森林病蟲害監(jiān)測預報方法及應用程序［M］．東北林業(yè)大學出版社，2002．