臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”對(duì)東北近天然落葉松云冷杉試驗(yàn)林的影響

姚丹丹, 余 黎, 雷相東, 盧 軍, 符利勇, 張曉紅, 耿少波, 趙忠林, 張會(huì)儒, 汪兆陽(yáng)

1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所, 北京 100091 2 吉林省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院, 長(zhǎng)春 130022

臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”對(duì)東北近天然落葉松云冷杉試驗(yàn)林的影響

姚丹丹1, 余 黎1, 雷相東1,*, 盧 軍1, 符利勇1, 張曉紅1, 耿少波2, 趙忠林2, 張會(huì)儒1, 汪兆陽(yáng)2

1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所, 北京 100091 2 吉林省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院, 長(zhǎng)春 130022

臺(tái)風(fēng)是重要的森林干擾因子之一，會(huì)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生較大的影響。2012年的臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”對(duì)我國(guó)東北地區(qū)局部森林造成了嚴(yán)重的破壞。以受災(zāi)最重的吉林省汪清林業(yè)局的近天然落葉松云冷杉林為對(duì)象，采用方差分析和相關(guān)分析方法，研究林分結(jié)構(gòu)和地形條件對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響。結(jié)果表明：(1)林木損傷類型可分為折斷、連根拔起、搭掛、壓彎4種，其中連根拔起為最主要的損傷類型，占總損傷株數(shù)的52%，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害造成的林木株數(shù)損傷率平均為14.09%。(2)徑級(jí)大小對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響顯著。損傷主要發(fā)生于徑級(jí)較小林分處，徑級(jí)越大，其株數(shù)損傷率越小。(3)林木株數(shù)損傷率隨林分密度的增加有減小的趨勢(shì)，但在統(tǒng)計(jì)學(xué)上它們的關(guān)系不顯著。(4)不同樹種間的林木株數(shù)損傷率差異顯著，落葉松、冷杉等針葉樹種損傷株數(shù)最多。(5)林分的樹種多樣性指數(shù)與林木株數(shù)損傷率無(wú)顯著的相關(guān)性。(6)海拔、坡度和坡位對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響不顯著，但坡向的影響顯著，東北坡向林分的林木株數(shù)損傷率最大。研究結(jié)果可以為災(zāi)后森林恢復(fù)和減少風(fēng)災(zāi)影響的森林培育措施提供依據(jù)。

近天然落葉松云冷杉林; 臺(tái)風(fēng)災(zāi)害; 林分結(jié)構(gòu); 地形

臺(tái)風(fēng)是沿海森林經(jīng)營(yíng)管理中的重要非生物干擾因子，對(duì)林業(yè)的正常生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有重大影響[1]。臺(tái)風(fēng)往往損傷大量林木，影響林分的生長(zhǎng)，降低木材質(zhì)量和產(chǎn)量，危害森林生態(tài)系統(tǒng)。國(guó)外對(duì)臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害對(duì)森林的影響和恢復(fù)開展了大量研究，如臺(tái)風(fēng)對(duì)成熟闊葉林干擾的研究[2]，臺(tái)風(fēng)對(duì)亞熱帶林的損害[3]，自然災(zāi)害對(duì)林分結(jié)構(gòu)的影響[4- 7]，災(zāi)害后補(bǔ)救措施實(shí)施的影響以及森林恢復(fù)[7- 9]等方面。國(guó)內(nèi)在臺(tái)風(fēng)對(duì)林業(yè)危害這方面的研究比較薄弱，起步較晚。近年來(lái)的研究集中反映在風(fēng)災(zāi)后林分的空間優(yōu)化配置、樹種選擇以及群落結(jié)構(gòu)配置等災(zāi)后林分結(jié)構(gòu)的變化及其恢復(fù)等方面[10- 13]。臺(tái)風(fēng)偶爾會(huì)到達(dá)溫帶地區(qū)接近海岸線的陸地，一般不會(huì)到達(dá)溫帶地區(qū)的內(nèi)陸腹地[14- 16]。2012年8月29日，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”從朝鮮北部到達(dá)東北內(nèi)陸地區(qū)進(jìn)入吉林省東南部地區(qū)，給東北農(nóng)林業(yè)帶來(lái)了較嚴(yán)重的災(zāi)害。局部地區(qū)受到的災(zāi)害非常罕見，稱之為“百年不遇”。鑒于此，本文以這次受災(zāi)嚴(yán)重的吉林省汪清林業(yè)局金溝嶺林場(chǎng)為研究對(duì)象，基于災(zāi)后實(shí)驗(yàn)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析林分結(jié)構(gòu)和地形條件與林木受損類型及林木株數(shù)損傷率的關(guān)系，以期為災(zāi)害損失評(píng)估、科學(xué)實(shí)施災(zāi)后森林恢復(fù)及抗風(fēng)災(zāi)林分的培育提供依據(jù)。

1 研究地點(diǎn)概況

研究地區(qū)為吉林省汪清林業(yè)局金溝嶺林場(chǎng)，位于吉林省汪清縣境內(nèi)東北部，所處的地理坐標(biāo)為130°05′—130°19′ E，43°17′—43°25′ N。屬長(zhǎng)白山系老爺嶺山脈雪嶺支脈，地貌屬低山丘陵，海拔300—1200 m，坡度一般在5°—25°，個(gè)別陡坡在35°以上。研究區(qū)屬季風(fēng)型氣候，年均氣溫為3.9℃左右，年均降水量600—700 mm，且集中在5—9月份，占全年總降水量的80%。土壤主要是玄武巖中低山灰化土灰棕壤類型，平均厚度在40 cm左右，該區(qū)植被屬長(zhǎng)白山植物區(qū)系[17]。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”情況

2012年第15號(hào)臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”于8月20日上午在關(guān)島西北方洋面上形成，以10 km/h左右的速度向西北方向移動(dòng)。28日22:50在朝鮮西北部的平安北道南部沿海登陸，中心最大風(fēng)力達(dá)10級(jí)，向北偏東方向移動(dòng)。29日凌晨，“布拉萬(wàn)”從朝鮮北部進(jìn)入吉林省東南部地區(qū)，根據(jù)位于吉林省汪清林業(yè)局金溝嶺林場(chǎng)的吉林省林業(yè)生態(tài)定位觀測(cè)研究站的測(cè)定結(jié)果，8月29日最大風(fēng)速為19.08 m/s，出現(xiàn)時(shí)間為02:27。

2.2 樣地調(diào)查

本次調(diào)查樣地為金溝嶺林場(chǎng)的20塊長(zhǎng)期固定樣地，其起源為1964—1967年間營(yíng)造的有部分保留樹種的人工長(zhǎng)白落葉松林，經(jīng)過多年的演變，大部分已成為落葉松云冷杉針闊混交林，具有天然林的部分特征，稱為近天然林。以長(zhǎng)白落葉松(Larixolgensis)、魚鱗云杉(Piceajazensisvar.microsperma)、冷杉(Abiesnephrolepis)為優(yōu)勢(shì)樹種，其他樹種有紅松(Pinuskoraiensis)、色木(Acermono)、水曲柳(Fraxinusmandshurica)、白樺(Betulaplatyphylla)、黑樺(Betuladahurica)、黃菠蘿(Phellodendronamurense)、榆樹(Ulmuspumila)、楊樹(Populus)、紫椴(Tiliatuan)、楓樺(Betulacostata)等。樣地面積在0.08—0.25 hm2之間。主要調(diào)查因子包括：海拔、坡度、坡向、坡位等地形因子；測(cè)量樣地內(nèi)胸徑在5 cm以上樣木的胸徑、樹高、冠幅及枝下高，并按以下4種類型記錄樣木損傷情況[18- 19]：(1)折斷(風(fēng)折木)。從樹木的主干處折斷，損傷較為嚴(yán)重，很可能直接導(dǎo)致樹木死亡。(2)連根拔起(風(fēng)倒木)。危害最為嚴(yán)重，幾乎沒有生還的可能。(3)搭掛(搭掛木)。是同鄰近樹木相互依靠而未完全倒地的林木，是損傷程度最小的一種損傷類型，如果進(jìn)行及時(shí)扶植、管理，這類損傷木最有可能恢復(fù)重生。(4)壓彎(壓彎木)。主要是受外力施壓導(dǎo)致林木產(chǎn)生相對(duì)微弱的機(jī)械損傷，由強(qiáng)風(fēng)、鄰近倒木或斷枝引起，這類損傷木可以自我恢復(fù)而重生，而重生的能力主要看樹種自身抗逆性能和壓彎的程度。以上4種損傷樣木統(tǒng)稱為損傷木。調(diào)查時(shí)間為2012年8月，樣地基本概況如表1示。

表1 樣地基本情況(風(fēng)災(zāi)前)

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

為了研究林分和地形因子對(duì)臺(tái)風(fēng)造成林分損傷的影響，首先確定這些因子和量化損傷。這些因子可分為離散型(包括徑級(jí)、樹種、海拔、坡度、坡向、坡位)和連續(xù)性(林分密度和樹種多樣性指數(shù))2類。離散型因子進(jìn)行以下分級(jí)(水平)：徑級(jí)以5 cm為徑級(jí)距，劃分為5—10 cm，10—15 cm， …,>55 cm，共10個(gè)水平；海拔劃分為3個(gè)水平，600—650 m、650—700 m、750—800 m(以上分級(jí)按上限排外法取值)；樹種有落葉松、云杉、冷杉等14個(gè)水平；坡向有東北、北、西北、西4個(gè)水平；坡度有5個(gè)水平(6°、7°、9°、10°、18°)。

本文用林木株數(shù)損傷率Y(公式(1))來(lái)表示臺(tái)風(fēng)對(duì)林木的破壞程度:

(1)

計(jì)算林分的林木株數(shù)損傷率時(shí)，n是林分損傷株數(shù)，N是林分總株數(shù)；計(jì)算不同因子各水平的林木株數(shù)損傷率時(shí)，n是不同因子各水平的損傷株數(shù)，N是不同因子各水平的總株數(shù)。

分別用方差分析和相關(guān)分析來(lái)研究離散型因子和連續(xù)性因子對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響。

計(jì)算的其它林分因子，包括林分密度(株/hm2)、林分?jǐn)嗝娣e(m2/hm2)、蓄積(m3/hm2)、平均胸徑(cm)、樹種組成(10分法)和樹種多樣性指數(shù)(公式(2))。

(2)

式中,H是樹種多樣性指數(shù)；Pi是第i種樹種的材積占林分總蓄積的比例。

3 結(jié)果與分析

3.1 臺(tái)風(fēng)造成的林木損傷類型和數(shù)量

圖1 近天然落葉松云冷杉林不同損傷類型分布

調(diào)查結(jié)果顯示，在臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”的影響下，近天然落葉松云冷杉林4種損傷類型中，連根拔起損傷最嚴(yán)重，占損傷總株數(shù)的52%，其次是壓彎木，占總損傷株數(shù)的36%，搭掛木和風(fēng)折木各占總損傷株數(shù)的6%(圖1)。

從表2可以看出，各樣地株數(shù)損傷率在1.05%—33.10%之間，平均為14.09%。風(fēng)倒木的林木株數(shù)損傷率在0.00%—26.06%之間，平均為7.60%。4種損傷類型的林木株數(shù)損傷率的變異系數(shù)都在0.70以上，其中風(fēng)折木和搭掛木的變異系數(shù)甚至大于1.00，說(shuō)明20塊樣地的林木株數(shù)損傷率變化很大，各樣地均不同程度的受到臺(tái)風(fēng)的破壞。

3.2 影響林木損傷的林分因子分析

3.2.1 徑級(jí)大小對(duì)林木損傷的影響

不同損傷類型林木的徑級(jí)分布呈不規(guī)則曲線(圖2)。林分在徑級(jí)12.5 cm處林木株數(shù)損傷率首次達(dá)到峰值20.00%，之后隨著徑級(jí)增大，呈波動(dòng)式的下降趨勢(shì)，表明損傷主要發(fā)生在徑級(jí)較小林分內(nèi)，徑級(jí)越大，其林木株數(shù)損傷率越小。4種損傷類型的徑級(jí)分布呈多峰曲線，不同徑級(jí)林木的損傷類型有較大差異。風(fēng)折、風(fēng)倒、搭掛等3種損傷類型主要發(fā)生在大、中徑級(jí)林分內(nèi)，風(fēng)折木和搭掛木的株數(shù)損傷率都在徑級(jí)12.5 cm、32.5 cm和42.5 cm處出現(xiàn)了3次峰值；風(fēng)倒木的株數(shù)損傷率在27.5 cm和47.5 cm徑級(jí)處，出現(xiàn)了2次峰值。壓彎木的株數(shù)損傷率在徑級(jí)12.5 cm處首次達(dá)到峰值后，隨著徑級(jí)增大有遞減趨勢(shì)，但在27.5 cm徑級(jí)處，又出現(xiàn)1個(gè)小峰值，37.5 cm徑級(jí)以上的林木沒有出現(xiàn)壓彎損傷(圖2)。方差分析表明，徑級(jí)對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響顯著(P<0.05)，多重比較顯示，12.5 cm徑級(jí)林分的株數(shù)損傷率顯著大于12.5 cm徑級(jí)以上的林分(P<0.05)。

表2 20塊樣地不同損傷類型的林木株數(shù)損傷率

圖2 不同損傷類型林木的徑級(jí)分布

3.2.2 林分密度對(duì)林木損傷的影響

林分密度是森林經(jīng)營(yíng)的最重要的可控因子之一。20塊樣地的林木株數(shù)損傷率隨林分密度的增加有下降的趨勢(shì)(圖3)，但相關(guān)分析表明，林分密度與林木株數(shù)損傷率的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)上不顯著(P>0.05)。

圖3 林分密度對(duì)林木損傷率的影響

分析4種損傷類型的株數(shù)損傷率的密度分布(圖3)可知，風(fēng)折木和風(fēng)倒木的株數(shù)損傷率隨林分密度增加有減小的趨勢(shì)；搭掛木的最大株數(shù)損傷率是5.03%，其樣地密度為796株/hm2，其相近密度819株/hm2的樣地卻沒有搭掛損傷，而高密度樣地(1280株/hm2)的搭掛木株損傷率僅為0.63%，表明搭掛木株數(shù)損傷率的密度分布沒有規(guī)律；壓彎木株數(shù)損傷率隨林分密度增加有增加的趨勢(shì)。相關(guān)分析表明，林分密度與風(fēng)折木、風(fēng)倒木、搭掛木、壓彎木的株數(shù)損傷率的相關(guān)性都是不顯著的(P>0.05)。

3.2.3 樹種對(duì)林木損傷的影響

圖4 樹種對(duì)林木損傷率的影響

由圖4可以看出，不同樹種的林木株數(shù)損傷率(各樹種的損傷株數(shù)與其總株數(shù)的比例)及不同損傷類型的林木株數(shù)損傷率并不相同。白樺、楓樺、榆樹等闊葉樹種的株數(shù)損傷率較大，在19.00%以上，落葉松、冷杉、云杉等針葉樹種的株數(shù)損傷率相對(duì)較小，在9.00%—17.00%之間。只有色木、落葉松、云杉、紅松、冷杉有不同程度的折斷損傷，其株數(shù)損傷率都在2.50%以下。色木、黃菠蘿、雜木、榆樹、黑樺等闊葉樹沒有風(fēng)倒損傷，而紅松、落葉松、冷杉、云杉等針葉樹種有不同程度的風(fēng)倒損傷，株數(shù)損傷率在0.83%—9.43%之間)。搭掛木的株數(shù)損傷率在5.00%以下，搭掛損傷最嚴(yán)重的是黃菠蘿。壓彎木的株數(shù)損傷率在0.00%—21.21%之間，壓彎損傷較嚴(yán)重的樹種是白樺、楓樺和榆樹等闊葉樹種。另外，對(duì)各樹種損傷株數(shù)與總損傷株數(shù)的比例分析發(fā)現(xiàn)(圖4)，落葉松損傷株數(shù)最多，占總損傷株數(shù)的48.83%，其次是冷杉，占總損傷株數(shù)的14.06%，其它數(shù)樹種的損傷比例在10.00%以內(nèi)。以上分析表明，針葉樹種的株數(shù)損傷率比闊葉樹種小，但其損傷株數(shù)多，這與落葉松等針葉樹種是研究區(qū)中的優(yōu)勢(shì)樹種有關(guān)，且主要有風(fēng)折和風(fēng)倒兩種損傷類型。

方差分析表明，樹種對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響極顯著(P<0.01)，多重比較顯示，冷杉的株數(shù)損傷率比白樺、楓樺、榆樹等闊葉樹種大，且有極顯著的差異(P<0.01)。

3.2.4 樹種多樣性對(duì)林木損傷的影響

樹種多樣性對(duì)抵抗干擾和維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。從圖5可以看出，林木株數(shù)損傷率20.00%以上的5塊樣地中，樹種多樣性指數(shù)既有最小的0.06，又有較大的1.43；樹種多樣性指數(shù)較大的3塊樣地中(樹種多樣性指數(shù)分別為1.51、1.50、1.49)，其林木株數(shù)損傷率分別為12.62%、5.37%、9.55%。說(shuō)明林木株數(shù)損傷率隨樹種多樣性指數(shù)的變化沒有規(guī)律。相關(guān)分析表明，樹種多樣性指數(shù)與林木株數(shù)損傷率無(wú)顯著的相關(guān)關(guān)系(P>0.05)。

3.3 影響林木損傷的地形因子分析

3.3.1 不同海拔高度對(duì)林木損傷的影響

從圖6可看出，3個(gè)海拔水平的林木株數(shù)損傷率分別為12.77%、14.91%、15.01%，有微弱遞增的趨勢(shì)。方差分析表明，海拔對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響不顯著(P>0.05)。

圖5 樹種多樣性對(duì)林木損傷率的影響

圖6 海拔對(duì)林木損傷率的影響

3.3.2 坡向、坡位與坡度對(duì)林木損傷的影響

圖7顯示，東北坡向林木的株數(shù)損傷率達(dá)18.97%，大于其它坡向的林木株數(shù)損傷率，這可能是因?yàn)闁|北坡向是其迎風(fēng)面，林分受臺(tái)風(fēng)危害最為嚴(yán)重。方差分析表明，坡向?qū)α帜局陻?shù)損傷率的影響顯著(P<0.05)，多重比較顯示，東北坡向的林木株數(shù)損傷率比其它3個(gè)坡向的林木株數(shù)損傷率大，且有極顯著的差異(P<0.01)。

為使分析更具有可比性，選取處于同一海拔級(jí)、坡度、坡向的樣地，分析不同坡位的林木損傷情況。由表3可知，位于下坡位的1號(hào)樣地的林木株數(shù)損傷率(16.73%)，高于位于中坡位的8號(hào)樣地(7.57%)。選取10號(hào)和12號(hào)樣地，也發(fā)現(xiàn)下坡位林分的株數(shù)損傷率高于中坡位林分。這表明，下坡位林分的林木株數(shù)損傷率大于中坡位林分。方差分析表明，坡位對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響不顯著(P>0.05)。

林木株數(shù)損傷率隨坡度沒有明顯規(guī)律(圖8)。最小坡度(6°)的樣地中，林木株數(shù)損傷率較大，為18.75%；在坡度為9°時(shí)，損傷最為嚴(yán)重，株數(shù)損傷率達(dá)19.97%，但位于最大坡度(18°)樣地的林木株數(shù)損傷率卻最小，為9.15%。方差分析表明，坡度對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響不顯著(P>0.05)。

表3 坡位對(duì)林木損傷率的影響

圖7 坡向?qū)α帜緭p傷率的影響

圖8 坡度對(duì)林木損傷率的影響

3.4 影響林木損傷因子的交互作用分析

根據(jù)以上分析，發(fā)現(xiàn)徑級(jí)、樹種和坡向?qū)α帜局陻?shù)損傷率的影響是顯著的。在此基礎(chǔ)上，通過多因子方差分析，研究其交互作用對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響(表4)。可以看出，坡向和徑級(jí)、坡向和樹種、徑級(jí)和樹種等2個(gè)因子以及徑級(jí)、樹種和坡向3個(gè)因子的交互作用，對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響都顯著(P<0.05)。

表4 多因素方差分析結(jié)果

綜上分析可知，影響林分損傷的徑級(jí)、密度、樹種等林分因子和海拔、坡度、坡位、坡向等地形因子中，只有徑級(jí)、樹種和坡向3個(gè)因子及其交互作用對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響顯著。因此，林分受臺(tái)風(fēng)破壞的程度不是由單一因子決定，而是受到多個(gè)因子的共同影響，這種影響是極其復(fù)雜的。

4 結(jié)論與討論

基于樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，利用方差分析和相關(guān)分析，研究了近天然落葉松云冷杉林受臺(tái)風(fēng)損害程度及其影響因素，得到以下結(jié)論：

(1)臺(tái)風(fēng)造成的林木株數(shù)損傷率平均為14.09%；林木受害類型可分為折斷、連根拔起、搭掛、壓彎4種，其中連根拔起和壓彎為最主要的受害類型，占損傷總株數(shù)的52%和36%。在損傷木中，落葉松最多，占總損傷株數(shù)的48.83%，其次是冷杉，占總損傷株數(shù)的14.06%。這是因?yàn)槁淙~松、冷杉是淺根系樹種，增加了其在臺(tái)風(fēng)中的連根拔起[20- 22]。

(2)徑級(jí)大小對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響顯著。損傷主要發(fā)生在徑級(jí)較小林分內(nèi)，徑級(jí)越大，其林木株數(shù)損傷率越小，這是因?yàn)榇髲郊?jí)林木具有更強(qiáng)抵抗性[14]。但不同的損傷類型表現(xiàn)不同，徑級(jí)較大林分的風(fēng)折、風(fēng)倒、搭掛嚴(yán)重，是因?yàn)榇髲郊?jí)林木暴露在強(qiáng)風(fēng)中的面積較多，易直接受強(qiáng)風(fēng)破壞，而且部分大徑級(jí)林木位于林分邊緣，易被強(qiáng)風(fēng)襲擊致倒[14,23]，且風(fēng)倒、風(fēng)折林木易干擾周圍林木，形成搭掛損傷；小徑級(jí)林分的風(fēng)折、風(fēng)倒損傷較輕，是因?yàn)樾郊?jí)林木具有較好的柔韌性，不易被風(fēng)折，也與小徑級(jí)林木受周圍大徑級(jí)林保護(hù)而沒有直接風(fēng)倒有關(guān)；壓彎損傷主要發(fā)生在小徑級(jí)林分內(nèi)，是因?yàn)樾郊?jí)林木易受周圍損傷林木干擾致壓彎[14- 15]。

(3)林分密度對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響不顯著。林分的林木株數(shù)損傷率隨著林木密度的增加呈波動(dòng)遞減，這是因?yàn)轱L(fēng)速是決定破壞嚴(yán)重程度的主要因子[24- 25]，高密度林分，可有效降低林內(nèi)風(fēng)速。不同損傷類型的林木株數(shù)損傷率隨林分密度變化規(guī)律不同，風(fēng)折木和風(fēng)倒木的林木株數(shù)損傷率隨林分密度增加而減小，這是因?yàn)楦呙芏鹊纳滞ǔ＞哂休^差的根系和較大的樹高/胸徑比值，在臺(tái)風(fēng)襲擊下，往往具有較高的折斷損傷[14]；搭掛木株數(shù)損傷率的密度分布沒有規(guī)律；壓彎木株數(shù)損傷率隨林分密度的增加有增加的趨勢(shì)。但林分密度與風(fēng)折木、風(fēng)倒木、搭掛木、壓彎木的株數(shù)損傷率都無(wú)顯著的相關(guān)性。

(4)樹種對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響顯著。白樺、楓樺、榆樹等闊葉樹種的株數(shù)損傷率比針葉樹種大，主要為搭掛和壓彎，因?yàn)榫哂斜馄蕉彳浫~子的闊葉樹種比針葉樹種更易受到風(fēng)力的影響。Xi在颶風(fēng)對(duì)山麓森林影響的研究中有同樣的結(jié)論[19]。但是這些闊葉樹種的損傷株數(shù)比針葉樹種少，這是因?yàn)樗鼈儾皇窃撗芯繀^(qū)的優(yōu)勢(shì)樹種。針葉樹種的損傷類型以風(fēng)倒和風(fēng)折為主，與其本身的生物學(xué)特性有關(guān)，它們都是高大喬木，且都是淺根系樹種，因而比根系發(fā)達(dá)的闊葉樹種相比更易受到臺(tái)風(fēng)影響，發(fā)生風(fēng)折和風(fēng)倒[12,26]。此外不同樹種具有不同的材質(zhì)和抵抗性能以及林分條件和撫育間伐都會(huì)使林木脆弱性有較大差異[24- 25]，這也增加了結(jié)果的復(fù)雜性。

(5)樹種多樣性指數(shù)與林木株數(shù)損傷率的相關(guān)關(guān)系不顯著。通常情況下，復(fù)雜的混交林可能比純林對(duì)自然災(zāi)害的抵抗能力更強(qiáng)[27]，在本研究中卻沒有此規(guī)律，說(shuō)明臺(tái)風(fēng)災(zāi)害對(duì)林分的影響較復(fù)雜，林木損傷程度由多個(gè)環(huán)境因素共同作用影響[15,28]。

(6)林分的地形條件海拔、坡度、坡位等因子對(duì)林木株數(shù)損傷率的影響不顯著，但坡向?qū)α帜局陻?shù)損傷率的影響顯著，尤其是東北坡向林分的林木株數(shù)損傷率最大，達(dá)18.35%。有研究表明，在高海拔、迎風(fēng)面、接近溪流谷底的土壤潮濕處和暴露于強(qiáng)風(fēng)中的突起山脊處的樹木損害較大[14- 15]。因此，東北坡向可能是其迎風(fēng)坡面。

此外，一些研究還表明樹冠的大小對(duì)抵御臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害具有重要作用[28]，樹木損傷的嚴(yán)重性是隨著樹高的增加而線性增加[27]。但是由于缺少風(fēng)災(zāi)木的樹冠和樹高信息，文章未進(jìn)行分析。研究中樣地面積不同也可能增加結(jié)果的不確定性。

根據(jù)本文研究結(jié)果，從減少臺(tái)風(fēng)災(zāi)害影響的角度，對(duì)落葉松云冷杉的經(jīng)營(yíng)提出以下建議：首先應(yīng)注意加強(qiáng)森林經(jīng)營(yíng)，適時(shí)進(jìn)行間伐為林木生長(zhǎng)提供適宜的環(huán)境，提高大徑級(jí)林木的比例；其次注意培育針闊混交林，改變樹種的單一性，形成多樣性結(jié)構(gòu)，提高抗風(fēng)災(zāi)能力，降低損傷風(fēng)險(xiǎn)。

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The influence of typhoon Bolaven to semi-natural larch-spruce-fir forests in northeast China

YAO Dandan1, YU Li1, LEI Xiangdong1,*, LU Jun1, FU Liyong1, ZHANG Xiaohong1, GENG Shaobo2, ZHAO Zhonglin2, ZHANG Huiru1, WANG Zhaoyang2

1InstituteofForestResourceInformationTechniques,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China2ForestSurveyandDesignInstituteofJilinProvince,Changchun130022,China

Typhoons are one of the most important natural disturbances, which directly or indirectly have effects on forest stand structure and function. Typhoons disturbance events occur in nearly all forest ecosystems and have profound impacts on forest structure, species diversity and ecosystem functions. Such ecological effects are often complex, subtle, and at small scale relatively unpredictable. Many factors such as tree size, stand density, tree species, stand structure, altitude, gradient, slope location and aspect, affect wind resistances of tree species and the extent of forest damage. The typhoon rarely arrives in temperate regions close to the coastline and in the temperate regions of the interior land. So there is little known about the influence of typhoon on forest in the temperate regions of the interior and even in northeast China. Typhoon “Bolaven” has caused serious damage on forests in northeast China in 2012. In this paper, Typhoon-induced damage has been analyzed at stand level for semi-natural larch-spruce-fir forests of Wangqing Forestry Bureau in Jilin Province. Analysis of variance and correlation analysis are used for examining effects of stand structure and topography on damage severity of trees. Results showed that：(1) Typhoon caused massive damage to semi-natural larch-spruce-fir forests, in some cases reaching over 30% of all trees in the stands. The average percentage of the damaged trees was 14.05%. Major tree damaged types were uprooted, broken, hooked and bending. Among these types, the type of uprooted was the dominant one with a rate of 52%. (2) Tree diameter class had significant effects on the extent of tree damage. The medium and small-class trees were more vulnerable to typhoon damage than the bigger ones. (3) There was no significant correlation relationship between the density and the extent of tree damage. However, the extent of tree damage weakly decreased with increasing stand density. (4) Trees damaged differed significantly among tree species. Broad-leaved tree species were easier to be hurt by typhoon. (5) No significant correlation relationship was found between tree species diversity index and the proportion of damaged trees. (6)The altitude, gradient and slope location had no significant impacts on the extent of the tree damage, while the aspect had, especially the northeast aspect which was more vulnerable with a high damage rate of 18.35%. Therefore, tree size, tree species and aspect were important factors affecting the tree damage of typhoon in this study, and the impact was complicated. We suggested that improving tree quality and mixing tree species enhance stand resistance to wind. The findings presented in this study provide information that can be used to implement silvicultural practices to minimize the risk of those forests and to resist wind damages.

semi-natural larch-spruce-fir forests; typhoon disaster; stand structure; topography

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD22B02)

2013- 08- 04;

2014- 03- 04

10.5846/stxb201308042021

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

姚丹丹, 余黎, 雷相東, 盧軍, 符利勇, 張曉紅, 耿少波, 趙忠林, 張會(huì)儒, 汪兆陽(yáng).臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”對(duì)東北近天然落葉松云冷杉試驗(yàn)林的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(11):3674- 3683.

Yao D D, Yu L, Lei X D, Lu J, Fu L Y, Zhang X H, Geng S B, Zhao Z L, Zhang H R, Wang Z Y.The influence of typhoon Bolaven to semi-natural larch-spruce-fir forests in northeast China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(11):3674- 3683.