煤炭開采對油松人工林分群落健康的影響

趙娟

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

煤炭開采對油松人工林分群落健康的影響

趙娟

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

森林健康評估是當(dāng)前國內(nèi)外十分關(guān)注的熱點問題，不同類型的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的方法不同。通過設(shè)置不同開采強度，從森林健康角度對煤炭開采區(qū)和非開采區(qū)的油松林分的生長勢、側(cè)枝進行調(diào)查，結(jié)果表明：煤炭開采降低了森林健康指數(shù)，油松林景觀變差，生長勢減弱，頂端優(yōu)勢衰退，枝葉稀疏，病蟲害增多。煤炭開采區(qū)林分健康指數(shù)處于1.96～3.11之間，表征為不良和瀕死狀態(tài)。煤炭開采強度較大時對油松側(cè)枝生長產(chǎn)生顯著抑制作用。

煤炭開采；油松；健康指數(shù)

關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)健康的研究已成為當(dāng)前林學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。維持森林生態(tài)系統(tǒng)健康是今后森林經(jīng)營發(fā)展的方向[1]。但由于森林類型不同,經(jīng)營管理的目的不同以及地域文化的差別,對森林生態(tài)系統(tǒng)健康概念的理解,森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的指標(biāo)與方法也各不相同[2]。近年來,我國對森林生態(tài)系統(tǒng)健康的研究也越來越多,在借鑒吸收國外研究成果的同時,一些有關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)健康的新名詞、新提法也相繼涌現(xiàn)。森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況綜合評價的方法很多，每種方法的側(cè)重點不盡相同，每種方法考慮問題的側(cè)重點不同，所導(dǎo)致的評價結(jié)果也不同。早期德國和歐洲對樹冠落葉和退色直接觀測估計發(fā)展起來的森林健康和森林環(huán)境監(jiān)測評價工作，其主要內(nèi)容及相應(yīng)的實施方法隨監(jiān)測范圍(地方級、國家級、區(qū)域級) 及監(jiān)測等級(水平Ⅰ、水平Ⅱ、水平Ⅲ) 不同而有區(qū)別, 從而構(gòu)成一個完整的森林生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測分析和評價的技術(shù)體系[3]。我國在早期的森林生態(tài)系統(tǒng)健康方面的研究基本處于簡單分析階段，最近幾年才有一些實例的研究。由于研究地點 、研究方法、研究目的不同，國內(nèi)研究者提出的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系之間也存在一定差異[4]。

1 研究地區(qū)概況

本研究試驗觀測地選在太原市西部西山礦區(qū)的杜兒坪礦、西銘礦、西曲礦以及關(guān)帝林場范圍內(nèi)，地理坐標(biāo)112°19′—112°21′ E,37°48′—37°50′ N，海拔1 470～1 576 m。研究地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬季干冷，多晴天氣；春季升溫快，日差較大，干旱多風(fēng)沙天氣，年平均氣溫7～10 ℃，無霜期90～170 d，1 月最冷，平均氣溫-13.6 ℃，7月最熱平均氣溫22.8 ℃，極端最低氣溫-25.5 ℃，極端最高氣溫39.4 ℃，年均降水量400～500 mm，約60%集中于7—9月。土壤以淡褐土為主。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地的設(shè)置與調(diào)查

在全面踏查的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究需要，依據(jù)西曲礦、杜兒坪礦、西銘礦各煤礦的煤炭開采量統(tǒng)計資料，以單位面積開采量(t·km-2)為指標(biāo)劃分3個開采強度，分別是西曲礦(T1)21.1萬t·km-2，杜爾平礦(T2)23.2萬t·km-2，西銘礦(T3)28.7萬t·km-2，形成開采強度由T1到T3逐漸增大的開采強度梯度，并選取無煤炭開采的關(guān)帝林場作為對照組。在試驗點分別設(shè)置30 m×40 m的調(diào)查樣地，利用GPS定位系統(tǒng)確定樣地位置，并對樣地進行林分因子調(diào)查，樣地林分類型均為油松人工林，土壤類型為山地褐土，土壤質(zhì)地為沙壤土。樣地概況見表1。

表1 樣地基本情況表

2.2 林木生長健康狀況評價等級設(shè)定

根據(jù)早期對樹冠落葉和退色觀測評估發(fā)展起來的森林健康和森林環(huán)境監(jiān)測評價工作的主要內(nèi)容[5]。野外調(diào)查結(jié)合實際情況對林木生長健康狀況劃分了五個指數(shù)評價等級：

Ⅰ 健康 樹冠圓錐形，顏色正常，側(cè)枝生長>10 cm,無病蟲害

5分

Ⅱ亞健康 樹冠近傘形，顏色發(fā)暗，側(cè)枝生長7～10 cm，少量病蟲害

4分

Ⅲ 不良 樹冠近卵形，顏色發(fā)黃，側(cè)枝生長4～7 cm，較重病蟲害

3分

Ⅳ 瀕死 基本停止生長，顏色灰黃，側(cè)枝生長1～4 cm，較重病蟲害

2分

Ⅴ 死亡

1分

3 結(jié)果與分析

3.1 健康狀況指數(shù)分析

開采區(qū)內(nèi)，T1的健康平均數(shù)為3.11，表征為油松林外貌變暗，樹冠呈卵形，生長勢衰退，枝葉減少，病蟲害較多；T3的健康平均數(shù)為1.96，表征為油松林外貌變黃，樹冠呈傘形，生長基本停止，枝枯葉少，病蟲害多；T2的健康平均數(shù)為2.62，介于T1和T3間，總體還處于林分健康指數(shù)的第三級。非開采區(qū)的對照樣地的健康平均數(shù)為4.86，從3種開采強度的林分健康指數(shù)來看T1>T2>T3(見圖1)，和煤炭開采強度的趨勢一致，表明用林分健康指數(shù)來表征煤炭開采強度對油松林分的影響是適宜的。

圖1 不同開采強度林分健康狀況直方圖

為了進一步了解不同開采強度間油松林分健康指數(shù)的差異性，對開采區(qū)和非開采區(qū)的數(shù)據(jù)做了方差分析和多重比較。分析結(jié)果見表2、表3。

表2 開采區(qū)與非開采區(qū)林木生長勢方差分析表

表3 不同開采強度之間林木生長勢多重比較結(jié)果

從以上方差分析和多重比較可以看出，不同開采強度間油松林分健康指數(shù)存在顯著差異性，開采區(qū)與非開采區(qū)之間差異顯著(P<0.05)，T1和T2、T1和T3、T2和T3間也均達到差異顯著水平。說明隨著開采強度的增加，對油松林分的健康生長影響越來越嚴(yán)重。當(dāng)采煤量達到21.1萬t·km-2時，油松林分已處于不健康狀態(tài)，林木生長受到影響；當(dāng)采煤量達到23.2萬t·km-2時，油松林分健康狀態(tài)持續(xù)惡化；當(dāng)采煤量達到28.7萬 t·a-1·km-2時，油松林分中已有樹木枯死，林木生長基本停止，健康狀態(tài)難以恢復(fù)，逆向演替不可避免，林地生產(chǎn)力退化，不再具有支撐油松種群的生產(chǎn)能力。

3.2 油松側(cè)枝比較分析

枝梢是樹木外在部分生理活動最敏感的部分，對環(huán)境變化響應(yīng)力強。對不同開采強度下林木側(cè)枝長生長量和徑生長進行分析，結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 側(cè)枝長生長

圖3 側(cè)枝徑生長

由圖2和圖3可以看出，與對照相比，開采區(qū)側(cè)枝的長生長和徑生長量均低于非開采區(qū)。方差分析(見表4)表明，在α=0.05水平上，開采區(qū)與非開采區(qū)側(cè)枝的長生長量差異顯著(P<0.05)。在不同的開采梯度下，油松側(cè)枝的長和徑的生長都呈現(xiàn)隨開采強度的增加而有所下降的趨勢，說明隨著煤炭開采強度的增加，林木的生長活力有所降低。

方差分析見表5，結(jié)果表明，三個開采梯度的側(cè)枝的長生長差異顯著(P<0.05)，但側(cè)枝的徑生長無顯著差異(P>0.05)。由此可推論，煤炭開采對油松林側(cè)枝長生長有較為明顯的影響但對側(cè)枝的徑生長沒有明顯影響。

表4 煤炭開采區(qū)樣地與對照樣地內(nèi)側(cè)枝長生長方差分析表

表5 不同梯度間側(cè)枝長生長方差分析表

對方差分析結(jié)果顯著的自變量(P<0.05)進行多重比較分析(LSD法)，結(jié)果見表6。

表6 不同梯度間側(cè)枝長生長多重比較結(jié)果

由多重比較結(jié)果可見，T1與T2的側(cè)枝長生長無明顯差異，但T1與T3的側(cè)枝長生長有明顯差異，且T2與T3的側(cè)枝長生長也有明顯差異，由此推論，當(dāng)開采強度達到T3梯度時，煤炭開采開始對林木的側(cè)枝生長有影響。

4 結(jié)論與討論

通過對油松林木生長健康狀況評價得出：非開采區(qū)油松林木健康狀況顯著好于開采區(qū)，說明煤炭開采直接影響了油松林木的健康狀況，隨著開采強度的增加，油松林的健康狀況逐步下降。油松林主要表現(xiàn)為景觀變得暗澀甚至發(fā)黃，生長勢減弱，頂端優(yōu)勢衰退，枝葉稀疏，病蟲害增多。林分健康指數(shù)處于1.96～3.11之間，表征為不良和瀕死狀態(tài)。

通過對油松林木側(cè)枝長和徑的測定可以得出：煤炭開采主要影響油松側(cè)枝長的生長，對徑生長沒有明顯抑制作用。在不同開采強度下，只有當(dāng)煤炭開采強度較強時(28.7萬t·km-2)，油松側(cè)枝長生長才出現(xiàn)抑制現(xiàn)象。

由于本試驗主要是從油松林分的表征進行判定，未從生理學(xué)和病理學(xué)等角度進行深入的試驗，所以還有待今后的進一步研究論證。

森林生態(tài)系統(tǒng)的健康評價需要充分有效的數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的來源直接影響評價結(jié)果的可靠程度[6]?，F(xiàn)今我國尚未形成一個系統(tǒng)的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系，難以對現(xiàn)有森林健康狀況進行相關(guān)分析和預(yù)測[7]。從現(xiàn)有國內(nèi)學(xué)者的研究實例來看，評價所選用的指標(biāo),有些是定性的,有些是定量的[8]。同時,在確定指標(biāo)的權(quán)重和基準(zhǔn)值的時候大多采用了主觀經(jīng)驗去確定,也有少數(shù)人采用了層次分析法,這樣的權(quán)重確定主觀性較強[9]。在今后的研究中,應(yīng)該制定一種客觀的、簡潔的指標(biāo)測度方法,用定量的測度結(jié)果,盡可能地降低主觀因素的影響。

[1] 陳高,范竹華,代力民,等.森林生態(tài)系統(tǒng)健康及其評估監(jiān)測[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002,13(5):605-610

[2] 刑韶華，姬文元，郭寧，等.森林生態(tài)系統(tǒng)健康研究進展[J].生態(tài)學(xué)雜志，2009,28(10):2102-2106

[3] 王彥輝,唐守正.德國等歐洲國家森林受害及監(jiān)測. 1998

[4] 李靜銳,李振明,羅凱.森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系的建立[J].水土保持研究,2007，14(3):173-179

[5] 陸元昌.森林健康狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)體系綜述[J].世界林業(yè)研究，2003，16(1)：20-25

[6] 李金良,鄭小賢.北京地區(qū)水源涵養(yǎng)林健康評價指體系的探討[J].林業(yè)資源管理,2004(1):31-34

[7] 劉君昂,劉紅娟.森林健康評價方法與應(yīng)用[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2009,12(6)：197-200

[8] 陳高,鄧紅兵,王慶禮,等.森林生態(tài)系統(tǒng)健康評估的一般性途徑探討應(yīng)[J].用生態(tài)學(xué)報,2003,14 (6):995-999

[9] 高均凱.深入研究森林健康,積極探索中國森林健康之路[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)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

趙娟(1982-)，女，山西陽泉人，碩士，工程師，現(xiàn)從事森林培育研究.

S791.254

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.10.002