煤炭開(kāi)采對(duì)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(kāi)采對(duì)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(píng)估是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外十分關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，不同類(lèi)型的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的方法不同。通過(guò)設(shè)置不同開(kāi)采強(qiáng)度，從森林健康角度對(duì)煤炭開(kāi)采區(qū)和非開(kāi)采區(qū)的油松林分的生長(zhǎng)勢(shì)、側(cè)枝進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明：煤炭開(kāi)采降低了森林健康指數(shù)，油松林景觀(guān)變差，生長(zhǎng)勢(shì)減弱，頂端優(yōu)勢(shì)衰退，枝葉稀疏，病蟲(chóng)害增多。煤炭開(kāi)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(kāi)采強(qiáng)度較大時(shí)對(duì)油松側(cè)枝生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著抑制作用。

煤炭開(kāi)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(diǎn)。維持森林生態(tài)系統(tǒng)健康是今后森林經(jīng)營(yíng)發(fā)展的方向[1]。但由于森林類(lèi)型不同,經(jīng)營(yíng)管理的目的不同以及地域文化的差別,對(duì)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(píng)價(jià)的指標(biāo)與方法也各不相同[2]。近年來(lái),我國(guó)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)健康的研究也越來(lái)越多,在借鑒吸收國(guó)外研究成果的同時(shí),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(píng)價(jià)的方法很多，每種方法的側(cè)重點(diǎn)不盡相同，每種方法考慮問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)不同，所導(dǎo)致的評(píng)價(jià)結(jié)果也不同。早期德國(guó)和歐洲對(duì)樹(shù)冠落葉和退色直接觀(guān)測(cè)估計(jì)發(fā)展起來(lái)的森林健康和森林環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作，其主要內(nèi)容及相應(yīng)的實(shí)施方法隨監(jiān)測(cè)范圍(地方級(jí)、國(guó)家級(jí)、區(qū)域級(jí)) 及監(jiān)測(cè)等級(jí)(水平Ⅰ、水平Ⅱ、水平Ⅲ) 不同而有區(qū)別, 從而構(gòu)成一個(gè)完整的森林生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)分析和評(píng)價(jià)的技術(shù)體系[3]。我國(guó)在早期的森林生態(tài)系統(tǒng)健康方面的研究基本處于簡(jiǎn)單分析階段，最近幾年才有一些實(shí)例的研究。由于研究地點(diǎn) 、研究方法、研究目的不同，國(guó)內(nèi)研究者提出的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)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(yàn)觀(guān)測(cè)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(chǎng)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(wú)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(kāi)采量統(tǒng)計(jì)資料，以單位面積開(kāi)采量(t·km-2)為指標(biāo)劃分3個(gè)開(kāi)采強(qiáng)度，分別是西曲礦(T1)21.1萬(wàn)t·km-2，杜爾平礦(T2)23.2萬(wàn)t·km-2，西銘礦(T3)28.7萬(wàn)t·km-2，形成開(kāi)采強(qiáng)度由T1到T3逐漸增大的開(kāi)采強(qiáng)度梯度，并選取無(wú)煤炭開(kāi)采的關(guān)帝林場(chǎng)作為對(duì)照組。在試驗(yàn)點(diǎn)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(duì)樣地進(jìn)行林分因子調(diào)查，樣地林分類(lèi)型均為油松人工林，土壤類(lèi)型為山地褐土，土壤質(zhì)地為沙壤土。樣地概況見(jiàn)表1。

表1 樣地基本情況表

2.2 林木生長(zhǎng)健康狀況評(píng)價(jià)等級(jí)設(shè)定

根據(jù)早期對(duì)樹(shù)冠落葉和退色觀(guān)測(cè)評(píng)估發(fā)展起來(lái)的森林健康和森林環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作的主要內(nèi)容[5]。野外調(diào)查結(jié)合實(shí)際情況對(duì)林木生長(zhǎng)健康狀況劃分了五個(gè)指數(shù)評(píng)價(jià)等級(jí)：

Ⅰ 健康 樹(shù)冠圓錐形，顏色正常，側(cè)枝生長(zhǎng)>10 cm,無(wú)病蟲(chóng)害

5分

Ⅱ亞健康 樹(shù)冠近傘形，顏色發(fā)暗，側(cè)枝生長(zhǎng)7～10 cm，少量病蟲(chóng)害

4分

Ⅲ 不良 樹(shù)冠近卵形，顏色發(fā)黃，側(cè)枝生長(zhǎng)4～7 cm，較重病蟲(chóng)害

3分

Ⅳ 瀕死 基本停止生長(zhǎng)，顏色灰黃，側(cè)枝生長(zhǎng)1～4 cm，較重病蟲(chóng)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(kāi)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(shù)冠呈卵形，生長(zhǎng)勢(shì)衰退，枝葉減少，病蟲(chóng)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(shù)冠呈傘形，生長(zhǎng)基本停止，枝枯葉少，病蟲(chóng)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(jí)。非開(kāi)采區(qū)的對(duì)照樣地的健康平均數(shù)為4.86，從3種開(kāi)采強(qiáng)度的林分健康指數(shù)來(lái)看T1>T2>T3(見(jiàn)圖1)，和煤炭開(kāi)采強(qiáng)度的趨勢(shì)一致，表明用林分健康指數(shù)來(lái)表征煤炭開(kāi)采強(qiáng)度對(duì)油松林分的影響是適宜的。

圖1 不同開(kāi)采強(qiáng)度林分健康狀況直方圖

為了進(jìn)一步了解不同開(kāi)采強(qiáng)度間油松林分健康指數(shù)的差異性，對(duì)開(kāi)采區(qū)和非開(kāi)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(jiàn)表2、表3。

表2 開(kāi)采區(qū)與非開(kāi)采區(qū)林木生長(zhǎng)勢(shì)方差分析表

表3 不同開(kāi)采強(qiáng)度之間林木生長(zhǎng)勢(shì)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(kāi)采強(qiáng)度間油松林分健康指數(shù)存在顯著差異性，開(kāi)采區(qū)與非開(kāi)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(dá)到差異顯著水平。說(shuō)明隨著開(kāi)采強(qiáng)度的增加，對(duì)油松林分的健康生長(zhǎng)影響越來(lái)越嚴(yán)重。當(dāng)采煤量達(dá)到21.1萬(wàn)t·km-2時(shí)，油松林分已處于不健康狀態(tài)，林木生長(zhǎng)受到影響；當(dāng)采煤量達(dá)到23.2萬(wàn)t·km-2時(shí)，油松林分健康狀態(tài)持續(xù)惡化；當(dāng)采煤量達(dá)到28.7萬(wàn) t·a-1·km-2時(shí)，油松林分中已有樹(shù)木枯死，林木生長(zhǎng)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(shù)木外在部分生理活動(dòng)最敏感的部分，對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)力強(qiáng)。對(duì)不同開(kāi)采強(qiáng)度下林木側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)量和徑生長(zhǎng)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)

圖3 側(cè)枝徑生長(zhǎng)

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

方差分析見(jiàn)表5，結(jié)果表明，三個(gè)開(kāi)采梯度的側(cè)枝的長(zhǎng)生長(zhǎng)差異顯著(P<0.05)，但側(cè)枝的徑生長(zhǎng)無(wú)顯著差異(P>0.05)。由此可推論，煤炭開(kāi)采對(duì)油松林側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)有較為明顯的影響但對(duì)側(cè)枝的徑生長(zhǎng)沒(méi)有明顯影響。

表4 煤炭開(kāi)采區(qū)樣地與對(duì)照樣地內(nèi)側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)方差分析表

表5 不同梯度間側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)方差分析表

對(duì)方差分析結(jié)果顯著的自變量(P<0.05)進(jìn)行多重比較分析(LSD法)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同梯度間側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)多重比較結(jié)果

由多重比較結(jié)果可見(jiàn)，T1與T2的側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)無(wú)明顯差異，但T1與T3的側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)有明顯差異，且T2與T3的側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)也有明顯差異，由此推論，當(dāng)開(kāi)采強(qiáng)度達(dá)到T3梯度時(shí)，煤炭開(kāi)采開(kāi)始對(duì)林木的側(cè)枝生長(zhǎng)有影響。

4 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)油松林木生長(zhǎng)健康狀況評(píng)價(jià)得出：非開(kāi)采區(qū)油松林木健康狀況顯著好于開(kāi)采區(qū)，說(shuō)明煤炭開(kāi)采直接影響了油松林木的健康狀況，隨著開(kāi)采強(qiáng)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(guān)變得暗澀甚至發(fā)黃，生長(zhǎng)勢(shì)減弱，頂端優(yōu)勢(shì)衰退，枝葉稀疏，病蟲(chóng)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(guò)對(duì)油松林木側(cè)枝長(zhǎng)和徑的測(cè)定可以得出：煤炭開(kāi)采主要影響油松側(cè)枝長(zhǎng)的生長(zhǎng)，對(duì)徑生長(zhǎng)沒(méi)有明顯抑制作用。在不同開(kāi)采強(qiáng)度下，只有當(dāng)煤炭開(kāi)采強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)(28.7萬(wàn)t·km-2)，油松側(cè)枝長(zhǎng)生長(zhǎng)才出現(xiàn)抑制現(xiàn)象。

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

森林生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)需要充分有效的數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的來(lái)源直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠程度[6]?，F(xiàn)今我國(guó)尚未形成一個(gè)系統(tǒng)的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系，難以對(duì)現(xiàn)有森林健康狀況進(jìn)行相關(guān)分析和預(yù)測(cè)[7]。從現(xiàn)有國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究實(shí)例來(lái)看，評(píng)價(jià)所選用的指標(biāo),有些是定性的,有些是定量的[8]。同時(shí),在確定指標(biāo)的權(quán)重和基準(zhǔn)值的時(shí)候大多采用了主觀(guān)經(jīng)驗(yàn)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(guān)性較強(qiáng)[9]。在今后的研究中,應(yīng)該制定一種客觀(guān)的、簡(jiǎn)潔的指標(biāo)測(cè)度方法,用定量的測(cè)度結(jié)果,盡可能地降低主觀(guān)因素的影響。

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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(yáng)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