不同離海距離木麻黃防護(hù)林單木健康評(píng)價(jià)

劉賀娜　李茂瑾　王艷艷　江傳陽　李坤玲　吳承禎　陳燦

摘 ?要：單木健康評(píng)價(jià)是森林健康監(jiān)測的重要組分。強(qiáng)烈的沿海梯度環(huán)境造成我國沿海重要的人工防護(hù)林出現(xiàn)不同程度受損，但因忽視在生態(tài)系統(tǒng)脆弱情況下生長的樹木健康情況，使得單木尺度和不同離海距離的健康評(píng)價(jià)研究甚少。為此，本研究以沿海木麻黃防護(hù)林為研究對(duì)象，將其離海距離由近到遠(yuǎn)劃分為5個(gè)梯度，建立了由根部受損程度、冠層落葉度、樹冠透視度、樹冠重疊度、樹冠枯梢比重、樹冠層比重和樹冠偏斜度等指標(biāo)構(gòu)成的單木健康評(píng)價(jià)體系。結(jié)果表明：沿海木麻黃防護(hù)林單木健康情況整體較差，17.78%的林木處于不健康等級(jí)，僅有4.44%的林木處于優(yōu)質(zhì)健康等級(jí);由海岸向林地內(nèi)部，木麻黃防護(hù)林表現(xiàn)出明顯的健康變化趨勢，距海越遠(yuǎn)，木麻黃單木健康程度越高;第1梯度不健康等級(jí)林木達(dá)33.33%，顯著多于第2梯度（P<0.05），且沒有優(yōu)質(zhì)健康等級(jí)的林木，而第5梯度不健康等級(jí)林木顯著少于第3和第4梯度（P<0.05），且健康及以上等級(jí)林木占比93.33%。研究結(jié)果為沿海木麻黃防護(hù)林的健康管理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：單木健康評(píng)價(jià);沿海防護(hù)林;森林健康;木麻黃

中圖分類號(hào)：S792.93 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Single-wood Health Assessment in Casuarina Protection Forests at Different Distances from the Coastline

LIU Hena1，2， LI Maojin3， WANG Yanyan1，2， JIANG Chuanyang3， LI Kunling1，2， WU Chengzhen4， CHEN Can1，2*

1. School of Forestry， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China; 2. Collegiate Key Lab of Forest-Ecosystem Process and Management in Fujian， Fuzhou， Fujian 350002， China; 3. Fujian Quanzhou Forestry Bureau， Quanzhou， Fujian 362000， China; 4. Wuyi University， Nanping， Fujian 354300， China

Abstract： Single-wood health assessment is an important part of forest health monitoring. Coast protect forest is one of the critical plantation ecosystems in China， which is damaged to some extent in a strong variation environment with intense differences from the ocean to the land. But， at present the research on the assessment of forest health in a single-wood scale and in different distances from the coast line is so scarce due to overlooking the health of the trees growing in the weakness of the ecosystem. In order to make up the gap， we took different Casuarina forests as the study objects， divided their distances into five gradients from near to far， which was from the forest edge facing the sea to the forest interior， and established a single-wood health assessment system including the indexes of root damage， crown deciduous degree， canopy transparency， crown overlap， crown dieback， canopy weight and crown deviation. The overall health of single-wood trees in the coastal Casuarina forest was poor with 17.78% unhealthy and only 4.44% in good health. The different gradients of the coastal Casuarina forest showed obvious significant from the coast forest trees to the interior ones. The unhealthy grade trees in the first gradient were up to 33.33%， which was significantly more than that in the second one （P<0.05）， and there were no high grade trees. The unhealthy trees in the fifth gradient were significantly less than that in the third and fourth gradients （P<0.05） with 93.33% of the health and above grades. The study would lay a basis for the health management of coastal Casuarina protection forests.

Keywords： single-wood health assessment; coastal shelter forest; forest health; Casuarina

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.11.025

森林健康是森林可持續(xù)經(jīng)營管理的重要組分，對(duì)森林健康水平和導(dǎo)致森林不健康原因的認(rèn)知能夠有力支持森林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[1]。因此，21世紀(jì)后我國開始注重森林健康的研究與實(shí)施[2-4]，提出和建立了多種森林健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法[5-7]，這些方法多數(shù)以森林類型、林分、小班等為評(píng)價(jià)單元[8-9]，但對(duì)于人工純林這種特殊的森林類型來說，單木健康是保證森林生態(tài)系統(tǒng)健康的基礎(chǔ)[10-11]。特別當(dāng)森林所處環(huán)境具有顯著的環(huán)境梯度差異時(shí)，若不從個(gè)體健康角度探討林分健康，即使森林生態(tài)系統(tǒng)暫時(shí)擁有整體健康并不能代表每一個(gè)體的健康。因忽視處于最惡劣環(huán)境中林木的健康，錯(cuò)過最佳干預(yù)時(shí)間，將成為森林生態(tài)系統(tǒng)崩潰的隱患。

沿海防護(hù)林是處于海陸交界強(qiáng)烈沿海梯度環(huán)境中的人工林，也是我國重要的防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)和沿海生態(tài)安全屏障。我國擁有超過1.8萬km的漫長大陸海岸線，因常年風(fēng)災(zāi)沙害，自20世紀(jì)50年代開始建設(shè)沿海防護(hù)林體系，其中木麻黃（Casuarina equisetifolia L.）因其良好的防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、保持水土和改良土壤等功能，在我國沿海廣泛種植[12]，是東南沿海重要的防護(hù)林樹種。

森林健康概念的發(fā)展，多變的沿海環(huán)境，使防護(hù)林健康研究越來越受到關(guān)注[13]，但是，對(duì)由海陸過渡特征和海洋侵蝕干擾造成木麻黃防護(hù)林不同程度的梯度受損的研究不夠深入，適用于此類研究的單木健康評(píng)價(jià)也未見報(bào)道。對(duì)防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)薄弱處針對(duì)性防范措施的缺乏，增大了防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)退化的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本研究以福建省赤湖林場的木麻黃防護(hù)林為對(duì)象，以離海距離為梯度，結(jié)合國內(nèi)外對(duì)單木健康評(píng)價(jià)的研究，嘗試建立不同離海距離的木麻黃單木健康評(píng)價(jià)體系，以期為沿海木麻黃防護(hù)林的健康可持續(xù)經(jīng)營管理提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?研究地概況

福建惠安赤湖國有防護(hù)林場擁有我國木麻黃國家林木種質(zhì)資源庫，位于福建省泉州市惠安縣崇武鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為245～252N，1184～ 1191E，地處亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫在17.5～20.2 ℃之間，年均降水量在1000 mm左右，無霜期超過300 d，年日照達(dá)2100 h。20世紀(jì)60年代，該林場開始建造大面積的沿海防護(hù)林，并逐步形成了以木麻黃沿海防護(hù)林為主的相對(duì)穩(wěn)定的沿海防護(hù)林體系。

1.2 ?樣地設(shè)置

以惠安縣赤湖林場的木麻黃為觀測對(duì)象，3個(gè)空白樣方，15個(gè)分梯度樣方。從距海10 m防護(hù)林開始，以30 m為一個(gè)梯度進(jìn)行劃分，共5個(gè)梯度（T1、T2、T3、T4和T5），每個(gè)梯度隨機(jī)選取3個(gè)10 m×10 m的樣方;在距海較遠(yuǎn)（超過150 m）的林場內(nèi)部，取3個(gè)10 m×10 m空白樣方（Tck）。在每個(gè)樣地內(nèi)采用五點(diǎn)取樣法，隨機(jī)選擇5棵木麻黃樣木。

1.3 ?林木調(diào)查和評(píng)價(jià)方法

1.3.1 ?調(diào)查因子和評(píng)價(jià)體系 ?根據(jù)程志楚等[14]提出的單木尺度的森林健康評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，選取根部受損度、冠層落葉度、樹冠透視度、樹冠重疊度、樹冠枯梢比重和樹冠層比重6項(xiàng)指標(biāo)作為本研究的單木健康評(píng)價(jià)指標(biāo);同時(shí)結(jié)合本研究實(shí)際情況并參考國內(nèi)外研究[15-16]，特增加樹冠偏斜度指標(biāo)并建立相應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。根部受損度、冠層落葉度、樹冠透視度、樹冠重疊度和樹冠枯梢比重均為視覺觀測因子，樹冠層比重和樹冠偏斜度均需要計(jì)算求得。

樹冠層比重計(jì)算公式：

（1）

式中：B為樹冠層比重;H為樹高;H為活枝高。

樹冠偏斜度計(jì)算公式：

（2）

式中：C為樹冠偏斜程度;CWe為東向冠幅;CWS為南向冠幅;CWw為西向冠幅;CWn為北向冠幅; 為平均冠幅。本研究求得的樹冠偏斜度最大值為4，最小值為0，以平均值為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)將樹冠偏斜度劃分為5級(jí)，樹冠偏斜度越大，評(píng)分越低。

以下7項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成沿海木麻黃防護(hù)林單木健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：根部受損程度（A1）、冠層落葉度（A2）、樹冠透視度（A3）、樹冠重疊度（A4）、樹冠枯梢比重（A5）、樹冠層比重（A6）和樹冠偏斜度（A7），并建立單木健康調(diào)查指標(biāo)及對(duì)應(yīng)得分表作為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（表1）：

1.3.2 ?指標(biāo)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化處理 ?為消除指標(biāo)體系量綱的差異，運(yùn)用極差正規(guī)化對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其值域范圍在0～1之間。計(jì)算公式為：

（3）

式中：X為指標(biāo)原始值，X為指標(biāo)處理后的值，Xmax為指標(biāo)中的最大值，Xmin指標(biāo)中的最小值。

1.3.3 ?指標(biāo)權(quán)重的確立 ?常見的指標(biāo)權(quán)重確定方法主要分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩大類，由于主觀賦權(quán)法人為影響較大，故本文選取客觀賦權(quán)法中的熵值法[17]進(jìn)行木麻黃單木健康評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確立。為防止因某一評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值較大而提升評(píng)價(jià)結(jié)果分值的情況出現(xiàn)，本研究在評(píng)價(jià)時(shí)采用了分段式評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行單木健康評(píng)價(jià)，即：若某一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)得分為0，該樣木直接判定為不健康等級(jí)。

1.3.4 ?評(píng)價(jià)模型 ?結(jié)合張秋根等[18]的森林生態(tài)系統(tǒng)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，制定沿海木麻黃單木健康等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)單木健康度數(shù)值進(jìn)行分級(jí)：0～0.4為不健康等級(jí)，0.4～0.55為亞健康等級(jí)，0.55～0.7為健康等級(jí)，0.7～0.85為良好健康等級(jí)，0.85～1為優(yōu)質(zhì)健康等級(jí)。

運(yùn)用單木健康評(píng)價(jià)按綜合指數(shù)公式（4）對(duì)無量綱化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

（4）

式中：H為單木健康度，m為指標(biāo)數(shù)（m=7），n為每個(gè)指標(biāo)下單木的個(gè)數(shù)，Wi為指標(biāo)權(quán)重，Xij為第i個(gè)指標(biāo)下第j個(gè)樣本原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

當(dāng)有一項(xiàng)指標(biāo)為0時(shí)，直接判定其為不健康等級(jí)。最終得到的評(píng)價(jià)模型為：

（5）

式中：A為任意一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其他符號(hào)同公式（4）。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA）和多重比較（LSD），數(shù)據(jù)的整理分析和圖表繪制均在Excel 2016軟件中完成。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?指標(biāo)權(quán)重

各指標(biāo)的權(quán)重大小直接影響到綜合評(píng)價(jià)值的高低[19]，從而影響到對(duì)單木健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)。運(yùn)用熵值法求得各指標(biāo)的權(quán)重，A1的權(quán)重為0.144，A2的為0.145，A3的為0.143，A4的為0.143，A5的為0.139，A6的為0.142，A7的為0.144。其中，A5的權(quán)重偏低，說明樹冠枯梢比重在單木評(píng)價(jià)中作用偏小，其他指標(biāo)權(quán)重大小相差不大。

2.2 ?沿海木麻黃單木健康評(píng)價(jià)各指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

調(diào)查顯示，木麻黃樣木最大胸徑為62 cm，最高達(dá)16 m。由表2可知，標(biāo)準(zhǔn)化后的7項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，A4平均值最高為0.77，A1均值為0.76，說明林內(nèi)重疊指數(shù)低，大多數(shù)林木根部狀態(tài)良好，少部分有損傷。A2、A3和A7均值在0.58～0.70之間，說明林地中樣木的落葉和枝干傾斜較為嚴(yán)重。此外，A5、A6僅0.5左右，說明部分林木的活力較低，且樹冠出現(xiàn)落葉枯死，林木衰退現(xiàn)象明顯。

計(jì)算結(jié)果顯示，隨離海距離的增加，A1中T1～T4的值均沒有顯著差異（P>0.05），僅有T5的值顯著高于其他梯度（P<0.05）;這與調(diào)查前，因防火需要對(duì)林下部分凋落物進(jìn)行清掃有關(guān)，清掃造成林內(nèi)樣木根部露出，而T1因距海較近，為減少海風(fēng)對(duì)土壤的吹蝕，其林下凋落物反而被保留下來。A2中T1值顯著低于其他梯度（P<0.05），T2、T3顯著低于Tck（P<0.05），但T2、T3與T4、T5之間沒有顯著差異（P>0.05），說明離海距離確實(shí)對(duì)A2產(chǎn)生很大影響。A3中T1值顯著低于其他梯度（P<0.05），因?yàn)門1受風(fēng)吹蝕最嚴(yán)重，樹葉在強(qiáng)風(fēng)吹蝕下干枯脫落，使得樹冠透視度高。A4各梯度均沒有顯著差異（P>0.05），這與調(diào)查前林地內(nèi)部的間伐有關(guān)，間伐降低了樹冠重疊度，提高了林地內(nèi)部樣木A4的分值。除T5外，各梯度的A5和A6值均顯著低于Tck（P<0.05），且T1、T2、T3的A5、A6值沒有顯著差異（P>0.05），但T4的A5值顯著高于T1（P<0.05），說明離海距離對(duì)A5、A6值均有很大影響。A7中T1值顯著低于Tck（P<0.05），其他梯度沒有顯著差異（P>0.05），說明靠海最近的T1處樣木的樹冠偏斜程度最嚴(yán)重，且A7對(duì)T1的評(píng)分有很大影響。

2.3 ?沿海木麻黃防護(hù)林單木健康評(píng)價(jià)結(jié)果

單木健康評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。在90棵木麻黃樣木中，處于健康等級(jí)的最多，達(dá)37.78%;其次是良好健康等級(jí)的達(dá)31.11%;優(yōu)質(zhì)健康的最少，僅有4.44%;不健康等級(jí)的有17.78%。健康及以上等級(jí)的比例為73.33%，說明沿海防護(hù)林總體上保持健康，這得益于木麻黃本身較好的抗性和林場一定程度上的經(jīng)營管理，但值得注意的是，仍有超1/4的林木不健康或亞健康，這也給防護(hù)林的可持續(xù)經(jīng)營帶來了挑戰(zhàn)。

隨著離海距離的增加，木麻黃單木整體健康情況趨好。離海最近的T1內(nèi)，不健康等級(jí)樣木顯著高于T2（P<0.05），占比達(dá)33.33%;受沿海強(qiáng)風(fēng)影響，各方向平均冠幅差值很大，樹冠向西南方向嚴(yán)重偏斜，強(qiáng)風(fēng)吹蝕導(dǎo)致部分林木根系裸漏，這是單木健康評(píng)價(jià)低的主要原因。T2中沒有枯死木，風(fēng)力減弱，冠幅差減小，單木生長狀況較T1明顯改善，不健康等級(jí)樣木顯著減少（P<0.05），僅有6.67%。T3內(nèi)出現(xiàn)良好健康等級(jí)樣木，顯著多于T1、T2（P<0.05），達(dá)到26.67%;但處于不健康等級(jí)的樣木顯著多于T2（P<0.05），增加至33.33%;這與枯死木和低評(píng)分樣木有關(guān)，此距離下木麻黃剛好進(jìn)入亞健康等級(jí)范疇，抵抗病蟲能力不高，但因離海有一段距離反而有利于病蟲害發(fā)生。T4內(nèi)大部分木麻黃已可較好存活，出現(xiàn)了6.67%的優(yōu)質(zhì)健康等級(jí)樣木，未達(dá)到顯著差異（P>0.05）;但有40.00%的良好健康等級(jí)樣木，顯著多于T1、T2（P<0.05）。T5內(nèi)僅有6.67%的不健康等級(jí)樣木，顯著少于T3、T4（P<0.05），其余樣木均達(dá)到健康及以上等級(jí)，說明在該梯度內(nèi)木麻黃受海岸環(huán)境影響不大?？瞻滋荻戎袥]有不健康等級(jí)或者亞健康等級(jí)的樣木，其中良好健康等級(jí)的數(shù)量顯著高于各梯度（P<0.05），達(dá)73.33%。

3 ?討論

木麻黃本身的優(yōu)良抗性是其健康的基礎(chǔ)。整體看來，該年齡段木麻黃較為健康，生長狀況良好、冠幅飽滿均體現(xiàn)了木麻黃對(duì)沿海環(huán)境的適應(yīng)能力，值得注意的是樹冠間重疊程度低，說明多年生木麻黃林已渡過早期的殘酷競爭階段，陽性樹種對(duì)冠層有更大的空間需求，導(dǎo)致冠層競爭失敗者無法存活到此階段[20];研究區(qū)林木的林齡為27 a，木麻黃15～20 a即進(jìn)入成熟期[21]，之后活細(xì)根生物量不斷減小[22]，林木健康狀況逐漸降低，直至死亡。此外，木麻黃的枝系具有較強(qiáng)的變異性和形態(tài)可塑性[23]，在沿海常年大風(fēng)吹蝕下，樹干因逐漸受力向背風(fēng)面傾斜，而過于筆直者則易折斷不被保留，這是造成林木樹干傾斜現(xiàn)象的根本原因，也是T1樹冠偏斜度評(píng)分顯著低于對(duì)照組的原因（P<0.05）。

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收稿日期 ?2019-10-29;修回日期 ?2019-12-22

基金項(xiàng)目 ?國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（No. 2017YFD060130403）;福建省林業(yè)科技項(xiàng)目（閩林科便函〔2018〕26號(hào)）;泉州林業(yè)局自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. KH1701740）。

作者簡介 ?劉賀娜（1997—），女，碩士研究生，研究方向：空間異質(zhì)性和海岸帶森林與環(huán)境。*通信作者（Corresponding author）：陳 ?燦（CHEN Can），E-mail：canchen@fafu.edu.cn。