大通老爺山火燒跡地人工林恢復(fù)潛力調(diào)查

岳 亮，鄭淑霞，王 彬，劉 寧

(1.青海大學(xué)，青海 西寧 810016；2.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016；3.青海省高原林木遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016)

在全球氣候變暖及極端天氣增多的背景下，森林火災(zāi)呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢，造成重大損失。它不僅直接破壞陸地生態(tài)系統(tǒng)，還產(chǎn)生碳氧化物和煙塵污染大氣環(huán)境，干擾了生物地球化學(xué)循環(huán)，加速了自然災(zāi)害的發(fā)生，破壞了野生動(dòng)物棲息地，影響了人們的正常生活[1]。森林火災(zāi)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響和作用是多方面的，然而，適當(dāng)頻率和強(qiáng)度的林火，可以促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)，利于森林生態(tài)系統(tǒng)的維持，穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)的平衡，驅(qū)動(dòng)動(dòng)植物群落的發(fā)展，加速物種的更新繁殖[2]，維持生物多樣性。國內(nèi)外研究人員從不同側(cè)面對(duì)火后樹木天然更新與恢復(fù)進(jìn)行了研究。早在1900年前后，在國外有關(guān)林火對(duì)森林影響的調(diào)查報(bào)告就開始出現(xiàn)，然而直到20世紀(jì)80年代，林火生態(tài)才逐漸趨于成熟。其中，60年前美國懷俄明大學(xué)學(xué)者對(duì)火災(zāi)后林分恢復(fù)的各階段進(jìn)行了系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，通過自然更新方式，幼林樹種種間差異最大，更新速度快，取代性強(qiáng)。1971年，美國對(duì)加利福尼亞的重火災(zāi)區(qū)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)本地區(qū)灌叢耐火性極強(qiáng)，灌木群落以種子繁殖的方式迅速更新、恢復(fù)。我國對(duì)于火災(zāi)后林地的恢復(fù)情況研究較晚。對(duì)于火燒跡地植被更新、恢復(fù)的關(guān)注在1987年大興安嶺特大森林火災(zāi)后，許多專家實(shí)地考察，對(duì)森林更新、植被恢復(fù)、火燒強(qiáng)度、立地狀況等要素從不同的尺度進(jìn)行了大量研究，加快了我國在該領(lǐng)域的研究步伐[2]。徐鶴忠等[3]對(duì)不同火災(zāi)強(qiáng)度林分的天然恢復(fù)情況進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查研究。鄭煥能等[4]從大興安嶺林區(qū)主要樹種對(duì)火的適應(yīng)性方面深入研究，并明確各樹種適應(yīng)火災(zāi)類型。楊樹春等[5]通過對(duì)大興安嶺林區(qū)火燒跡地植被連續(xù)10年的研究，明確了過火后10年植被的變化情況及趨勢。

目前，我國西北地區(qū)關(guān)于林火植被恢復(fù)技術(shù)研究鮮有報(bào)道。因此，研究火燒跡地更新與恢復(fù)，特別是早期植被的更新與恢復(fù)是森林生態(tài)恢復(fù)的前提和基礎(chǔ)。本文在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過比較分析，探討了各主要林型樹木受損和天然恢復(fù)狀況，從樹種火后恢復(fù)能力的差異，探討樹種防火潛力和森林群落演替規(guī)律，為林分災(zāi)后重建提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)概況

研究區(qū)位于西寧市大通縣老爺山，地處青海省河湟谷地中部，大通盆地南端。屬大通山脈南支，為高原大陸性氣候，最高月均溫15.3℃，最低月均溫-10℃，≥15℃年積溫2038.5℃，年蒸發(fā)量1464.6mm。年降水量523.3mm。降水主要集中在7-9月，約占全年降水的56.7%。主峰海拔2928.3m，相對(duì)高差486.5m，山體呈東西走向，陰坡地形較平緩，水分條件好，植物生長繁茂。陽坡陡峭險(xiǎn)峻，土質(zhì)貧瘠，氣候干燥，植被較稀疏。土壤為栗鈣土和黑鈣土。區(qū)內(nèi)植被類型豐富，陰坡主要喬灌木樹種有白樺(BetulaplatyphyllaSuk.)、山楊(PopulusdavidianaDode.)、高山繡線菊(SpiraeaalpinaPall.)、灰栒子(CotoneasteracutifoliusTurcz.)、忍冬(LonicerajaponicaThunb.)和黃蘆木(BerberisamurensisRupr.)，陽坡半陽坡主要喬灌木樹種有白榆(UlmuspumilaL.)、沙棘(HippophaerhamnoidesL.)、山杏(PrunussibiricaL.)、甘蒙錦雞兒(CaraganaopulensKom.)、黃蘆木(BerberisamurensisRupr.)和匍匐栒子(CotoneasteradpressusBois.)等。

1.2 調(diào)查方法

1.2.1 林分受損和恢復(fù)情況調(diào)查

2017年2月，大通縣老爺山陽坡和半陰坡引發(fā)山火，過火面積約20hm2。以該火燒跡地為研究對(duì)象，于當(dāng)年3月-7月，分別進(jìn)行林分受損和恢復(fù)情況調(diào)查。將坡向和林型作為主導(dǎo)因子選擇調(diào)查樣方，調(diào)查樣方基本情況見表1。調(diào)查范圍涵蓋整個(gè)火災(zāi)區(qū)域，涉及4種林分類型，8種鄉(xiāng)土樹種。具體調(diào)查方法為，選擇代表性的地段，共設(shè)固定樣方4個(gè)。喬木樣方調(diào)查面積20m×20m，樣方內(nèi)喬木每木檢尺。同時(shí)，在樣方內(nèi)東南和西北角各設(shè)一個(gè)10m×10m的樣方，進(jìn)行灌木狀況調(diào)查，樣方內(nèi)灌木每木檢尺。灌木林調(diào)查面積10m×10m，每木檢尺。

1.2.2 植被受損及恢復(fù)情況調(diào)查

調(diào)查包括火燒跡地概況、樹高、胸徑(地徑)、冠幅、分枝、熏黑高度、燒傷高度、地上死亡、萌發(fā)率、萌發(fā)枝條數(shù)、萌發(fā)枝長度及死亡率等。天然更新的火燒強(qiáng)度是根據(jù)燒死木所占比例和樹木平均熏黑高度與樹高比值確定：輕度火燒的燒死木比例<30%，樹木平均熏黑高度與樹高的比值小于1/3；中度火燒的林木受損率在30%-70%之間，樹木平均熏黑高度與樹高比值在1/3-2/3之間；重度火燒的林木受損率>70%，樹木平均熏黑高度與樹高的比值大于2/3[6，7]。樣地概況見表1。采用火場植被調(diào)查法，實(shí)地觀測調(diào)查各樣方樹種的燒傷率(樹木燒傷高度與樹高的比值)、地上死亡(樹木的地上部分火燒后死亡，地下根部或萌芽條仍存活的植株占比)和萌發(fā)率(樹木萌發(fā)株數(shù)與總株數(shù)的比值)，了解各樣方不同樹種的受損及恢復(fù)情況后，判斷出各樣方樹種的自身防火性能，即燃燒性、抗火性和耐火性。樹種的燃燒性指樹種著火難易程度(易燃性、難燃性)以及著火后表現(xiàn)的燃燒狀態(tài)和燃燒強(qiáng)度的綜合程度；抗火性是指樹種對(duì)火的抵御能力；耐火性是指樹種遭受火燒的承受能力[8-10]。并結(jié)合周學(xué)海等[11]，李志興等[12]的研究，比較樹種防火性能，對(duì)個(gè)別樹種進(jìn)行篩選，如白榆、山杏等。

表1 火燒跡地調(diào)查樣方概況

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林型樹木受損及恢復(fù)情況

不同林型樹木受損及恢復(fù)情況不同(見表2)。沙棘×白榆混交林火燒跡地位于半陰坡，火災(zāi)強(qiáng)度為中度。從調(diào)查情況看，沙棘的燒傷率為76.00%，地上死亡率17.60%，萌發(fā)率為18.50%，為易燃性樹種。白榆燒傷率為33.20%，地上死亡率28.60%，萌發(fā)率為71.40%，為抗火性樹種。

表2 不同林型樹木受損及恢復(fù)情況

沙棘×白榆混交林內(nèi)其它樹種高山繡線菊、油松燒傷程度最重，燒傷率為100.00%、92.30%，祁連圓柏、甘蒙錦雞兒和檸條次之，燒傷率分別為78.10%、73.30%、54.90%。油松、甘蒙錦雞兒、檸條的地上死亡率均達(dá)到100.00%，受損最為嚴(yán)重，祁連圓柏(71.50%)、高山繡線菊(66.70%)次之。萌發(fā)能力突出的樹種為檸條、甘蒙錦雞兒，萌發(fā)率分別為100.00%、95.00%。從林分受損和總體恢復(fù)狀況來看，沙棘×白榆混交林內(nèi)抗火性樹種為山杏，耐火性樹種為檸條和甘蒙錦雞兒，易燃性樹種為油松、祁連圓柏和高山繡線菊。因高山繡線菊在該混交林內(nèi)數(shù)量較少，代表性不強(qiáng)，其樹種燃燒特性還有待進(jìn)一步觀察確定。

白榆×沙棘×山杏混交林中沙棘受損程度最高，燒傷率最高達(dá)97.90%，地上死亡率為95.00%。白榆在受損后植株全部重新萌發(fā)，沙棘和山杏的萌發(fā)率分別為45.70%和24.00%。由此可見，在中度火燒跡地上，白榆在地上部分死亡的情況下，可從基部重新萌發(fā)，耐火性比沙棘和山杏強(qiáng)。另外，在白榆×沙棘×山杏混交林的更新調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，沙棘和白榆萌發(fā)率分別為45.70%、100.00%，存在天然更新現(xiàn)象，即沙棘為萌蘗苗更新，白榆為實(shí)生苗更新。

從沙棘×甘蒙錦雞兒×油松混交林重度火燒跡地中樹木受損和恢復(fù)情況可知，甘蒙錦雞兒、油松、沙棘、紫丁香4個(gè)樹種燒傷率比分別為64.80%、94.30%、57.70%、100.00%。地上植株死亡率分別為100.00%、85.70%、90.00%、100.00%。萌發(fā)率分別為100.00%、0.00%、30.00%、83.70%。從恢復(fù)情況來看，甘蒙錦雞兒和紫丁香具有更好的耐火性，沙棘耐火性較差，油松不具備耐火性。

匍匐栒子是薔薇科栒子屬的一種落葉匍匐灌木，生于海拔1900-4000m的山坡雜木林邊及巖石山坡。本次調(diào)查中，匍匐栒子片林天然分布于山地陽坡?；馃E地樹木受損和恢復(fù)情況中，匍匐栒子片林燒傷率為100.00%，地上植株死亡率為100.00%，植株全部存活。樹種萌發(fā)率為100.00%。因此，匍匐栒子具有良好的耐火性。

通過對(duì)四種林型樹木受損及恢復(fù)情況的調(diào)查得知：抗火性好的樹種為白榆和山杏，耐火性好的樹種是檸條、甘蒙錦雞兒、匍匐栒子和紫丁香，易燃性樹種為祁連圓柏和油松。白榆×沙棘×山杏混交林內(nèi)，中度火燒跡地現(xiàn)場出現(xiàn)沙棘和白榆林天然更新苗，表面兩個(gè)樹種在火災(zāi)后，可以實(shí)現(xiàn)樹木的自我更新。

2.2 樹木直徑大小對(duì)樹種受損及恢復(fù)情況的影響

2.2.1 沙棘

沙棘是青海腦山地區(qū)陽坡半陽坡的建群種，也是主要的造林樹種。本次調(diào)查的沙棘樹木直徑分布在0.2cm-8.3cm，分為6種直徑類型。從表3可以看出，根據(jù)樹木燒傷程度來看，樹體總體受損較重，隨著樹木直徑的增加，熏黑率與燒傷率不斷減小，地上部分死亡率逐漸降低。從林分恢復(fù)情況看，根部萌發(fā)率隨著直徑增大不斷減小，并且樹木燒傷程度越重，根部萌發(fā)率越高。其中直徑<1cm的沙棘燒傷最嚴(yán)重，根莖部萌發(fā)率最高，達(dá)到82.40%。

表3 不同直徑沙棘受損及恢復(fù)情況

2.2.2 白榆

白榆是青海省主要的鄉(xiāng)土闊葉樹種，也是重要的造林樹種。白榆抗旱性強(qiáng)，在年降雨量不足200mm，空氣相對(duì)濕度在50%以下的荒漠地區(qū)能正常生長。樹木直徑分布在1.0cm-15.6cm。從表4可以看出，根據(jù)林分燒傷程度來看，白榆總體受損輕，隨著樹木直徑的增加，燒傷率和熏黑率逐漸降低，并且植株地上部分死亡率普遍較低。從林分恢復(fù)情況來看，白榆恢復(fù)狀況良好，萌發(fā)能力較強(qiáng)。且隨著樹木直徑的增加，林分受損程度降低，萌發(fā)率下降。

表4 不同直徑白榆受損及恢復(fù)情況

2.2.3 油松

油松是青海省主要的鄉(xiāng)土針葉樹種，也是重要的山地陽坡半陽坡造林樹種。樹木直徑分布在0cm-3cm。從表5調(diào)查結(jié)果來看，油松受損后死亡率極高。其中，胸徑0cm-2cm的油松火燒后100%地上死亡，直徑2-3cm的油松苗木地上死亡為92.30%。從恢復(fù)情況看，油松受損后萌發(fā)率為零，恢復(fù)能力弱。

表5 不同直徑油松受損及恢復(fù)情況

2.2.4 甘蒙錦雞兒

甘蒙錦雞兒是青海山地陽坡主要的造林樹種。本次對(duì)陽坡不同主枝直徑的甘蒙錦雞兒進(jìn)行恢復(fù)情況調(diào)查，主枝直徑分布在0.5cm-4.0cm的四種直徑類型。從表6可以看出，甘蒙錦雞兒總體受損較重，各徑階植株地上部分全部死亡，火燒后甘蒙錦雞兒具有超強(qiáng)的萌發(fā)力，萌發(fā)率達(dá)到100%，主枝粗細(xì)對(duì)萌發(fā)率的影響不明顯，但隨著主枝粗度的增加，新萌條高度逐漸變小，新萌條數(shù)變少。

表6 不同直徑甘蒙錦雞兒受損及恢復(fù)情況

3 結(jié)論與討論

大通老爺山火燒跡地調(diào)查結(jié)果：抗火性好的樹種為白榆和山杏，耐火性好的樹種是檸條、甘蒙錦雞兒、匍匐栒子和紫丁香，易燃性樹種為祁連圓柏和油松。

白榆×沙棘×山杏混交林內(nèi)，中度火燒跡地現(xiàn)場出現(xiàn)沙棘和白榆林天然更新苗，其中，沙棘為萌蘗苗更新，白榆為實(shí)生苗更新。說明這兩個(gè)樹種在火災(zāi)后，可以實(shí)現(xiàn)樹木的自我更新。

隨著沙棘和白榆樹木直徑的增加，兩者熏黑率與燒傷率不斷減小，沙棘地上部分死亡率逐漸降低。同時(shí)，樹木燒傷程度越重，萌發(fā)率越高。這與邵明珠[13]研究中得出的結(jié)論相符。在本次調(diào)查中，甘蒙錦雞兒和油松直徑大小對(duì)樹木受損與恢復(fù)情況影響不明顯，各徑階甘蒙錦雞兒地上死亡率和油松實(shí)際死亡率皆為100%，這可能與植物本身的化學(xué)成分有關(guān)，枝條粗度因子在這類樹種中不占主導(dǎo)作用。具體原因有待進(jìn)一步探究。

火燒跡地中針葉樹種與闊葉樹種受損及恢復(fù)情況不同。在此次調(diào)查中，油松、祁連圓柏兩種針葉樹受損情況嚴(yán)重，甚至全部死亡，屬于易燃性樹種。針葉樹種較闊葉樹種燃燒性強(qiáng)，含油量高，灰分含量低，葉面提取物含量較多，熱釋放率下降慢，跟其受損情況有一定的聯(lián)系[7，14]。通常闊葉林木繁殖與更新能力要大于針葉林木，與陳曦等[15]結(jié)論相同。優(yōu)勢種往往種子或根系耐火，生長速度快，且根部萌蘗能力強(qiáng)，適應(yīng)能力強(qiáng)且易傳播?？梢姡叫优c白榆作為此地區(qū)的防火優(yōu)勢種，符合防火樹種主要要求[11，12，16，17]，是較為理想的防火樹種。

由于各林分受災(zāi)面積，樹種類型、大小及受災(zāi)程度等因素不受人為控制，此次調(diào)查實(shí)踐中，個(gè)別樹種因受災(zāi)數(shù)量較少或缺乏大徑階的苗木，致使調(diào)查數(shù)據(jù)不完整，這類樹種的受損和恢復(fù)情況有待在今后的研究觀察中進(jìn)一步驗(yàn)證。