天山野果林野杏種群受損現(xiàn)狀

褚佳瑤 ，馮琳驕 ，楊亞飛 ，陸 彪 ，王 強 ，周 龍 ，王 瑾

（1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 特克斯縣林業(yè)和草原局，新疆 伊犁 835500；3. 伊犁州林業(yè)科學(xué)研究院，新疆 伊犁 839300）

新疆野杏Prunus armeniaca為薔薇科Rosaceae李屬Prunus落葉喬木，是新疆野果林的重要物種之一[1]。杏最早起源于我國，新疆天山野杏林是重要的野杏集中分布地，野杏林蘊含著寶貴的種質(zhì)資源，在栽培杏的起源與進化中占有重要地位，是栽培杏的原始種[2]。近年來，全球氣候的變暖和旅游業(yè)的發(fā)展直接破壞了野果林的生態(tài)環(huán)境[3]，造成野果林內(nèi)的野生果樹種性退化，種群面積逐年減少。同時，野果林內(nèi)的病蟲害連續(xù)高發(fā)，除了杏芽癭和穿孔病等病蟲害頻發(fā)，杏樹鬃球蚧在新疆野果林暴發(fā)成災(zāi)，嚴重危害著野杏的生存[4-5]。在20世紀90年代，王磊等[6]指出僅在鞏留縣吾都布拉克溝里的野杏就約有0.27萬hm2；在1959年，林培鈞等[7]經(jīng)考察發(fā)現(xiàn)伊寧縣匹里青溝野杏純林的生長發(fā)育良好，后因遭到嚴重破壞而成片消失；在2021年，陳學(xué)森等[8]報道當(dāng)前分布于我國新疆伊犁河谷的野杏約有0.13萬hm2，可見野杏已經(jīng)處于嚴重受損狀態(tài)。為了更好地保護和利用野杏資源，前人就其表型多樣性[9]、果實性狀[10]、幼苗更新[11]和遺傳多樣性[12-13]等方面開展了較多研究，但是關(guān)于野杏種群受損情況的評估鮮見報道。

開展林木受損現(xiàn)狀調(diào)查是森林健康監(jiān)測研究中必不可少的內(nèi)容[14]，能夠更好地實現(xiàn)對森林資源的保護與利用。張紅玉等[15]將昆蟲作為指示物種進行森林健康監(jiān)測，實現(xiàn)了對森林生態(tài)系統(tǒng)健康的評價。魏紅洋等[16]的研究結(jié)果表明，運用單位圓評價體系能夠?qū)崿F(xiàn)對林分結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的長期監(jiān)測。當(dāng)前在開展森林健康監(jiān)測時多采用遙感監(jiān)測技術(shù)[17-18]，采用這種方法能夠宏觀地反映森林的健康狀況，但缺乏對林木個體受損情況和受損原因的探索研究?，F(xiàn)階段新疆野杏種群已經(jīng)受到嚴重損害，然而受損的原因和現(xiàn)狀尚不明晰，無法提供科學(xué)的保育措施，因此調(diào)查受損現(xiàn)狀已經(jīng)刻不容緩。本研究中通過在新疆野杏集中分布區(qū)設(shè)置臨時性樣地，進行野外實際調(diào)查，統(tǒng)計新疆野杏不同居群的受損現(xiàn)狀，分析造成新疆野杏受損的因素，期望為新疆野杏種群的保護與開發(fā)利用提供技術(shù)參考。

1 研究區(qū)概況

新疆野杏生長在新疆天山西部山地中的伊犁谷地（80°46′～ 83°26′E，43°13′～ 44°26′N），該谷地為具有“海洋性”氣候特色的溫濕帶小區(qū)。新疆野杏主要分布于海拔900～1 600 m的山地陽坡、半陽坡、半陰坡。野杏林的土壤多為有較厚的腐殖質(zhì)、質(zhì)地結(jié)構(gòu)良好、富含鹽基物質(zhì)的黑鈣土，在坡積母質(zhì)和洪積母質(zhì)形成的土層較薄、肥力較低的土壤環(huán)境下也有分布。該地區(qū)年降水量較大，春季濕潤、夏季涼爽、冬季積雪豐厚，并有山脈屏障保護，因而物種能免于寒流侵襲，分布有豐富的野生果樹群落，有大面積的野蘋果Malus sieversii、野杏Prunus armeniaca、野生櫻桃李Prunus divaricata、野山楂Crataegus cuneata、野核桃Juglans cathayensis等，草本植物有稗草Echinochloa crusgalli、灰綠藜Chenopodium glaucum等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

在新疆野杏自然分布區(qū)域，根據(jù)野杏在野果林中的自然分布特點，采用樣方樣帶法，對不同居群的野杏設(shè)置不同海拔、不同坡向、不同坡度的樣方，樣方大小設(shè)置為20 m×20 m。根據(jù)野杏的分布上限和下限，以100 m為1個海拔梯度，劃分5個梯度范圍，每個梯度設(shè)置樣方；依據(jù)郭濼等[19]的方法劃分坡度（s）為5級，包括緩坡（5°≤s＜15°）、斜坡（15°≤s＜25°）、陡坡（25°≤s＜35°）、急坡（35°≤s＜45°）、險坡（≥45°），每個坡度等級設(shè)置樣方；依據(jù)高清竹等[20]的方法劃分9個坡向，包括東坡、東北坡、北坡、西北坡、西坡、西南坡、南坡、東南坡、平地，每個坡向設(shè)置樣方。共設(shè)置39個樣方，合計15 600 m2。記錄樣地內(nèi)海拔、經(jīng)度、緯度、坡向、坡度等地形因子，對樣地內(nèi)喬木、灌木進行每木檢尺，調(diào)查高度、冠幅、胸徑、基徑、健康等級、數(shù)量等。各樣方的基本情況如表1所示。

2.2 林木受損程度劃分

參照蘇志堯等[21]的等級劃分標準，結(jié)合野果林實地踏查情況，將天山野果林內(nèi)野杏林木受損情況分為5個等級，詳細情況見表2。

表1 新疆野杏調(diào)查樣方的基本情況Table 1 Basic situation of P. armeniaca investigation sample plot

表2 新疆野杏林木受損程度劃分等級Table 2 P. armeniaca forest damage degree classification grade

2.3 林木傷害指數(shù)計算

參照陳忠東[22]的林木傷害指數(shù)計算方法，并且依據(jù)新疆野杏受損程度劃分標準，將新疆野杏的傷害等級作為林木傷害指數(shù)的代表數(shù)值（R），計算野杏的林木傷害指數(shù)（I）。

式中：ni為第i傷害等級的植株數(shù)量；Ri為第i傷害等級的代表數(shù)值，分別為0、1、2、3、4；nt為植株的總數(shù)量；4為傷害最重等級的代表數(shù)值。

2.4 群落物種多樣性測度

參照馬克平等[23]和巫翠華等[24]的生物群落多樣性測度方法，采用物種豐富度指數(shù)D（即樣地內(nèi)所有物種的數(shù)量S）、Shannon-Wiener（SW）指數(shù)H、Simpson指數(shù)H'、Pielou均勻度指數(shù)J計算野杏群落物種多樣性。

式中：Ni表示第i個種的個體數(shù)量；N為群落中所有種的個體總數(shù)量；Pi為第i個種的相對多度。

2.5 種群徑級結(jié)構(gòu)劃分

徑級結(jié)構(gòu)參照程子敏等[25]和魯珊等[26]的方法進行劃分。結(jié)合實際調(diào)查情況，以胸徑（φB）代替年齡，將種群劃分為7個徑級，從第Ⅰ徑級之后每級間隔10 cm，第Ⅰ徑級為φB＜15 cm，第Ⅱ徑級為15 cm≤φB＜20 cm，第Ⅲ徑級為20 cm≤φB＜25 cm，第Ⅳ徑級為25 cm≤φB＜30 cm，第Ⅴ徑級為30 cm≤φB＜35 cm，第Ⅵ徑級為35 cm≤φB＜40 cm，第Ⅶ徑級為40 cm≤φB。

2.6 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2010和SPSS 21.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法[27]，對39個樣方的地形因子與林木傷害指數(shù)進行灰色關(guān)聯(lián)度分析，找出影響新疆野杏受損的地形因子。采用主成分分析法（PCA）[28]，對群落受損情況與群落特征的關(guān)系進行分析，找出影響新疆野杏種群受損的主成分因子。

3 結(jié)果與分析

3.1 新疆野杏的總體受損情況

新疆野杏的總體受損情況如表3所示。在所調(diào)查的911株新疆野杏個體中，有811株受到了不同程度的傷害，占總數(shù)的89.02%，多數(shù)個體已經(jīng)受到嚴重威脅。在受損的新疆野杏中，重度受損占比最高，受損比例為39.85%。調(diào)查結(jié)果表明，樹體重度受損多為病蟲害造成的樹體主枝枯死和冰雪災(zāi)害及大風(fēng)造成的骨干枝壓折使樹體劈裂。輕度受損所占比例最小，為4.28%。未受損的野杏個體為100株，占總數(shù)的10.98%，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)主要為1～2年生幼苗。

表3 新疆野杏的總體受損情況Table 3 Investigate the overall damage of P. armeniaca in the sample plot

3.2 不同居群新疆野杏的受損現(xiàn)狀

不同居群新疆野杏的群落受損情況和物種多樣性見表4。由表4可知：不同居群新疆野杏群落的受損情況均比較嚴重，林木傷害指數(shù)均大于50，新源居群的林木傷害指數(shù)最大（69.04），鞏留居群的林木傷害指數(shù)最?。?9.21）；伊寧縣居群的受損個體占比最高，所有個體均受到不同程度的損害，鞏留居群的受損個體占比最低（76.61%）；鞏留居群的物種豐富度指數(shù)最高（17），新源居群的物種豐富度指數(shù)最低（9）；鞏留居群的SW指數(shù)最高（1.57），新源居群的SW指數(shù)最低（0.72）；新源居群的Simpson指數(shù)最高（0.56），鞏留居群的Simpson指數(shù)最低（0.49）；鞏留居群的Pielou均勻度指數(shù)最高（0.55），新源居群的Pielou均勻度指數(shù)最低（0.33）。由此可見，不同居群新疆野杏的林木傷害指數(shù)越大、受損個體數(shù)量占比越高、物種豐富度指數(shù)越小、SW指數(shù)越小、Simpson指數(shù)越大，Pielou均勻度指數(shù)越小，新疆野杏居群的受損越嚴重。

表4 不同居群新疆野杏群落的受損情況和物種多樣性Table 4 Damage and species diversity of P. armeniaca communities in different populations

對新疆野杏群落受損情況和物種多樣性的標準化數(shù)據(jù)進行主成分分析，結(jié)果如表5所示。由表5可知，2個主成分的累計貢獻率達到91.545%（大于80%），可以充分反映原變量的信息。其中，第1主成分中林木傷害指數(shù)的載荷最高（0.240），其次是群落特征指數(shù)中SW指數(shù)的載荷較高（0.235）；第2主成分中林木傷害指數(shù)的載荷最高（0.620），其次受損個體比例的載荷較高（0.521）。在第1主成分和第2主成分中均是林木傷害指數(shù)的載荷最高，因此在反映新疆野杏受損情況的指標中，林木傷害指數(shù)最為重要。

表5 新疆野杏群落受損情況和物種多樣性的主成分分析結(jié)果Table 5 Principal component analysis results of damage and species diversity of P. armeniaca

根據(jù)主成分分析結(jié)果計算各居群的得分，新疆野杏鞏留居群、伊寧縣居群、新源居群的得分依次為0.160、0.146、0.149，新源居群得分最高，伊寧縣居群得分最低，因此新源縣居群野杏群落受損最嚴重，伊寧居群野杏群落受損最輕。

3.3 新疆野杏受損的林木和地形因素

3.3.1 與林木徑級結(jié)構(gòu)的關(guān)系

新疆野杏不同徑級林木的受損類型分布如表6所示。由表6可知，新疆野杏的徑級主要集中在Ⅰ～Ⅳ級。林木傷害指數(shù)最大（74.62）的林木徑級為Ⅱ級；林木傷害指數(shù)最?。?4.65）的林木徑級為Ⅰ級。林木徑級為Ⅰ級的個體絕大多數(shù)為幼苗，故未受損個體數(shù)量最多，未受損個體數(shù)量占Ⅰ級總個體數(shù)量的40.33%。所有受損個體中，林木徑級為Ⅲ級的重度受損的個體數(shù)量最多。絕大多數(shù)未受損的野杏林木徑級為Ⅰ級，平均胸徑為1.42 cm。已經(jīng)受損的新疆野杏的平均胸徑為(22.42±6.94) cm。

3.3.2 與地形因子的關(guān)系

不同地形（海拔、坡度、坡向）條件下新疆野杏的受損情況如圖1所示。在各海拔梯度中：在海拔1 300～1 399 m的樣方內(nèi)新疆野杏林木傷害指數(shù)最大，為78.36；在海拔1 200～1 299 m的樣方內(nèi)林木傷害指數(shù)最小，為52.32。在各坡度中：新疆野杏的林木傷害指數(shù)最大的是緩坡，為76.96；林木傷害指數(shù)最小的是險坡，為39.58。在各坡向中：新疆野杏的林木傷害指數(shù)最大的是北坡，為78.57；林木傷害指數(shù)最小的是東北坡，為40.38。因此，新疆野杏在天山野果林中最安全的生長地帶是海拔1 200～1 299 m東北坡的險坡。

選取新疆野杏的林木傷害指數(shù)作為因變量，以海拔、坡度、坡向3個地形因子為自變量，用39個樣方的實測數(shù)據(jù)進行灰色關(guān)聯(lián)度分析?；疑P(guān)聯(lián)度值越大，表明自變量數(shù)列與因變量的關(guān)系越密切。分析結(jié)果表明，各地形因子對新疆野杏林木傷害指數(shù)的影響由強到弱依次為坡度、海拔、坡向，其與林木傷害指數(shù)的灰色關(guān)聯(lián)度依次為0.850、0.800、0.713。由此可見，坡度對新疆野杏受損的影響最大，坡向?qū)π陆靶邮軗p的影響最小。

表6 新疆野杏不同徑級林木的受損類型分布Table 6 Distribution of damage types of P. armeniaca trees with different diameter

圖1 不同地形條件下新疆野杏的受損情況Fig. 1 Damage of Xinjiang P. armeniaca under different terrain conditions

4 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，新疆野杏種群中有高達89.20%的野杏個體受到不同程度的損害。主成分分析結(jié)果表明，林木傷害指數(shù)是新疆野杏群落受損現(xiàn)狀的重要指數(shù)，天山野果林各野杏居群中新源居群受損最嚴重，伊寧居群受損最輕。各徑級的新疆野杏個體中，胸徑小于15 cm的個體受損最輕，胸徑15～20 cm的個體受損最嚴重?；疑P(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明，地形因子中坡度對新疆野杏受損的影響最大。鑒于新疆野杏生長所面臨的種種危機，加強新疆野杏的保護已勢在必行?？梢詫π陆靶訉嵭芯偷乇Ｗo和遷地保護，建立新疆野杏種質(zhì)資源圃，在新疆野杏集中分布的縣域建立種質(zhì)保存與繁育基地。

4.1 野杏樹體徑級結(jié)構(gòu)與受損程度之間的關(guān)系

樹木的徑級結(jié)構(gòu)是反映種群生長健康狀況和種群被干擾破壞程度的重要指標。方紫妍等[29]對西天山野果林冰雪災(zāi)害后的林木受損情況進行了生態(tài)學(xué)評估，結(jié)果表明在天然混交的野果林中胸徑小于5 cm的林木受損比例最小，胸徑15～20 cm及胸徑40～50 cm的林木受損比例最大。本研究結(jié)果表明，胸徑小于15 cm的野杏樹體受損最輕，胸徑15～20 cm的樹體受損最嚴重，徑級結(jié)構(gòu)較大的樹體比徑級結(jié)構(gòu)居中的樹體受損情況輕。在實際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，對野果林中野杏危害比較嚴重的是病蟲害、冰雪災(zāi)害及大風(fēng)。對徑級結(jié)構(gòu)較小的野杏而言，冰雪災(zāi)害及大風(fēng)對樹體造成的傷害較小，主要是因為1～2年生幼苗未受到病蟲害的侵染，健康狀況良好，并且其枝干木質(zhì)化程度相對較低，柔韌性較好，不容易斷裂。受損最嚴重的是胸徑15～20 cm的個體，這些個體多發(fā)生嚴重的病蟲害，樹體主枝枯死，當(dāng)遭遇冰雪災(zāi)害及大風(fēng)時骨干枝極易被壓折，致使樹體劈裂。在實際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，野杏徑級結(jié)構(gòu)較大的個體并未發(fā)生嚴重的病蟲害，這與王玉麗等[5]報道的新疆野果林中杏樹鬃球蚧若蟲主要發(fā)生在3～4年生野杏枝條上的研究結(jié)果相一致。

4.2 野杏分布地形因子與受損程度之間的關(guān)系

地形對植物的生長和分布產(chǎn)生明顯影響，與森林的關(guān)系是多方面的。本研究結(jié)果表明，隨著海拔、坡度、坡向變化，新疆野杏個體的林木傷害指數(shù)無明顯變化趨勢，在海拔1 300～1 399 m的北坡坡度平緩地帶林木傷害指數(shù)最大。一方面，在低海拔地帶受到山地逆溫層的保護新疆野杏能夠安全越冬，在海拔大于1 200 m或低于850 m的地帶極端天氣極易造成樹體損傷，這與顧鶴壽[30]提出的新疆直立越冬果樹適宜帶的觀點相一致。另一方面，杏芽癭、蘋果小吉丁蟲和杏樹鬃球蚧也嚴重危害著野杏樹體的健康[31]?？祖面玫萚32]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)蘋果小吉丁蟲多發(fā)生在海拔小于1 400 m的地帶，極端天氣和嚴重病蟲害共同造成海拔1 300～1 399 m野杏樹體的嚴重受損。在實際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：人類活動更傾向于省力的平地區(qū)域，導(dǎo)致野杏個體在坡度平緩地帶受損最嚴重；杏樹鬃球蚧對野杏的危害為坡陰面發(fā)生量顯著多于坡陽面，其喜歡陰濕的環(huán)境[5]，病蟲害的嚴重發(fā)生致使北坡野杏個體受損最嚴重。