西宁市青海云杉人工林健康评价研究

雷占梅,才仁旦周,高云鹤*,万发栋

(1.大通回族土族自治县植物园，青海 大通 810100;2.青海大学农牧学院，青海 西宁 810016)

青海云杉(PiceacrassifoliaKom.) 是松科(Pinaceae)云杉属(Picea)针叶常绿乔木，是中国特有树种，并且在甘肃北部山区、祁连山区和青海东部得到推广应用。2015年7月24日，经青海省十二届人大常委会审议通过，决定将青海云杉确定为青海省省树。青海云杉在青海省分布广泛，面积为9.33×104hm2，占全省针叶林面积的44%，蓄积量为1.2×107m3。

森林健康是林业中的一新的术语[1-5]，这一概念的提出源于针对人工林森林大面积衰退、病虫害、火灾的防治与管理中[6]。国外各国展开了广泛研究，其评价指标体系的构建多以长期监测为平台，评价的指标涉系统组成、活力和服务等众多因子[2-10]。我国对于森林健康的认识起步较晚。21世纪前仅仅有相关报道及相关概念的引入[11-15]。21世纪初才开始森林健康评价[16]，多以森林生态系统的自身属性或特征来构建评价指标体[17-18]。

西宁市属大陆性高原半干旱气候，生态环境比较恶劣，不利于树木生长。目前西宁市人工林过纯过密、林分结构不合理、稳定性不高等问题较为突出。但是，西宁以及青海其他地区关于青海云杉的研究多为人工林地位级划分、昆虫物候预测、青海云杉林火险等级相关分析、青海云杉特性及育苗技术等，青海云杉人工林健康评价的相关研究却相对较少。

本文以西宁市南北山20-30 a生青海云杉人工林为研究对象，对青海云杉进行实地调查，通过森林健康生态模型对所得数据进行分析，从而对西宁市青海云杉进行健康评价研究，通过评价结果反映人工林的健康状况，本论文的研究具有良好的科学性、适用性和可操作性，同时，可以为西宁市林场人工林的管理提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

西宁市地处青藏高原东北部，在湟水及三条支流的交汇处。西宁市属于高原大陆性气候，主要的气候特点表现在年平均气温为3.0-6.0℃，年平均降水量在330-450mm之间，85%的降水量集中在5-9月，且雨热同季，气象灾害多，危害较大；年日照时数为2560-2830h，年平均风速约为2.0m/s，常年盛行东南风；并且年蒸发量为1762.8mm，年相对湿度为56%，年平均气压为775mbar；无霜期约为120d，植物生长期150-160d；土壤类型为粟钙土、土壤理化性质呈弱碱性反应。

1.2 试验仪器

罗盘仪、皮尺、卷尺、勃鲁莱测高器、轮尺、测绳、便携式GPS经纬度定位仪、环刀、土铲、铝盒、烘箱。

1.3 试验设计

参照国内外森林健康评价的理论，结合西宁市的实际情况，选定树高年生长量、胸径年生长量、草本盖度、郁闭度、林分密度、土壤容重、土壤有机质、病虫危害程度、火险系数、人为干扰程度等10个评价指标；根据不同立地条件、不同的抚育措施及生长状况等设置面积为20m×20m样地54个；对样地林木每木检尺测量树高、胸径的年生长量，并在同一时期对其他指标进行调查；将指标进行赋值和无量纲化处理[19]后，并用变异系数法[5]确定其权重，最后通过Costanza等[20]提出的健康度指标(HI)构建评价模型计算健康指数，并用正态等距法确定健康等级标准，分析得出西宁市南北山青海云杉人工林健康水平。

1.4 调查方法

1.4.1 样地设置

结合西宁市南北山已有的植被调查资料，在野外踏查的基础上，于2017年12月进行样地的设置，根据不同的立地因子(海拔、坡度、坡向、坡位)、不同的抚育措施等条件选取具有代表性的20-30a生青海云杉人工林调查样地(标准地)共计54块，使用相关仪器设置出面积为20m×20m的样地。

1.4.2 标准地调查

选定标准地后，于2018年10月10日-10月22日利用GPS等仪器辅助测定并记录标准地所处的地理位置、草本盖度、郁闭度、林分密度、病虫危害程度、火险系数、人为干扰情况等指标。标准地基本情况如表1所示。

表1 标准地基本情况Table.1 Basic situation of sample land

续表

1.4.3 指标调查

(1)生长指标

于2018年3月10日-17日、10月10日-20日使用勃鲁莱测高器进行树高的测量，使用轮尺进行胸径的测量。

(2)组织结构指标

①草本盖度：每块标准地中按对角线设置5个1m×1m的草本样方，设置方式见图1。测定单位面积上草本的枝叶垂直覆盖到地面的百分比。

图1 标准地设置Fig.1 Shows the setup

②郁闭度：使用测线法进行郁闭度的测量。在标准地内的两条对角线上测量投影长度与对角线总长度的比值即为郁闭度。

③林分密度：记录下每个标准地内青海云杉的数量，单位面积上青海云杉的数量即为所需调查的林分密度。

(3)土壤指标

于2018年10月23日每块标准地按标准地对角线取土样5份，2018年10月24日-10月31日在农林系土壤实验室用环刀法测定土壤容重、重铬酸钾法测定土壤有机质。

(4)抵抗力指标

①病虫危害程度：通过对标准地内林木病虫害发生情况进行调查分析，参考梁军[22]研究森林有害生物生态控制时所用的方法将林木受害状况分为 4 级，无伤害、轻微伤害、中等伤害、严重伤害，并分别赋值为 4、3、2、1，如表2所示。

表2 病虫害干扰划分标准Table.2 Classification criteria of pests and diseases interference

②火险系数：火险系数大小与火的干扰强度相关联，本研究对调查标准地进行可燃物种类，易燃程度进行实地勘察，参考沈泉林[23]的划分方式将火的干扰强度按从轻到重共分为 4 个等级：无干扰，轻度干扰、中等干扰、严重干扰，并分赋别值为4、3、2、1。火干扰等级划分标准如表3所示。

表3 火干扰等级划分标准Table.3 Classification standard of fire interference level

③人为干扰程度：参考并改进徐梅[23]的方法，将干扰程度主要分为四个等级：无干扰、轻度干扰、中等干扰和严重干扰 4 个等级，分别赋值为4、3、2、1。人为干扰程度等级划分标准如表4所示。

表4 人为干扰程度等级划分标准Table.4 Classification criteria of degree of human disturbance

1.5 数据处理

采用 Excel 统计软件对调查数据进行统计分析和绘制图表，通过 SPSS 22.0软件进行数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 评价指标权重的确定

对所列指标实测数据归一化的基础上，运用变异系数法对西宁市南北山青海云杉人工林评价指标进行权重的确定，各指标的权重如表5所示。

表5 指标的权重Table.5 weight of indicators

由表5可以得到，权重值最大的指标是郁闭度，为1.1218，其次是病虫危害程度，权重最小的指标是土壤容重，为0.0755，其次是林分密度。

2.2 健康指数的计算

将各指标的无量纲化值和权重代入健康度指标(HI)构建评价模型，即可得出健康评价综合指数值。各标准地的评价指数见表6。

表6 标准地的健康指数Table.6 health index of the sample land

由表6可知，健康指数最大的是14号标准地，健康指数约为0.68，其次是13号标准地；健康指数最小的是23号标准地，健康指数约为0.22，其次是23号标准地。

2.3 健康等级标准的确定

用K-S法对健康评价综合指数值进行正态性检验，发现总体呈正态分布(表7)，因此，采用等距分组法来划分健康等级标准，见表8。

表7 样本的K-S检验Table.7 7K-S test of samples

表8 健康等级划分标准Table.8 Health classification criteria

表8中的不健康表示林分处于疾病状态，存在很多影响林木生长的障碍因子，即使进行抚育也很难恢复到健康状态；中健康表示林分处于不健康状态，存在较多影响林木生长的障碍因子，若进行合适的抚育管理，可能有部分林木会恢复至健康状态；亚健康表示林分处于亚健康状态，说明存在影响林木生长的障碍因子，应通过及时抚育解除这些因子；健康表示林分处于健康状态，具有良好的持续发展潜力。

2.4 西宁市南北山青海云杉人工林健康评价结果分析

根据表6各标准地的健康指数和表8健康等级划分标准，确定各标准地的健康等级，结果见表9。

表9 标准地的健康等级Table.9 Health status of the sample plots

由表9可以看出，54个标准地中，健康标准地有9个，亚健康标准地有23个，中健康标准地有15个，不健康标准地有7个。通过对表10标准地的健康等级进行统计分析，得到西宁市南北山青海云杉人工林健康评价结果，见图2。

图2 西宁市南北山青海云杉人工林健康评价结果Fig.2 Results of health evaluation of spruce plantationsin qinghai，north and south mountains of xining city

由图2可知，西宁市南北山青海云杉人工林中有17%处于健康状态、42%处于亚健康状态、28%处于中健康状态、13%处于不健康状态，所以，健康等级比重从大到小依次为亚健康>中健康>健康>不健康，根据隶属度最大原则，说明目前西宁市南北山青海云杉人工林是亚健康水平。

3 讨论

西宁市人工林生态系统健康的理论与方法的研究仍处于探索阶段，影响森林健康的因素众多，选择越多的指标对评价结果越精确，在条件允许的情况下，可以尽量选取更多的指标，但研究受到时间、资料及研究手段等因素的限制，虽有一些方法的改进，但仍存在一些问题，有待于进一步研究与完善。

选择有代表性的标准地是评价的基础，一个区域的森林健康评价如何选取更准确的标准地，标准地的数量比例合适范围，还有待进一步探究，且本研究为了争取以最便捷的方法得到较准确的评价结果，所以将火险系数、病虫害强度、人为干扰强度等指标采用定性评分中的等级评分法进行数量化，将指标根据好坏分为若干个等级，因此在定量过程中，由于调查者经验不同，会存在一定的差异。

本文的评价结果只是一个时间点的健康状态，只有通过一定时间的评价监测，整理出一套适应青海云杉人工林各种健康状况的经营方案，才能实现森林的健康经营，为森林的可持续发展奠定基础。国内外现有的文献案例中使用的评价方法千差万别，方法的不同导致评价结果的准确性也不尽相同，即使对同一目标，不同的评价方法，最终的评价结果也不同，甚至出现完全相反的结论，评价方法的准确性问题成为健康评价工作中不得不重视的问题。但目前国内外对健康评价方法的优缺点和适用范围研究较少，基础理论工作的研究有待进一步深入。