威海市里口山火燒跡地植被恢復(fù)特征研究

鞠傳龍 ，韓曉弟 ，于智洲 ，李錫杰，李 強(qiáng)，苗 楊 ，袁麗萍 ，于榮舵

（1.威海市場(chǎng)圃管理站，山東 威海 264200；2.山東大學(xué)（威海）；3.威海市林業(yè)局；4.環(huán)翠區(qū)林業(yè)局；5.威海海濱林場(chǎng)；6.威海市林業(yè)站；7.威海市野生動(dòng)植物保護(hù)站）

森林火災(zāi)是當(dāng)今世界發(fā)生面廣、危害性大、時(shí)效性強(qiáng)、處置救助極難的自然災(zāi)害[1]。森林火災(zāi)不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境和自然景觀造成巨大破壞，而且嚴(yán)重危及人民生命財(cái)產(chǎn)安全，嚴(yán)重干擾社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)建設(shè)。探討森林火災(zāi)對(duì)森林植物群落[2-3]、土壤環(huán)境[4-5]、森林景觀[6-8]、群落演替與植被恢復(fù)[9-10]的影響是林火生態(tài)理論與應(yīng)用研究的重要科學(xué)問題。

山東省屬農(nóng)區(qū)林業(yè)，林農(nóng)交錯(cuò)，森林防火外延廣[11]。山東省的森林火警火災(zāi)主要分布在森林資源集中連片、地形復(fù)雜的魯中、魯中南山區(qū)和膠東丘陵區(qū)，但有關(guān)以上區(qū)域林火生態(tài)與管理的研究卻鮮有報(bào)道[12]。威海市是山東省第一個(gè)獲國家森林城市稱號(hào)的城市，森林覆蓋率高，但也屬全省重點(diǎn)森林火險(xiǎn)區(qū)，防護(hù)林中大部分是以松柏為主的，易燃樹種多，可燃物聚積量大，森林防火任務(wù)艱巨。2014年5月29日，威海市里口山發(fā)生森林火災(zāi)。本文以5.29威海里口山林火跡地為研究對(duì)象，通過設(shè)置不同過火等級(jí)的調(diào)查樣地，系統(tǒng)研究林火跡地內(nèi)喬木樹種受損狀況、木本植物幼苗更新情況及群落物種多樣性變化情況，旨在為區(qū)域森林植被恢復(fù)與重建提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

威海市位于山東半島東端，地處北緯36°41′-37°35′、東經(jīng) 121°11′-122°42′，總面積 5797 km2。威海市屬于北溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，四季變化和季風(fēng)進(jìn)退都較明顯。與同緯度的內(nèi)陸地區(qū)相比，具有雨水豐富、年溫適中、氣候溫和的特點(diǎn)。全市歷年平均氣溫12.2℃，平均降水量737.7 mm，平均日照時(shí)數(shù)2480.0 hr。全市土壤類型有棕壤、潮土、鹽土、風(fēng)沙土、褐土、水稻土、山地草甸土，共7個(gè)土類，其中棕壤土類是全市分布最廣、面積最大的土類。

里口山位于威海市環(huán)翠區(qū)中心城區(qū)西南，地處北緯 37.46°，東經(jīng) 122.09°，占地面積為 17 km2。里口山植被以松櫟混交林為主，伴有刺槐人工林，分布有赤松（Pinus densiflora）、麻櫟（Quercus acutissima）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、黑松（Pinus thunbergii）、臭 椿(Ailanthus altissima)、胡枝子（Lespedeza bicolor）、扁擔(dān)木（Grewia biloba var.parviflora）、三椏烏藥（Lauraceae obtusiloba）、鼠李（Rhamnus davurica）等。

2 研究方法

采用實(shí)地踏查法，分別對(duì)不同火燒等級(jí)典型樣地進(jìn)行調(diào)查。通過調(diào)查與分析植被受損情況，物種種類、多度、蓋度以及物種多樣性指數(shù)，來探究林火對(duì)植物群落結(jié)構(gòu)的影響。

選取典型性區(qū)域設(shè)立不同過火等級(jí)的調(diào)查樣地，采用標(biāo)準(zhǔn)方法開展野外調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，研究不同過火等級(jí)下喬木、灌木以及草木的更新情況；研究不同植物在火災(zāi)后的恢復(fù)程度[12]。通過對(duì)不同火燒跡地植被類型的分析和數(shù)據(jù)處理來獲得相應(yīng)植被類型的Shannon-Wienner指數(shù)、Margalef指數(shù)和優(yōu)勢(shì)指數(shù)[13-14]，研究不同火燒跡地情況下的植被類型的物種多樣性，研究林火對(duì)不同植被類型物種多樣性的影響。

重要值指數(shù)計(jì)算公式為：重要值=(相對(duì)高度+相對(duì)蓋度+相對(duì)頻度)/3

3 結(jié)果與分析

在對(duì)里口山火燒跡地全面踏查的基礎(chǔ)上，設(shè)立了不同過火等級(jí)的典型火燒樣地，其中涵蓋重度火燒、中度火燒、輕度火燒及未過火樣地。

3.1 里口山火燒過后喬木受損狀況

5.29里口山森林火災(zāi)之前，本區(qū)域植被以赤松林、刺槐林、麻櫟林等林分為主。火燒樣地與未火燒樣地內(nèi)的喬木樹種個(gè)體密度相比，喬木樹種的個(gè)體密度產(chǎn)生了較大變化，隨著火燒強(qiáng)度的不斷增加，以建群種赤松、刺槐為主的喬木樹種個(gè)體密度逐漸降低。在重度火燒樣地內(nèi)，喬木樹種幾乎全部被燒死，而火燒之前該樣地的立木密度為800株/hm2。徑階大的樹木在森林火災(zāi)后的成活率普遍高于小徑階樹木，在根據(jù)樹木徑階的變化，樹木表現(xiàn)出不同的耐火性。徑階大的樹木在森林火災(zāi)后的成活率中度火燒和重度火燒兩類樣地內(nèi)，胸徑小于7 cm的樹木死亡率達(dá)到100%，胸徑大于7 cm的樹木中，徑階越大，其萌蘗出的新芽越多，生長(zhǎng)狀況明顯好于徑階小的樹木，此類樹木的恢復(fù)時(shí)間較短。因此，在森林培育與經(jīng)營管理中，可以通過撫育間伐等營林措施，調(diào)整林分徑階結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高林分的耐火性[12]。

3.2 火干擾對(duì)木本植物幼苗更新的影響

與未火燒樣地相比，火燒跡地內(nèi)的木本植物幼苗在種類、多度、平均高度和蓋度等方面均發(fā)生了變化（表1-5）。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同火燒樣地中，麻櫟、刺槐為群落恒有種，麻櫟、刺槐有較強(qiáng)的耐火能力，林火過后能實(shí)現(xiàn)較好地自然更新。火燒跡地內(nèi)的木本植物的組成發(fā)生了較大變化，表現(xiàn)為陽性植物和固氮植物比例增加，其中以花木藍(lán)、胡枝子、紫穗槐為主，這主要是由于重度過火之后，林地更有利于接受陽光，因此喜陽的植物能夠大量生長(zhǎng)。特別需要注意的是，在麻櫟林和赤松林火燒后形成的重度火燒跡地中，都有臭椿的出現(xiàn)，這表明臭椿也具備天然的耐火性和很旺盛的更新作用。這與臭椿種子具有較強(qiáng)的傳播能力，臭椿適應(yīng)性強(qiáng)、萌蘗能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)等特征有關(guān)。

5.29里口山森林火災(zāi)之后，崖椒、華北繡線菊的在火燒跡地內(nèi)未在出現(xiàn)，表明這兩種植物在林火跡地內(nèi)更新能力較差。這可能是因?yàn)槿A北繡線菊含水量較低為易燃類灌木，而崖椒因含有揮發(fā)性油類，比較容易燃燒有關(guān)。在刺槐未過火樣地、麻櫟赤松混交林輕度火燒跡地、赤松林中度火燒跡地、麻櫟林重度火燒跡地和赤松重度火燒跡地內(nèi)，群落的優(yōu)勢(shì)種分別為崖椒、胡枝子、郁李、麻櫟和麻櫟，其重要值分別為 0.30、0.31、0.16、0.37 和 0.30。

表1 刺槐未過火樣地內(nèi)林下木本植物狀況

表2 麻櫟赤松混交林輕度火燒跡地內(nèi)木本植物更新情況

表3 赤松林中度火燒跡地內(nèi)木本植物更新情況

表4 麻櫟林重度火燒跡地內(nèi)木本植物更新情況

表5 赤松重度火燒跡地內(nèi)木本植物更新情況

3.3 火干擾對(duì)群落物種多樣性的影響

火燒因素是破壞植被類型的重要因素之一，其中因?yàn)榛馃某潭炔煌拥闹鹈娣e不同，以及過火的次數(shù)都會(huì)產(chǎn)生不同的后果[3,10]。森林大面積的被破壞，生物多樣性受到嚴(yán)重影響，而林火因素影響下在誘導(dǎo)物種變異、產(chǎn)生新種、提高植被類型的更新、設(shè)計(jì)新的景觀結(jié)構(gòu)等方面具備積極作用。通過對(duì)不同火燒等級(jí)的樣地對(duì)比發(fā)現(xiàn)（表6），發(fā)現(xiàn)在刺槐未過火樣地的Shannon-Wienner指數(shù)、Margalef指數(shù)和優(yōu)勢(shì)指數(shù)分別為1.58、1.083和0.553，而輕度過火的麻櫟赤松混交林和中度過火的赤松林內(nèi)物種多樣性指數(shù)較高，但重度火燒樣地內(nèi)的物種多樣性指數(shù)較低，這與前人的研究結(jié)論基本一致，對(duì)于過火后的森林生態(tài)系統(tǒng)起決定作用的因素還是林火的強(qiáng)弱，火燒強(qiáng)度與郁閉度等級(jí)呈負(fù)相關(guān)。在輕度和中度過火情況下，由于燃燒不均勻，造成林地環(huán)境的局部改變，使環(huán)境更加復(fù)雜多樣，有利于新的物種遷移到此處形成新的植被類型。此外，低強(qiáng)度的林火因素影響下，地表土壤溫度會(huì)輕微的升高，從而使土壤中儲(chǔ)存的養(yǎng)料的有機(jī)會(huì)更快的分解供能，也有利于種子的萌發(fā)、植物的生長(zhǎng)和數(shù)量的增加。

表6 不同火燒等級(jí)樣地的物種多樣性變化

4 結(jié)論與討論

本項(xiàng)目通過林火跡地系統(tǒng)的踏查，研究了不同過火等級(jí)下喬木、灌木以及草木的更新情況。研究發(fā)現(xiàn)，在各火燒等級(jí)的樣地中，麻櫟、刺槐為群落恒有種，這說明麻櫟、刺槐有較強(qiáng)的耐火能力，同時(shí)也說明麻櫟、刺槐在林火過后能實(shí)現(xiàn)較好地自然更新。此外，火燒跡地內(nèi)的木本植物的組成發(fā)生了較大變化，表現(xiàn)為陽性植物和固氮植物比例增加，其中以胡枝子、紫穗槐為主。

對(duì)不同火燒程度的不同植物群落類型的Shannon-Wienner指數(shù)、Margalef指數(shù)和優(yōu)勢(shì)指數(shù)計(jì)算比較，發(fā)現(xiàn)輕度和中度火燒跡地的3個(gè)指標(biāo)的數(shù)值都有所增加，而在重度火燒跡地則恰好相反。這可能是因?yàn)樵谳p度和中度過火情況下，由于燃燒不均勻，造成林地環(huán)境的局部改變，使環(huán)境更加復(fù)雜多樣，有利于物種的擴(kuò)散和定居，進(jìn)而形成新的植被類型。此外，低強(qiáng)度的林火因素影響下，地表土壤溫度會(huì)輕微的升高，從而使土壤中儲(chǔ)存的養(yǎng)料的有機(jī)會(huì)更快的分解供能，也有利于種子的萌發(fā)、植物的生長(zhǎng)和數(shù)量的增加[2]。森林生態(tài)系統(tǒng)自身具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，但是這種自我調(diào)節(jié)能力是有一定限度的。在輕度和中度林火因素的作用下，這個(gè)產(chǎn)生的影響是在森林生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力的限度之內(nèi)的。完成自我的更新，產(chǎn)生更多的有機(jī)質(zhì)或者新生物的入侵導(dǎo)致生物多樣性[3]，都是其作用的結(jié)果。但是當(dāng)重度火燒時(shí)，這時(shí)所產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)在生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力之外。導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的崩潰，生物多樣性銳減，無法自我恢復(fù)到原來的狀態(tài)。

綜合林火跡地的踏查與樣地調(diào)查與分析結(jié)果，針對(duì)里口山系林火跡地的植被恢復(fù)與重建，應(yīng)在伐除過火燒死木后，根據(jù)過火林地自然更新的不同情況，采取自然更新或輔助更新和人工更新相結(jié)合的方式開展，充分考慮適當(dāng)引入耐火植物和防火植物，如麻櫟和臭椿等，營建針闊混交的復(fù)層林，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與健康。

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