森林冰雪災害致損因子研究綜述

孫曉瑞，高 永，楊 光，丁延龍，賈 旭，陳曉娜

（內蒙古農業大學 沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010020）

森林冰雪災害致損因子研究綜述

孫曉瑞，高 永，楊 光，丁延龍，賈 旭，陳曉娜

（內蒙古農業大學 沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010020）

對國內外森林冰雪災害的研究進行綜述和分析，將森林冰雪災害的致損因子總結為地形因子、林分因子和氣象因子，涉及的具體指標分別為坡度、坡向、坡位、海拔、樹種組成、林分齡組、林分密度、溫度、風速、累計霜凍/降雪日數、積雪持續日數、積雪深度。分析認為，篩選可適用于較大尺度森林冰雪災害研究的通用致損因子，并在此基礎上開展森林冰雪災害評估體系研究將是未來森林冰雪災害研究的重要方向。

森林；冰雪災害；致損因子；地形；林分；氣象

森林冰雪災害易造成林木壓彎、斷梢、斷干、倒伏、翻蔸等[1-2]，嚴重影響林木的正常生長，同時對林下光照、土壤、凋落物、真菌和森林動物等生物、非生物因素都會產生一定的影響，影響森林生態系統的正常運行，不利于林業生產發展。據民政部國家減災中心災害信息部記錄，1992－2002年，我國發生重大冰雪災害高達9次[3]，內蒙古地區平均3 ～ 5 a就會有冰雪災害發生[4]。2008年我國南方大部分地區出現大范圍、長時間的持續強降雪冰凍天氣，林區大片樹木出現倒伏或攔腰折斷現象，各省森林資源損失重大[5]。

災害評估的基本目的是通過單項指標或綜合指標定量化反映災害的主要特點和破壞損失程度，為規劃、部署和實施災害防治工作提供依據。目前有關冰雪災害評估的研究主要集中在牧區、農田方面[6-7]，研究手段主要有遙感、氣象站點資料收集等方法[8-9]。森林由于其林冠層高大，遮蔽作用強等特點[10]，通過常規的遙感手段難以獲取林下的積雪情況。另一方面，森林分布面積廣大，氣象站點偏少，有關森林冰雪災害相關指標難以獲取，加大了其研究難度[11]。目前關于森林冰雪災害受損評估體系的研究較少，且側重于冰雪災害對經濟、生態和社會效益損失方面[12]。森林作為地球上重要的生態系統，其分布面積廣大，各地區自然、地貌、植被條件差異巨大，有關森林冰雪災害致損因子的研究亦較為分散，不利于森林冰雪災害受損評估研究的開展。為此，對國內外森林冰雪災害的研究進展進行綜述和分析，總結森林冰雪災害致損指標，以期梳理森林冰雪災害致損因子的研究重點及未來發展方向，為相關研究者提供借鑒，為森林冰雪災害受損評估提供研究基礎。

1 森林冰雪災害指標的選取

影響森林冰雪災害的因素多種多樣，可將其歸納為地形因子、林分因子和氣象因子三個方面。

表1 森林冰雪災害致損因子Table 1 Damage factors in snow and ice disaster

1.1 地形因子

1.1.1 坡度 平地的林木比坡地的林木受冰雪災害相對較輕[13]，坡度的大小與林木受損呈正比，坡度越陡，林木受害越嚴重[1]。尹新華等在分析浙江省毛竹林Phyllostachys heterocycla ‘Pubescens’的受損特點得出，坡度與受損率呈線性關系，發現坡度在55° 時，受損率高達70.5%；坡度小于30° 時，冰雪凍害呈減少趨勢[14]。由于樹木生長具有趨光性[15]，因此陡坡處林木樹冠生長不對稱，使得積壓在樹冠上的冰雪重量不均衡，且隨著坡度的增加，林木的受壓應力相對增加，冰雪附著于樹木上的重量遠遠超過樹木自身能夠承受的范圍，從而極易造成林木折斷、倒伏甚至是連根拔起；另外，坡度越陡的地方通常土層較薄、樹木的根系生長較淺，陡坡土質較松，樹木受災害時被壓倒在地面的距離相對平地距離要遠，且在陡坡上因為受災倒下的樹木有更大的趨勢倒向相鄰的樹木，因此極易引起相鄰樹木受災。Dobbertin[16]對瑞士山區兩次暴風雪后林木損失的統計結果顯示，坡度在8° ～ 35° 更容易發生森林雪災。蘇志堯等[5]對2008年中國南方冰雪災害對典型亞熱帶山地常綠闊葉林造成的損害情況進行了研究，認為坡度在15° ～ 45° 的林木受害最嚴重。

1.1.2 坡向 研究表明，迎風坡和陰坡的樹木受災情況較為嚴重[17]。對大果紫檀Pterocarpus macrocarpus調查發現，迎風面的紫檀苗木受損嚴重，而其他區域的受損明顯較輕[18]。由于樹木生長的向光性[15]，所以迎風坡生長的樹冠多表現為不對稱生長，并易在風口產生冰凍過程，再加上風力對樹木的沖擊作用，使得迎風坡在遇到冰雪災害時受損嚴重[19]。對貴州省的小桐子Jatropha curcas幼樹的雨雪冰凍災害調查得知，陽坡林木受損率為62%，陰坡受損率則高達100%[17]。陰坡由于缺乏光照，樹木接收的陽光照射較少，局地溫度相對陽坡較低，致使林木枝葉上堆積的冰雪不能及時融化，長期累積對林木易造成更嚴重的損害。

1.1.3 坡位 有關學者研究冰雪災害對森林影響的過程中，得出上坡位的受損個體比例顯著高于中坡和下坡[1]。在湖北省三峽庫區，陰坡與陽坡的坡頂、坡中、坡谷平均凍害比例分別為30%，25%，31.7%[19]。而同一坡向的中下部受害程度明顯低于中上部[17-19]，即隨著坡位由下而上，樹木受損程度逐漸加重，對貴州省的小桐子幼樹調查發現，坡中下部受損率為80%，而中上部受損率高達100%[17]。上坡溫度較低，結冰較為嚴重，且上坡位受到對面山峰的庇護較小，風較大，受到冷空氣的襲擊更直接，林木結冰也較為嚴重，因此造成上坡位樹木的損傷更為嚴重。

1.1.4 海拔 海拔對森林冰雪災害的影響起著至關重要的作用，是林木受害的一個重要因子。研究表明，在一定范圍內，海拔高度與林木受損的嚴重程度呈正相關關系[20]。在浙江云和縣調查結果顯示，海拔小于300 m，森林受災率低于10%；海拔在300 ～ 500 m，受災率低于40%；海拔大于500 m，竹林的受災率大于90%，其他樹種受災率大于40%。采用普查與抽樣結合的方法對日本落葉松Larix ka empferi調查得知，海拔大于1 800 m的受災嚴重程度是小于1 800 m的2倍[21]。也有學者[14]對浙江省毛竹林的受損特征進行分析，海拔在380 m時，受損率為18.9%；海拔在400 ～ 750 m時，受損率達50%以上；海拔在1 110 m時，受損率為39.5%，受損率反而降低，這是由于此時在海拔1 500 ～ 3 000 m空氣中恰逢暖氣流存在，對毛竹起到一定保護作用，致使海拔達1 000 m以上時，受損率有所下降。由于高海拔地區的積雪量相對較多，氣溫隨海拔升高而降低，所以高海拔地區溫度較低、冰凌較厚，容易導致林木結冰而受災。其次，高海拔與低海拔地區對比可知，高海拔低溫持續時間更長，冰凍危害更加嚴重。再加上高海拔通常地處山脊上部、山峰頂部和風口等風速大的地方，林木更容易遭受冰凍的災害。另有學者[22]認為，海拔對樹種災害的影響呈現s型曲線，隨著海拔增高，降雪量增大，降雪引起的冰雪災害也越嚴重，但是到一定的海拔高度冰雪災害程度則增加緩慢。蔡子良等[22]根據廣西桉樹受害情況將災害分為6級，研究表明，海拔200 ～ 300 m開始受害；海拔400 ～ 500 m，受害等級達2級；海拔大于500 m，樹木嚴重受損且達3級以上；海拔大于800 m，樹木受損為5級且緩慢增加。

2.2 林分因子

2.2.1 樹種組成 冰雪災害對森林的損害程度隨樹種而異，當立地條件和其他因素相近時，不同的造林樹種所能夠承受冰雪災害的能力也不同。有關學者研究發現純林受災重于混交林[13,23-25]，咸寧潛山的杉木Cunninghamia lanceolata純林的受害率比混交林高7.09%，鶴峰木的柳杉Cryptomeria fortunei純林受害率比混交林高12.6%。對湖南城市中生長的森林樹種由輕到重分為5級（Ⅰ：基本無雪害；Ⅱ：50%以下的側枝被折斷；Ⅲ：50%以上的側枝被折斷；Ⅳ：側枝、主梢全部被折斷；Ⅴ：主干折斷或翻蔸或倒伏），樟Cinnamomum camphora純林的雪害表現為Ⅲ級，占48.7%，混交林模式表現為Ⅱ級，占54.2%[24]。由于純林層次結構比較簡單，缺乏合理的上層冠木以及下層冠木，互相之間難以起到支撐作用，遇到持續的冰雪災害時不能夠承受積雪的重量，非常容易形成大面積的森林災害。混交林具有復雜多樣的層次結構，樹木的冠層縱橫交錯，彼此之間容易形成一定的梯度關系，整體上可形成抗雪壓冰凍體系。唐初明等[13]研究發現人工林受災重于天然林，天然林是經過長期進化的植物群落，結構穩定，發生冰雪災害時，天然林有更強的抵抗力。2008年年初的調查發現，由于鄂西南引進的日本落葉松等落葉樹種大面積受災，該地區針葉樹種受害率大于闊葉樹種，達14.7%，說明鄉土樹種相比外來樹種抵御冰雪災害能力更強[23]。再以1998年1月新英格蘭的暴風雪對植物的影響為例，外來樹種如刺槐Robinia pseudoacacia和柳屬Salix樹種遭受嚴重損傷，而鄉土樹種受到的傷害極小[41]。

2.2.2 林分齡組 不同林齡的抗冰雪災害能力明顯不同[27]，幼齡林樹干較近成熟林韌性強，但冠幅相對較小，極容易被凍死或者凍傷，受災相對嚴重。中齡林生長正處于旺盛期，根系附著在泥土里的能力相對老林齡較強，尖削度大，有更強的抗壓抗折能力。隨林齡持續增加，林木的主干越粗壯，尖削度越大，林木的抗凍能力也相應增加，成熟林林冠生長茂盛繁大，且根系在泥土中的附著力以及林木本身的抗折能力較強，林木具有較強的抵抗冰雪災害能力。過熟林長勢減弱，枝條的彈性降低，抵抗冰雪凍害的能力相應下降[21]。以日本落葉松為例，處于中幼齡期（10 ～ 15年生）的林木承災能力較弱，受災較嚴重，而成熟林（26 ～ 30年生）受災相當輕微[21]。2008年對江西安福毛竹林立竹調查發現，幼齡（1 ～ 2年生）的受害率為53%，分別是中齡（3 ～ 5年生）和老齡（大于6年生）的1.78和1.82倍[27]。綜合目前學者對不同林齡承災能力的分析，可以得知林齡對于森林生態系統中冰雪凍害影響的重要性。

2.2.3 林分密度 林分密度對森林受災程度的影響明顯[26]，郁閉度可以客觀反映林分密度，郁閉度高的林分受災程度比郁閉度低的林分受災程度相對嚴重[28]。有學者認為[25]，毛竹林的受損率與林分密度呈正相關關系，其中林木不同受損類型的受災比率的總和為林木受損率，對南嶺地區研究得知，林分密度為4 060株·hm-2，林木受損率達84.24%；林分密度為5 360株·hm-2時，林木受損率達89.18%；當林分密度為7 993株·hm-2時，林木受損率高達91.74%[19]。由于高密度的林分冠層分布均勻，大部分積壓在林冠上的降雪很難透過冠層，導致林分密度越大造成冰雪災害受損的嚴重程度越大；也有學者認為[23-25,28]，林分密度過大或過小均會使林木受災程度加重，林木密度在一個最適范圍內可以使其抵抗冰雪災害的能力發揮最佳效果。湖北省木荷Schima s uperba人工林密度650株·hm-2的受害率比密度1 650株·hm-2高6.6%，日本落葉松密度2 775株·hm-2的受害率比密度1 525株·hm-2高0.8%[23]。即當林分密度較小時，樹木尖削度較大，對林木抵抗雨雪冰凍災害有一定優勢，但是過低的林分密度，林間樹木過于稀少，林冠疏松寬泛，那么林木受風面積和冰雪積累的表面積就會增加，林木無法抵御冰雪重力對林木的壓力，林木本身的受災程度就會加重，導致林木容易發生折斷或斷梢。

2.3 氣象因子

2.3.1 溫度 溫度是影響冰雪災害的主要氣象因子[29]，林區冰雪災害的發生與該地區的氣溫有著緊密的聯系，通常空氣中的水分子溫度位于0℃以下時即認為達到了冰點，持續的低溫和積雪綜合作用下，會使樹木林冠上的冰雪積滯性增加，散落困難，導致樹木受災。有研究表明造成冰雪災害的最適溫度是-3.0℃～ 0.6℃，此時雪片大量的積壓在樹冠上，當溫度大于0.6℃且持續3 h以上，積雪可能融化，降低冰雪災害的發生，若溫度小于-5℃，此時雪片未粘附，難以大量積累于樹冠上，同樣可以避免林木發生冰雪災害[30]。溫度的高低決定了冰雪的消融，持續的低溫凍害會導致冰雪災害的發生，氣溫與冰雪之間存在明顯的正反饋關系[31]。隨著氣候變暖，氣溫不斷升高，冰雪迅速融化，林木同樣會因為不適應驟變溫差而死亡[32]。2008年南方森林嚴重受損的主導因素即是溫度異常，當年1月4－11日，氣溫瞬間升高了12.95℃，隨后在1月12－14日，又迅速降低了18.95℃，且持續低溫持續時間超過20 d，連續的溫度波動對林木傷害巨大[33]。

2.3.2 風速 風速是造成降雪大量積累的主要氣象條件，一些學者認為大風會導致冰雪災害的發生。例如英國歷史記載的一場發生在北約克郡的雪災，發生時風速達到25m·s-1，造成部分地區8×104 m3林木的損失[34]。在冬季，隨著溫度的逐漸降低，風速的逐漸增大，過重的積雪或冰凌在一定的風速下會使林木不同程度的受到斷枝或壓彎的傷害。例如1974年發生在日本新瀉縣森林和1977年發生在我國山西管涔林區的冰雪災害，均與風速過大有關[35]。也有學者研究認為造成降雪大量積累的主要氣象因子是較低的風速，若風速超過9 m·s-1，附著在樹冠上的雪將會被吹走，樹木受災程度將減輕[36]。所以風速的大小是導致森林受冰雪災害損傷程度的關鍵因子之一。

2.3.3 累計霜凍/降雪日數 霜凍是指空氣溫度突然下降，地表溫度驟降到0℃以下，樹木林冠附著白色冰晶，使植株原生質受到破壞，導致植株受害或死亡的一種短時間低溫災害現象[37]。世界上很多地區，霜凍/降雪已成為阻礙林木正常生長發育的一個主要限制因子[13]。霜凍對林木的危害主要是低溫凍害，在生長季內由低溫凍害引起的災害可能對林木的組織或整個幼樹、幼苗產生致命傷害[38]。因此霜凍日數和降雪日數與森林受冰雪災害的大小密切相關，二者對樹木受災程度的影響關系密切。

2.3.4 積雪持續日數 當降雪量達到成災程度時，積雪持續時間就成為加重災害的一個重要致災因子。冰雪災害發生的時期長短的決定性因素是積雪的開始期和終止期，而冰雪災害發生時期的起止日期與積雪的起止日期是一致的[39]。大量有關冰雪災害的研究均將積雪持續日數和最大積雪深度作為評估指標[28,40]，因此，積雪初日和積雪終日是冰雪災害持續時間的關鍵因素，低溫持續時間長，發生冰雪災害的機率也就越大[41]，而積雪持續日數與降雪日數和溫度關系密切。

2.3.5 積雪深度 積雪深度是指從雪層表面到地面之間的垂直深度，反映了冰雪災害發生時森林生態系統接受到的積雪量。不同的森林類型，林內積雪厚度不同，對樹木造成的損害程度也會不同[42]。大多數研究者在對冰雪災害進行風險性評估時，通常選用積雪深度作為風險評估的關鍵因子之一[40]。因此，在研究森林冰雪災害時，積雪深度也是關鍵指標。莊曉翠等對新疆北部牧區雪災的研究中，不僅利用同期雪災災情資料，還選取最大積雪深度作為評估指標[43]。

3 結論與展望

冰雪災害通過對林木本身的傷害，引起森林經濟、生態、社會三大效益的減損，災害程度與森林所處位置自然因子、林分組成及氣象條件緊密相關，合理確定森林冰雪災害致損因子，對開展森林冰雪災害致損機理研究，完善森林冰雪災害研究理論體系較為重要。現階段，森林冰雪災害研究已取得較大進展，但由于森林分布面積巨大，各地區自然條件差異很大，森林冰雪災害研究成果較為分散，各有側重。同時，森林冰雪災害評估作為規劃、部署和實施災害防治工作的依據，目前相關研究很少，不利于森林冰雪災害防治工作的開展。針對存在問題和發展趨勢，認為森林冰雪災害研究可從以下2個方面進行深入研究。

（1）森林冰雪災害致損因子的整合簡化。目前，由于森林分布區域很廣，森林冰雪災害致損因子選取較為分散，相關研究結果難以統一采用，造成研究工作大量浪費，因此，通用致損因子的篩選較為重要，可分為大區域致損因子，如國家級致損因子；較大區域致損因子，如在一國內，可按照森林類型或氣候帶劃分為幾個致損因子類型。通過較大區域致損因子的選取，研究大尺度下森林冰雪災害受損情況，有利于后期研究成果的整合共享。

（2）森林冰雪災害評估。全球氣候變化模型的預測表明，各種類型風/雪災害的發生頻率和強度正呈現增加的趨勢，顯然，對森林冰雪災害進行合理評估，不僅對于冰雪災害風險性評估和安全防護具有重要的意義，對森林生態及資源的保護也將起到重要作用。因此，建立科學、完善、簡易、可行的冰雪災害評估指標體系及方法很有必要。

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Review on Factors Affecting Snow and Ice Damage of Forest

SUN Xiao-rui，GAO Yong，YANG Guang，DING Yan-long，JIA Xu，CHEN Xiao-na

（1. Desert Science and Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010020, China）

Reviews were made on researches of forest snow and ice disaster at home and abroad, and as well as on damage factors such as terrain, forest types and meteorology. Their indicators involved gradient, aspect, slope position, elevation, tree species composition, stand age, stand density, temperature, wind speed, cumulative frost and snow days, snow cover days and depth. Analysis showed that further researches shoud be focused at common damage indicators for forest snow and ice disaster in large area, and their assessment system.

forest; snow and ice disaster; damage factors; terrain; meteorology; assessment

S761.3

：A

：1001-3776（2017）03-0079-06

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.03.015

2016-12-09 ；

2017-03-18

內蒙古自治區林業廳“森林災害風險區劃及評估”項目

孫曉瑞，碩士研究生，從事森林自然災害風險評估、荒漠化防治研究；E-mail：1293750989@qq.com。通信作者：高永，教授，從事森林自然災害風險評估、荒漠化防治研究；E-mail：13948815709@163.com。