威海市里口山火燒跡地植被恢復特征研究

鞠傳龍 ，韓曉弟 ，于智洲 ，李錫杰，李 強，苗 楊 ，袁麗萍 ，于榮舵

（1.威海市場圃管理站，山東 威海 264200；2.山東大學（威海）；3.威海市林業局；4.環翠區林業局；5.威海海濱林場；6.威海市林業站；7.威海市野生動植物保護站）

森林火災是當今世界發生面廣、危害性大、時效性強、處置救助極難的自然災害[1]。森林火災不僅對生態環境和自然景觀造成巨大破壞，而且嚴重危及人民生命財產安全，嚴重干擾社會穩定和經濟建設。探討森林火災對森林植物群落[2-3]、土壤環境[4-5]、森林景觀[6-8]、群落演替與植被恢復[9-10]的影響是林火生態理論與應用研究的重要科學問題。

山東省屬農區林業，林農交錯，森林防火外延廣[11]。山東省的森林火警火災主要分布在森林資源集中連片、地形復雜的魯中、魯中南山區和膠東丘陵區，但有關以上區域林火生態與管理的研究卻鮮有報道[12]。威海市是山東省第一個獲國家森林城市稱號的城市，森林覆蓋率高，但也屬全省重點森林火險區，防護林中大部分是以松柏為主的，易燃樹種多，可燃物聚積量大，森林防火任務艱巨。2014年5月29日，威海市里口山發生森林火災。本文以5.29威海里口山林火跡地為研究對象，通過設置不同過火等級的調查樣地，系統研究林火跡地內喬木樹種受損狀況、木本植物幼苗更新情況及群落物種多樣性變化情況，旨在為區域森林植被恢復與重建提供參考依據。

1 研究區概況

威海市位于山東半島東端，地處北緯36°41′-37°35′、東經 121°11′-122°42′，總面積 5797 km2。威海市屬于北溫帶季風型大陸性氣候，四季變化和季風進退都較明顯。與同緯度的內陸地區相比，具有雨水豐富、年溫適中、氣候溫和的特點。全市歷年平均氣溫12.2℃，平均降水量737.7 mm，平均日照時數2480.0 hr。全市土壤類型有棕壤、潮土、鹽土、風沙土、褐土、水稻土、山地草甸土，共7個土類，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翠區中心城區西南，地處北緯 37.46°，東經 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）、扁擔木（Grewia biloba var.parviflora）、三椏烏藥（Lauraceae obtusiloba）、鼠李（Rhamnus davurica）等。

2 研究方法

采用實地踏查法，分別對不同火燒等級典型樣地進行調查。通過調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，來探究林火對植物群落結構的影響。

選取典型性區域設立不同過火等級的調查樣地，采用標準方法開展野外調查和數據分析，研究不同過火等級下喬木、灌木以及草木的更新情況；研究不同植物在火災后的恢復程度[12]。通過對不同火燒跡地植被類型的分析和數據處理來獲得相應植被類型的Shannon-Wienner指數、Margalef指數和優勢指數[13-14]，研究不同火燒跡地情況下的植被類型的物種多樣性，研究林火對不同植被類型物種多樣性的影響。

重要值指數計算公式為：重要值=(相對高度+相對蓋度+相對頻度)/3

3 結果與分析

在對里口山火燒跡地全面踏查的基礎上，設立了不同過火等級的典型火燒樣地，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里口山森林火災之前，本區域植被以赤松林、刺槐林、麻櫟林等林分為主。火燒樣地與未火燒樣地內的喬木樹種個體密度相比，喬木樹種的個體密度產生了較大變化，隨著火燒強度的不斷增加，以建群種赤松、刺槐為主的喬木樹種個體密度逐漸降低。在重度火燒樣地內，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后的成活率普遍高于小徑階樹木，在根據樹木徑階的變化，樹木表現出不同的耐火性。徑階大的樹木在森林火災后的成活率中度火燒和重度火燒兩類樣地內，胸徑小于7 cm的樹木死亡率達到100%，胸徑大于7 cm的樹木中，徑階越大，其萌蘗出的新芽越多，生長狀況明顯好于徑階小的樹木，此類樹木的恢復時間較短。因此，在森林培育與經營管理中，可以通過撫育間伐等營林措施，調整林分徑階結構，進而提高林分的耐火性[12]。

3.2 火干擾對木本植物幼苗更新的影響

與未火燒樣地相比，火燒跡地內的木本植物幼苗在種類、多度、平均高度和蓋度等方面均發生了變化（表1-5）。研究同時發現，不同火燒樣地中，麻櫟、刺槐為群落恒有種，麻櫟、刺槐有較強的耐火能力，林火過后能實現較好地自然更新?；馃E地內的木本植物的組成發生了較大變化，表現為陽性植物和固氮植物比例增加，其中以花木藍、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。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，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的傳播能力，臭椿適應性強、萌蘗能力強、根系發達等特征有關。

5.29里口山森林火災之后，崖椒、華北繡線菊的在火燒跡地內未在出現，表明這兩種植物在林火跡地內更新能力較差。這可能是因為華北繡線菊含水量較低為易燃類灌木，而崖椒因含有揮發性油類，比較容易燃燒有關。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，群落的優勢種分別為崖椒、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 刺槐未過火樣地內林下木本植物狀況

表2 麻櫟赤松混交林輕度火燒跡地內木本植物更新情況

表3 赤松林中度火燒跡地內木本植物更新情況

表4 麻櫟林重度火燒跡地內木本植物更新情況

表5 赤松重度火燒跡地內木本植物更新情況

3.3 火干擾對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，其中因為火燒的程度不同，蔓延的著火面積不同，以及過火的次數都會產生不同的后果[3,10]。森林大面積的被破壞，生物多樣性受到嚴重影響，而林火因素影響下在誘導物種變異、產生新種、提高植被類型的更新、設計新的景觀結構等方面具備積極作用。通過對不同火燒等級的樣地對比發現（表6），發現在刺槐未過火樣地的Shannon-Wienner指數、Margalef指數和優勢指數分別為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物種多樣性指數較高，但重度火燒樣地內的物種多樣性指數較低，這與前人的研究結論基本一致，對于過火后的森林生態系統起決定作用的因素還是林火的強弱，火燒強度與郁閉度等級呈負相關。在輕度和中度過火情況下，由于燃燒不均勻，造成林地環境的局部改變，使環境更加復雜多樣，有利于新的物種遷移到此處形成新的植被類型。此外，低強度的林火因素影響下，地表土壤溫度會輕微的升高，從而使土壤中儲存的養料的有機會更快的分解供能，也有利于種子的萌發、植物的生長和數量的增加。

表6 不同火燒等級樣地的物種多樣性變化

4 結論與討論

本項目通過林火跡地系統的踏查，研究了不同過火等級下喬木、灌木以及草木的更新情況。研究發現，在各火燒等級的樣地中，麻櫟、刺槐為群落恒有種，這說明麻櫟、刺槐有較強的耐火能力，同時也說明麻櫟、刺槐在林火過后能實現較好地自然更新。此外，火燒跡地內的木本植物的組成發生了較大變化，表現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。

對不同火燒程度的不同植物群落類型的Shannon-Wienner指數、Margalef指數和優勢指數計算比較，發現輕度和中度火燒跡地的3個指標的數值都有所增加，而在重度火燒跡地則恰好相反。這可能是因為在輕度和中度過火情況下，由于燃燒不均勻，造成林地環境的局部改變，使環境更加復雜多樣，有利于物種的擴散和定居，進而形成新的植被類型。此外，低強度的林火因素影響下，地表土壤溫度會輕微的升高，從而使土壤中儲存的養料的有機會更快的分解供能，也有利于種子的萌發、植物的生長和數量的增加[2]。森林生態系統自身具有一定的自我調節能力，但是這種自我調節能力是有一定限度的。在輕度和中度林火因素的作用下，這個產生的影響是在森林生態系統的自我調節能力的限度之內的。完成自我的更新，產生更多的有機質或者新生物的入侵導致生物多樣性[3]，都是其作用的結果。但是當重度火燒時，這時所產生的影響遠遠在生態系統的自我調節能力之外。導致生態系統的崩潰，生物多樣性銳減，無法自我恢復到原來的狀態。

綜合林火跡地的踏查與樣地調查與分析結果，針對里口山系林火跡地的植被恢復與重建，應在伐除過火燒死木后，根據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合的方式開展，充分考慮適當引入耐火植物和防火植物，如麻櫟和臭椿等，營建針闊混交的復層林，進而實現群落結構的穩定與健康。

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