不同離海距離木麻黃防護林單木健康評價

劉賀娜　李茂瑾　王艷艷　江傳陽　李坤玲　吳承禎　陳燦

摘 ?要：單木健康評價是森林健康監測的重要組分。強烈的沿海梯度環境造成我國沿海重要的人工防護林出現不同程度受損，但因忽視在生態系統脆弱情況下生長的樹木健康情況，使得單木尺度和不同離海距離的健康評價研究甚少。為此，本研究以沿海木麻黃防護林為研究對象，將其離海距離由近到遠劃分為5個梯度，建立了由根部受損程度、冠層落葉度、樹冠透視度、樹冠重疊度、樹冠枯梢比重、樹冠層比重和樹冠偏斜度等指標構成的單木健康評價體系。結果表明：沿海木麻黃防護林單木健康情況整體較差，17.78%的林木處于不健康等級，僅有4.44%的林木處于優質健康等級;由海岸向林地內部，木麻黃防護林表現出明顯的健康變化趨勢，距海越遠，木麻黃單木健康程度越高;第1梯度不健康等級林木達33.33%，顯著多于第2梯度（P<0.05），且沒有優質健康等級的林木，而第5梯度不健康等級林木顯著少于第3和第4梯度（P<0.05），且健康及以上等級林木占比93.33%。研究結果為沿海木麻黃防護林的健康管理提供依據。

關鍵詞：單木健康評價;沿海防護林;森林健康;木麻黃

中圖分類號：S792.93 ? ? ?文獻標識碼：A

Single-wood Health Assessment in Casuarina Protection Forests at Different Distances from the Coastline

LIU Hena1，2， LI Maojin3， WANG Yanyan1，2， JIANG Chuanyang3， LI Kunling1，2， WU Chengzhen4， CHEN Can1，2*

1. School of Forestry， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China; 2. Collegiate Key Lab of Forest-Ecosystem Process and Management in Fujian， Fuzhou， Fujian 350002， China; 3. Fujian Quanzhou Forestry Bureau， Quanzhou， Fujian 362000， China; 4. Wuyi University， Nanping， Fujian 354300， China

Abstract： Single-wood health assessment is an important part of forest health monitoring. Coast protect forest is one of the critical plantation ecosystems in China， which is damaged to some extent in a strong variation environment with intense differences from the ocean to the land. But， at present the research on the assessment of forest health in a single-wood scale and in different distances from the coast line is so scarce due to overlooking the health of the trees growing in the weakness of the ecosystem. In order to make up the gap， we took different Casuarina forests as the study objects， divided their distances into five gradients from near to far， which was from the forest edge facing the sea to the forest interior， and established a single-wood health assessment system including the indexes of root damage， crown deciduous degree， canopy transparency， crown overlap， crown dieback， canopy weight and crown deviation. The overall health of single-wood trees in the coastal Casuarina forest was poor with 17.78% unhealthy and only 4.44% in good health. The different gradients of the coastal Casuarina forest showed obvious significant from the coast forest trees to the interior ones. The unhealthy grade trees in the first gradient were up to 33.33%， which was significantly more than that in the second one （P<0.05）， and there were no high grade trees. The unhealthy trees in the fifth gradient were significantly less than that in the third and fourth gradients （P<0.05） with 93.33% of the health and above grades. The study would lay a basis for the health management of coastal Casuarina protection forests.

Keywords： single-wood health assessment; coastal shelter forest; forest health; Casuarina

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.11.025

森林健康是森林可持續經營管理的重要組分，對森林健康水平和導致森林不健康原因的認知能夠有力支持森林生態系統的可持續發展[1]。因此，21世紀后我國開始注重森林健康的研究與實施[2-4]，提出和建立了多種森林健康評價的指標體系和評價方法[5-7]，這些方法多數以森林類型、林分、小班等為評價單元[8-9]，但對于人工純林這種特殊的森林類型來說，單木健康是保證森林生態系統健康的基礎[10-11]。特別當森林所處環境具有顯著的環境梯度差異時，若不從個體健康角度探討林分健康，即使森林生態系統暫時擁有整體健康并不能代表每一個體的健康。因忽視處于最惡劣環境中林木的健康，錯過最佳干預時間，將成為森林生態系統崩潰的隱患。

沿海防護林是處于海陸交界強烈沿海梯度環境中的人工林，也是我國重要的防護林生態系統和沿海生態安全屏障。我國擁有超過1.8萬km的漫長大陸海岸線，因常年風災沙害，自20世紀50年代開始建設沿海防護林體系，其中木麻黃（Casuarina equisetifolia L.）因其良好的防風固沙、涵養水源、保持水土和改良土壤等功能，在我國沿海廣泛種植[12]，是東南沿海重要的防護林樹種。

森林健康概念的發展，多變的沿海環境，使防護林健康研究越來越受到關注[13]，但是，對由海陸過渡特征和海洋侵蝕干擾造成木麻黃防護林不同程度的梯度受損的研究不夠深入，適用于此類研究的單木健康評價也未見報道。對防護林生態系統薄弱處針對性防范措施的缺乏，增大了防護林生態系統退化的風險。因此，本研究以福建省赤湖林場的木麻黃防護林為對象，以離海距離為梯度，結合國內外對單木健康評價的研究，嘗試建立不同離海距離的木麻黃單木健康評價體系，以期為沿海木麻黃防護林的健康可持續經營管理提供理論依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?研究地概況

福建惠安赤湖國有防護林場擁有我國木麻黃國家林木種質資源庫，位于福建省泉州市惠安縣崇武鎮，地理坐標為245～252N，1184～ 1191E，地處亞熱帶海洋性季風氣候區，年均溫在17.5～20.2 ℃之間，年均降水量在1000 mm左右，無霜期超過300 d，年日照達2100 h。20世紀60年代，該林場開始建造大面積的沿海防護林，并逐步形成了以木麻黃沿海防護林為主的相對穩定的沿海防護林體系。

1.2 ?樣地設置

以惠安縣赤湖林場的木麻黃為觀測對象，3個空白樣方，15個分梯度樣方。從距海10 m防護林開始，以30 m為一個梯度進行劃分，共5個梯度（T1、T2、T3、T4和T5），每個梯度隨機選取3個10 m×10 m的樣方;在距海較遠（超過150 m）的林場內部，取3個10 m×10 m空白樣方（Tck）。在每個樣地內采用五點取樣法，隨機選擇5棵木麻黃樣木。

1.3 ?林木調查和評價方法

1.3.1 ?調查因子和評價體系 ?根據程志楚等[14]提出的單木尺度的森林健康評價指標和評分標準，選取根部受損度、冠層落葉度、樹冠透視度、樹冠重疊度、樹冠枯梢比重和樹冠層比重6項指標作為本研究的單木健康評價指標;同時結合本研究實際情況并參考國內外研究[15-16]，特增加樹冠偏斜度指標并建立相應的評分標準。根部受損度、冠層落葉度、樹冠透視度、樹冠重疊度和樹冠枯梢比重均為視覺觀測因子，樹冠層比重和樹冠偏斜度均需要計算求得。

樹冠層比重計算公式：

（1）

式中：B為樹冠層比重;H為樹高;H為活枝高。

樹冠偏斜度計算公式：

（2）

式中：C為樹冠偏斜程度;CWe為東向冠幅;CWS為南向冠幅;CWw為西向冠幅;CWn為北向冠幅; 為平均冠幅。本研究求得的樹冠偏斜度最大值為4，最小值為0，以平均值為評分標準將樹冠偏斜度劃分為5級，樹冠偏斜度越大，評分越低。

以下7項指標構成沿海木麻黃防護林單木健康評價指標體系：根部受損程度（A1）、冠層落葉度（A2）、樹冠透視度（A3）、樹冠重疊度（A4）、樹冠枯梢比重（A5）、樹冠層比重（A6）和樹冠偏斜度（A7），并建立單木健康調查指標及對應得分表作為評分標準（表1）：

1.3.2 ?指標評價的標準化處理 ?為消除指標體系量綱的差異，運用極差正規化對指標體系進行標準化處理，使其值域范圍在0～1之間。計算公式為：

（3）

式中：X為指標原始值，X為指標處理后的值，Xmax為指標中的最大值，Xmin指標中的最小值。

1.3.3 ?指標權重的確立 ?常見的指標權重確定方法主要分為主觀賦權法和客觀賦權法兩大類，由于主觀賦權法人為影響較大，故本文選取客觀賦權法中的熵值法[17]進行木麻黃單木健康評價指標權重的確立。為防止因某一評價指標數值較大而提升評價結果分值的情況出現，本研究在評價時采用了分段式評價函數進行單木健康評價，即：若某一項評價指標得分為0，該樣木直接判定為不健康等級。

1.3.4 ?評價模型 ?結合張秋根等[18]的森林生態系統等級劃分標準，制定沿海木麻黃單木健康等級劃分標準，對單木健康度數值進行分級：0～0.4為不健康等級，0.4～0.55為亞健康等級，0.55～0.7為健康等級，0.7～0.85為良好健康等級，0.85～1為優質健康等級。

運用單木健康評價按綜合指數公式（4）對無量綱化后的數據進行計算。

（4）

式中：H為單木健康度，m為指標數（m=7），n為每個指標下單木的個數，Wi為指標權重，Xij為第i個指標下第j個樣本原始數據標準化后的值。

當有一項指標為0時，直接判定其為不健康等級。最終得到的評價模型為：

（5）

式中：A為任意一項評價指標，其他符號同公式（4）。

1.4 ?數據處理

采用SPSS 26.0軟件進行單因素方差分析（one-way ANOVA）和多重比較（LSD），數據的整理分析和圖表繪制均在Excel 2016軟件中完成。

2 ?結果與分析

2.1 ?指標權重

各指標的權重大小直接影響到綜合評價值的高低[19]，從而影響到對單木健康狀態的評價。運用熵值法求得各指標的權重，A1的權重為0.144，A2的為0.145，A3的為0.143，A4的為0.143，A5的為0.139，A6的為0.142，A7的為0.144。其中，A5的權重偏低，說明樹冠枯梢比重在單木評價中作用偏小，其他指標權重大小相差不大。

2.2 ?沿海木麻黃單木健康評價各指標計算結果

調查顯示，木麻黃樣木最大胸徑為62 cm，最高達16 m。由表2可知，標準化后的7項評價指標中，A4平均值最高為0.77，A1均值為0.76，說明林內重疊指數低，大多數林木根部狀態良好，少部分有損傷。A2、A3和A7均值在0.58～0.70之間，說明林地中樣木的落葉和枝干傾斜較為嚴重。此外，A5、A6僅0.5左右，說明部分林木的活力較低，且樹冠出現落葉枯死，林木衰退現象明顯。

計算結果顯示，隨離海距離的增加，A1中T1～T4的值均沒有顯著差異（P>0.05），僅有T5的值顯著高于其他梯度（P<0.05）;這與調查前，因防火需要對林下部分凋落物進行清掃有關，清掃造成林內樣木根部露出，而T1因距海較近，為減少海風對土壤的吹蝕，其林下凋落物反而被保留下來。A2中T1值顯著低于其他梯度（P<0.05），T2、T3顯著低于Tck（P<0.05），但T2、T3與T4、T5之間沒有顯著差異（P>0.05），說明離海距離確實對A2產生很大影響。A3中T1值顯著低于其他梯度（P<0.05），因為T1受風吹蝕最嚴重，樹葉在強風吹蝕下干枯脫落，使得樹冠透視度高。A4各梯度均沒有顯著差異（P>0.05），這與調查前林地內部的間伐有關，間伐降低了樹冠重疊度，提高了林地內部樣木A4的分值。除T5外，各梯度的A5和A6值均顯著低于Tck（P<0.05），且T1、T2、T3的A5、A6值沒有顯著差異（P>0.05），但T4的A5值顯著高于T1（P<0.05），說明離海距離對A5、A6值均有很大影響。A7中T1值顯著低于Tck（P<0.05），其他梯度沒有顯著差異（P>0.05），說明靠海最近的T1處樣木的樹冠偏斜程度最嚴重，且A7對T1的評分有很大影響。

2.3 ?沿海木麻黃防護林單木健康評價結果

單木健康評價結果見表3。在90棵木麻黃樣木中，處于健康等級的最多，達37.78%;其次是良好健康等級的達31.11%;優質健康的最少，僅有4.44%;不健康等級的有17.78%。健康及以上等級的比例為73.33%，說明沿海防護林總體上保持健康，這得益于木麻黃本身較好的抗性和林場一定程度上的經營管理，但值得注意的是，仍有超1/4的林木不健康或亞健康，這也給防護林的可持續經營帶來了挑戰。

隨著離海距離的增加，木麻黃單木整體健康情況趨好。離海最近的T1內，不健康等級樣木顯著高于T2（P<0.05），占比達33.33%;受沿海強風影響，各方向平均冠幅差值很大，樹冠向西南方向嚴重偏斜，強風吹蝕導致部分林木根系裸漏，這是單木健康評價低的主要原因。T2中沒有枯死木，風力減弱，冠幅差減小，單木生長狀況較T1明顯改善，不健康等級樣木顯著減少（P<0.05），僅有6.67%。T3內出現良好健康等級樣木，顯著多于T1、T2（P<0.05），達到26.67%;但處于不健康等級的樣木顯著多于T2（P<0.05），增加至33.33%;這與枯死木和低評分樣木有關，此距離下木麻黃剛好進入亞健康等級范疇，抵抗病蟲能力不高，但因離海有一段距離反而有利于病蟲害發生。T4內大部分木麻黃已可較好存活，出現了6.67%的優質健康等級樣木，未達到顯著差異（P>0.05）;但有40.00%的良好健康等級樣木，顯著多于T1、T2（P<0.05）。T5內僅有6.67%的不健康等級樣木，顯著少于T3、T4（P<0.05），其余樣木均達到健康及以上等級，說明在該梯度內木麻黃受海岸環境影響不大。空白梯度中沒有不健康等級或者亞健康等級的樣木，其中良好健康等級的數量顯著高于各梯度（P<0.05），達73.33%。

3 ?討論

木麻黃本身的優良抗性是其健康的基礎。整體看來，該年齡段木麻黃較為健康，生長狀況良好、冠幅飽滿均體現了木麻黃對沿海環境的適應能力，值得注意的是樹冠間重疊程度低，說明多年生木麻黃林已渡過早期的殘酷競爭階段，陽性樹種對冠層有更大的空間需求，導致冠層競爭失敗者無法存活到此階段[20];研究區林木的林齡為27 a，木麻黃15～20 a即進入成熟期[21]，之后活細根生物量不斷減小[22]，林木健康狀況逐漸降低，直至死亡。此外，木麻黃的枝系具有較強的變異性和形態可塑性[23]，在沿海常年大風吹蝕下，樹干因逐漸受力向背風面傾斜，而過于筆直者則易折斷不被保留，這是造成林木樹干傾斜現象的根本原因，也是T1樹冠偏斜度評分顯著低于對照組的原因（P<0.05）。

[12] 羅美娟. 沿海木麻黃防護林生態作用研究進展[J]. 防護林科技， 2002 （3）： 46-47， 57.

[13] 于金濤， 肖文發， 王鵬程， 等. 防護林健康評價研究進展[J]. 世界林業研究， 2013， 26（1）： 31-36.

[14] 程志楚， 曹迎春. 國家森林資源連續清查森林健康監測方法的探討[J]. 河北林果研究， 2008， 23（ 2）： 142-145.

[15] Alexander S A， Palmer C J. Forest health monitoring in the United States： First four years[J]. Environmental monitoring and assessment， 1999， 55（2）： 267-277.

[16] 沈劍波， 雷相東， 舒清態， 等. 國內外森林健康評價指標體系綜述[J]. 科技導報， 2011， 29（33）： 72-79.

[17] 宋丹丹， 郭 ?輝. 基于AHP和熵值法的新疆水資源承載力綜合評價研究[J]. 廣西師范學院學報（自然科學版）， 2014， 31（3）： 57-64.

[18] 張秋根， 王桃云， 鐘全林. 森林生態環境健康評價初探[J]. 水土保持學報， 2003， 17（5）： 16-18.

[19] 王忠春， 亢新剛， 羅仙仙， 等. 森林健康評價研究進展[J]. 西北林學院學報， 2010， 25（5）： 163-169.

[20] 陳 ?燦， 洪 ?偉， 吳承禎， 等. 東南沿海防護林木麻黃種群生命表及生存分析[J]. 農學學報， 2011， 1（6）： 37-42.

[21] 葉功富， 俞新妥. 木麻黃營林研究綜述[J]. 福建林學院學報， 1998， 18（3）： 273-276.

[22] 葉功富， 張立華， 侯 ?杰， 等. 濱海沙地木麻黃人工林細根生物量及其動態研究[J]. 應用與環境生物學報， 2007， 13（4）： 481-485.

[23] 張廣帥， 鄧浩俊， 俞 ?偉， 等. 不同密度下木麻黃幼苗枝系特征變化的研究[J]. 熱帶作物學報， 2014， 35（6）： 1062-1066.

[24] 羅時龍， 蔡 ?鋒， 王厚杰. 海岸侵蝕及其管理研究的若干進展[J]. 地球科學進展， 2013， 28（11）： 1239-1247.

[25] 羅時龍， 蔡 ?鋒， 劉建輝， 等. 福建海岸侵蝕風險評價研究[J]. 海洋學報（中文版）， 2014， 36（9）： 132-141.

[26] 何學友. 福建省沿海木麻黃衰枯原因的研究[J]. 福建林業科技， 1998， 25（3）： 40-45.

[27] 陳玉生， 張卓文， 韓 ?蘭， 等. 連峽河小流域不同森林類型凋落物持水特性研究[J]. 華中農業大學學報， 2005， 24（2）： 207-212.

[28] 陳 ?洪， 葉功富， 林金順， 等. 模擬海風對木麻黃苗木生理生化特性影響的研究[J]. 防護林科技， 2000（S1）： 190-193.

[29] 李茂瑾. 惠安赤湖林場木麻黃毒蛾發生和防治現狀[J]. 防護林科技， 2010 （3）： 55-57.

[30] 陳綬柱， 岑 ?奮， 吳澤鵬. 沿海沙岸防風固沙木麻黃試驗示范林抗御臺風分析[J]. 廣東林業科技， 1999， 15（1）： 26-30.

[31] 邱明紅， 王榮麗， 丁冬靜， 等. 臺風“威馬遜”對東寨港紅樹林災害程度影響因子分析[J]. 生態科學， 2016， 35（2）： 118-122.

收稿日期 ?2019-10-29;修回日期 ?2019-12-22

基金項目 ?國家重點研發計劃項目（No. 2017YFD060130403）;福建省林業科技項目（閩林科便函〔2018〕26號）;泉州林業局自然科學基金項目（No. KH1701740）。

作者簡介 ?劉賀娜（1997—），女，碩士研究生，研究方向：空間異質性和海岸帶森林與環境。*通信作者（Corresponding author）：陳 ?燦（CHEN Can），E-mail：canchen@fafu.edu.cn。