新疆野蘋果種群受損現狀

褚佳瑤，馮琳驕，侯毅興，陸 彪，王 強，周 龍，王 瑾

（1.新疆農業大學 園藝學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.特克斯縣林業和草原局，新疆 伊犁 835500；3.伊犁哈薩克自治州林業科學研究院，新疆 伊犁 839300）

新疆野蘋果Malus sieversii別名塞威士蘋果、天山蘋果，是第三紀孑遺植物，已被列入中國優先保護物種名錄。我國野蘋果天然林僅分布在新疆，且集中分布在伊犁河谷地兩側的天山山區，還有部分天然林分布在塔城地區的塔爾巴哈臺山南麓和巴爾魯克山西側海拔800 ～1 700 m 的山地[1-2]。新疆野蘋果不僅是重要的蘋果屬植物種質資源，還是新疆野果林的重要組成部分，具有極高的保護價值[3-4]。

近年來，由氣候變化引起的干旱、溫度升高、風雪災害以及人類對野果林的大規模開發，使得野果林的生態系統嚴重受損，果樹病害頻發，物種多樣性降低，種質資源不斷減少[5-6]。據記載，1959年伊犁地區野蘋果林的面積為8 786 hm2，2005年減少到1 800 hm2，其分布面積銳減了80%[7]。目前，關于新疆野蘋果資源利用和保護的研究報道較多，如：刁永強等[8]開展了表型性狀鑒定和優異資源的初選；張宏祥等[9]研究了海拔對種群遺傳特征的影響；李心悅等[10]報道了一種快速獲得野蘋果組培苗的方法；朱璐輝等[11]研究了衛生采伐對新源縣退化野蘋果無性繁殖與更新的影響。但有關新疆野蘋果種群受損情況的評估鮮見報道。森林生態系統是陸地生態系統的主要組成部分[12]，開展林木受損狀況調查是森林健康監測研究中必不可少的內容[13]，調查結果可為森林資源的保護與利用提供參考?，F階段新疆野蘋果種群已嚴重受損，然而受損原因和現狀尚不明晰，難以提供科學的保育措施。筆者在新疆野蘋果典型分布區，設置臨時性樣地，通過野外實際調查，統計新疆野蘋果不同種群的受損情況，討論地形因子對新疆野蘋果受損情況的影響，分析反映新疆野蘋果受損情況的重要指數，期望為新疆野蘋果種群的資源保護與開發利用提供理論和技術參考。

1 研究區概況

在新疆野蘋果主要分布的伊犁地區和塔城地區進行調查，野蘋果一般生長在荒漠地帶山地中有“海洋性”氣候特色的溫和適宜的小區。伊犁地區的野蘋果分布于天山西部的伊犁谷地（80°40′ ～83°60′E，43°20′ ～44°30′N）的山地陽坡或半陰坡，海拔900 ～1 700 m，該地區有豐富的野生果樹群落，有大面積的野杏Armeniaca vulgaris、野核桃Juglans cathayensis、野生櫻桃李Prunus cerasifera、野山楂Grataegus cuneata等分布。塔城地區的野蘋果分布于塔城盆地的低山丘陵地帶（83°31′～83°60′E，46°08′～46°23′N）的山地陽坡或半陰坡，海拔800 ～1 300 m，該地區有大面積的野扁桃Amygdalus communis、野蘋果、野山楂等。

2 研究方法

2.1 樣地調查

在新疆野蘋果自然分布區域，根據野蘋果在野果林中的自然分布特點，采用樣方樣帶法，在不同海拔、不同坡向、不同坡度設置樣地，典型樣方設置為20 m×20 m，典型樣帶設置為20 m×50 m，可根據分布特點合理調整樣方大小。依據高清竹等[14]的方法劃分9個坡向：東坡、東北坡、北坡、西北坡、西坡、西南坡、南坡、東南坡、平地，在每個坡向設置樣方；依據郭濼等[15]的方法劃分6 級坡度（α）：河漫灘（0°≤α＜5°）、緩坡（5°≤α＜15°）、斜坡（15°≤α＜25°）、陡坡（25°≤α＜35°）、急坡（35°≤α＜45°）、險坡（45°≤α），在每個坡度等級設置樣方；根據野蘋果分布的海拔上限和下限，以100 m 為梯度劃分7個海拔梯度范圍，在每個梯度設置樣方。共設置20個樣方，合計6 250 m2，各樣方的基本情況見表1。對樣方內喬木、灌木進行每木檢尺，調查高度、冠幅、胸徑、基徑、健康等級、數量等。

表1 野蘋果調查樣方的基本情況Table 1 Basic information of M.sieversii sample plot

2.2 種群徑級結構劃分

結合實際調查情況，以胸徑（DB）代替年齡，參照劉華等[16]和劉忠權等[17]的方法，將種群劃分為8個徑級，每級胸徑間隔10 cm。第Ⅰ徑級為DB＜5 cm，第Ⅱ徑級為5 cm ≤DB＜15 cm，第Ⅲ徑級為15 cm ≤DB＜25 cm，第Ⅳ徑級為25 cm ≤DB＜35 cm， 第Ⅴ徑級為35 cm ≤DB＜45 cm， 第Ⅵ徑級為45 cm ≤DB＜55 cm，第Ⅶ徑級為55 cm ≤DB＜65 cm，第Ⅷ徑級為DB≥65 cm。

2.3 林木受損程度劃分

基于新疆野蘋果的實際情況，將樣地林木受損情況分為5個等級，詳細情況見表2。

表2 新疆野蘋果受損程度的等級劃分標準Table 2 Division of damage degree of M.sieversii

2.4 數據統計分析

采用Excel 2010 和SPSS 21.0 軟件對數據進行統計分析。

2.4.1 指標計算

參照馬克平等[18]和孔德明等[19]的生物群落多樣性測度方法，采用Shannon-Wiener 指數（H）、Simpson 指數（H′）、Pielou 均勻度指數（J）計算野蘋果群落的物種多樣性。

由表12可以看出隨著浴比的減小，棉條表觀深度K/S值增加，在浴比1：10棉條得色最深，但是染色不勻。這是由于浴比減小，上染率越大，棉條得色越深，但浴比過小，容易染色不勻。所以宜選擇浴比1：15，以獲得良好的染色深度。

式中：Pi為第i個種的相對多度；Ni表示第i個種的個體數量；N為群落中所有種的個體總數；S為樣地內所有物種的數量。

參照陳忠東[20]的計算方法，將植株受損等級作為林木受損等級代表數值，計算野蘋果的林木傷害指數（I）。林木傷害指數越大，林木受損程度越嚴重。

式中：G為受損等級代表數值；nd為G等級受損植株數量；Gh為最高受損等級代表數值；n為植株總數量。

2.4.2 數據分析

采用灰色關聯度分析法[21]，對20 塊樣地的地形因子與林木傷害指數進行灰色關聯度分析，找出影響新疆野蘋果受損的地形因子。采用主成分分析法[22]，對群落受損情況和群落特征進行分析，找出影響新疆野蘋果種群受損的主成分因子，采用凱撒正態化最大方差法進行旋轉。

3 結果與分析

3.1 新疆野蘋果樣地內植株受損情況

調查樣地內新疆野蘋果的總體受損情況見表3。由表3 可知，在所調查的1 105 株新疆野蘋果中，有729 株受到了不同程度的傷害，占總數的66.00%，多數種群已經受到嚴重威脅。在受損的新疆野蘋果植株中：重度受損植株的比例最高，達40.47%，大部分受損樹體受到的是極為嚴重的損害，多為冰雪災害造成的樹體壓折劈裂和病蟲害造成的樹體主枝枯死；輕度受損植株所占比例最小，為6.31%。未受損野蘋果植株376 棵，占調查植株總數的34.03%，其中有357 棵為野蘋果樹苗，占未受損野蘋果植株總數的94.68%。

表3 調查樣地內新疆野蘋果的總體受損情況Table 3 The overall damage of M.sieversii in the sample plots

3.2 新疆野蘋果受損情況的影響因素

3.2.1 植株受損情況與徑級結構的關系

不同徑級新疆野蘋果植株的受損等級分布見表4。由表4 可知，所調查新疆野蘋果植株主要集中在Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ徑級。林木傷害指數最大的植株屬Ⅱ徑級，為79.24；林木傷害指數最小的植株屬Ⅰ徑級，為7.12。Ⅰ徑級的植株絕大多數為幼苗，故未受損數量最多，未受損植株數量占Ⅰ徑級植株總數量的89.71%。所有受損植株中，Ⅲ徑級植株的重度受損數量最多。僅Ⅰ和Ⅳ徑級植株存在未受損情況。已受損新疆野蘋果植株的平均胸徑為23.60 cm，未受損植株的平均胸徑僅為1.24 cm。

表4 不同徑級新疆野蘋果植株的受損等級分布Table 4 Distribution of damage grades of M.sieversii plants with different diameter grades

3.2.2 植株受損情況與地形因子的關系

不同海拔梯度新疆野蘋果植株受損情況如圖1所示。由圖1 可見，在不同海拔梯度的樣方中，海拔1 300 ～1 399 m 樣方的新疆野蘋果植株的林木傷害指數最大（85.58），海拔1 100 ～1 199 m樣方的林木傷害指數最?。?0.00），海拔1 100 ～1 199 m 樣方的未受損植株比例最高（48.00%），海拔低于1 000 m 和1 300 ～1 399 m 樣方的植株均受到損害。綜合來看，在各海拔梯度中，海拔1 100 ～1 199 m 樣方的植株受損情況最輕，海拔1 300 ～1 399 m 樣方的植株受損最嚴重。

圖1 不同海拔梯度新疆野蘋果植株受損情況Fig.1 Damage of M.sieversii in different altitudes plots

不同坡向新疆野蘋果植株受損情況如圖2所示。由圖2 可見，在不同坡向的樣方中，平地樣方的新疆野蘋果的林木傷害指數最大（78.24），西南坡樣方的林木傷害指數最?。?.96）。西南坡樣方的未受損植株比例最高（75.47%），西坡、東南坡和平地樣方的野蘋果植株均受到損害。綜合來看，在不同坡向的樣方中，西南坡樣方的野蘋果植株受損最輕，平地樣方的野蘋果植株受損最嚴重。

圖2 不同坡向新疆野蘋果植株受損情況Fig.2 Damage of M.sieversi in different slope aspect plots

不同坡度新疆野蘋果植株受損情況如圖3所示。由圖3 可見，在不同坡度的樣方中，河漫灘樣方的新疆野蘋果的林木傷害指數最大（78.24），緩坡樣方的林木傷害指數最?。?4.38）。斜坡樣方的未受損植株比例最高（38.93%），河漫灘樣方的野蘋果植株均受到損害。綜合來看，在不同坡度的樣方中，緩坡樣方的野蘋果植株受損最輕，河漫灘樣方的野蘋果植株受損最嚴重。

圖3 不同坡度新疆野蘋果植株受損情況Fig.3 Damage of M.sieversii in different slopes plots

選取新疆野蘋果的林木傷害指數作為因變量，以海拔、坡向、坡度3個地形因子為自變量，用20個樣方的實測數據進行灰色關聯度分析?；疑P聯度值越大，表明自變量數列對因變量的影響越大。分析結果表明，各地形因子對新疆野蘋果林木傷害指數的影響由高到低依次為海拔、坡度、坡向，其與林木傷害指數的灰色關聯度依次為0.667、0.651、0.650。由此可見，海拔對新疆野蘋果受損的影響最大，坡向對新疆野蘋果受損的影響最小。

3.3 新疆野蘋果居群的受損情況

不同居群新疆野蘋果的群落受損和物種多樣性情況見表5。由表5 可知：托里居群新疆野蘋果的林木傷害指數最大（76.14），鞏留居群的林木傷害指數最?。?5.91）；鞏留居群的未受損植株比例最高（55.56%），托里居群的未受損植株比例最低，所有植株均受到不同程度的損害。霍城居群的Shannon-Wiener 指數最高（1.53），托里居群的Shannon-Wiener 指數最低（0.21）。額敏居群的Pielou 均勻度指數最高（0.75），托里居群的Pielou 均勻度指數最低（0.15）。托里居群的Simpson 指數最高（0.92），額敏居群的最低（0.27）。由此可見，林木傷害指數越大、未受損植株比例越小、Shannon-Wiener 指數越低、Pielou 均勻度指數越小、Simpson 指數越高，新疆野蘋果居群的受損越嚴重。

表5 不同居群新疆野蘋果的群落受損和物種多樣性情況Table 5 Community damage and species diversity of M.sieversii in different populations

不同居群新疆野蘋果的群落受損和物種多樣性情況的主成分分析結果見表6。由表6 可知，第1 主成分的累積方差貢獻率大于80%，所以僅提取了1個主成分。

表6 不同居群新疆野蘋果的群落受損和物種多樣性情況的主成分分析結果Table 6 Community damage and species diversity of M.sieversii in different populations analyzed by principal component method

第1 主成分的林木傷害指數、未受損植株比例、Shannon-Wiener 指數、Pielou 均勻度指數、Simpson 指數的得分系數分別為0.251、0.153、0.243、0.238、-0.236。林木傷害指數的成分得分系數最高，并且林木傷害指數在居群間的差異達到了顯著水平（P＜0.05），因此林木傷害指數是反映新疆野蘋果群落受損情況的重要指數；群落特征指數中，Shannon-Wiener 指數的成分得分系數最高，故Shannon-Wiener 指數是群落特征指數中反映新疆野蘋果受損情況的重要指數。

新疆野蘋果額敏居群、托里居群、鞏留居群、新源居群、霍城居群的得分依次為0.776、1.372、0.698、0.767、0.665，托里居群得分最高，霍城居群得分最低，因此托里居群野蘋果群落受損最嚴重，霍城居群野蘋果群落受損最輕。?

4 結論與討論

目前，新疆野蘋果種群中有高達66.00%的野蘋果植株受到不同程度的損害，在各徑級新疆野蘋果植株中胸徑小于5 cm 的植株受損最輕?；疑P聯度分析結果表明，海拔對新疆野蘋果受損的影響最大；主成分分析結果表明，林木傷害指數是新疆野蘋果群落受損情況的重要指數，各居群中托里居群的野蘋果群落受損最嚴重，霍城居群的野蘋果群落受損最輕。

4.1 新疆野蘋果受損情況與徑級結構之間的關系

林木種群徑級結構是反映群落健康狀況和受干擾、受破壞程度的重要指標[23]。蘇志堯等[24]在對冰災造成的林木受損情況研究中發現胸徑較大的林木受災的比例更高。許涵等[25]在對臺風造成的林木受損情況研究中發現胸徑與受損情況無顯著相關性。對新疆野蘋果不同徑級植株受損情況的調查結果表明，各徑級植株均受到不同程度的損害，其中胸徑小于5 cm 的植株受損最輕?？赡苁怯捎跇潴w受損主要源于病蟲害，當前新疆野蘋果發生的主要病蟲害是腐爛病和小吉丁蟲[26]，受害枝條多來自3年生以上樹體，胸徑小于5 cm 的野蘋果植株多為當年新生幼苗，未受到病蟲害的侵染，其健康狀況良好。

4.2 新疆野蘋果受損情況與海拔之間的關系

較多研究結果表明，海拔是影響林木受損程度的重要因素之一，隨著海拔升高，溫度降低，濕度增加，使得高海拔地區的林木易受到氣候變化的影響，樹體更易發生較為嚴重的損壞[27-28]。方紫妍等[29]在對西天山不同溝谷的野果林受損情況的研究中發現，隨著海拔上升，林木受損比例逐漸減小。本研究結果表明，在各地形因子中海拔對新疆野蘋果受損的影響較大，海拔1 100 m 以上時新疆野蘋果有海拔越高受損越嚴重的趨勢，但在海拔1 300 ～1 400 m 時林木受損最嚴重。一方面，在低海拔地帶受到山地逆溫層的保護，新疆野蘋果能夠安全越冬[30]，顧鶴壽[31]的研究結果表明海拔850 ～1 200 m 地帶是新疆直立越冬果樹的適宜帶，在海拔大于1 200 m 的地帶極端天氣極易造成樹體損傷；另一方面，孔婷婷等[32]經研究發現蘋果小吉丁蟲多發生在海拔小于1 400 m 的地帶。極端天氣和病蟲害的共同影響，造成海拔梯度1 300 ～1 400 m 樣方的野蘋果樹體受損最嚴重。

本研究中僅對新疆野果林內野蘋果樹的種群受損情況進行了調查，為給新疆野果林的資源保護和開發利用提供參考，后續將對新疆野果林內其他重要野生果樹物種的受損情況開展調查，并分析土壤、氣候等因子對野果林內種群受損的影響，探討保護受損野果林的方法和措施。