基于通徑分析的云南松林地表可燃物載量與林分因子的關系研究

摘要 ［目的］研究林分因子對云南松林地表可燃物載量的影響，探討林分因子對地表可燃物載量的作用機理及其關系，為研究區(qū)森林防火和地表可燃物管理提供科學依據(jù)。［方法］以雅安市漢源縣為研究區(qū)域，在云南松林中設置標準地、樣方，調(diào)查地表可燃物載量，對林分因子和地表可燃物載量關系進行分析。［結(jié)果］喬木層可燃物載量與郁閉度、林分密度和草本蓋度顯著相關；灌木層可燃物載量與灌木蓋度顯著相關；草本可燃物載量與郁閉度、林分密度和草本蓋度顯著相關；枯落物可燃物載量與郁閉度、林分密度、草本蓋度和枯落物厚度顯著相關；腐殖質(zhì)可燃物載量與草本蓋度和腐殖質(zhì)厚度顯著相關。平均胸徑和平均樹高對地表可燃物載量的直接影響較大，郁閉度、林分密度對地表可燃物載量的間接影響較大。［結(jié)論］云南松林林分因子通過直接和間接效應共同影響地表可燃物載量，其影響機理各不相同，在進行可燃物管理時，要因地制宜地選擇可燃物管理方法以及調(diào)控措施。

關鍵詞 云南松林；林分因子；可燃物載量；相關分析；通徑分析

中圖分類號 S762 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）14-0095-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.021

Research on the Relationship Between Surface Fuel Load and Stand Factors of Pinus yunnanensis Forest Based on Path Analysis Method

SUN Yu， CHE Yong， JING Liao et al

（Sichuan Provincial Institute of Forestry and Grassland Inventory and Planning， Chengdu， Sichuan 610081）

Abstract ［Objective］In order to study the influence of forest factors on the surface fuel load of Pinus yunnanensis forest， explore the mechanism and relationship of forest factors on the surface fuel load， and provide scientific basis for forest fire prevention and surface fuel load management in the research area. ［Method］Taking Hanyuan County of Ya’an City as the study area， the standard plots and quadrats were set up in the Pinus yunnanensis forest to investigate the surface fuel load，and analyze the relationship between stand factors and surface fuel load. ［Result］The results showed that the fuel load of the tree layer was significantly correlated with canopy density， stand density， and herbaceous coverage;the fuel load of shrub layer is significantly correlated with shrub coverage;the herbaceous fuel load is significantly correlated with canopy density， stand density， and herbaceous coverage;the fuel load of litter is significantly correlated with canopy density， forest density， herbaceous coverage， and litter thickness;the fuel load of humus was significantly correlated with herb coverage and humus thickness. The direct impact of average diameter at breast height and average tree height on surface fuel load is significant， while the indirect impact of canopy density and stand density on surface fuel load is significant. ［Conclusion］The factors of Pinus yunnanensis forest affected the surface fuel load through direct and indirect effects， and the factors that affect the fuel load at different levels are also different. When conducting fuel management， it is necessary to select fuel management methods and control measures according to local conditions.

Key words Pinus yunnanensis forest;Stand factor;Fuel load;Correlation analysis;Path analysis method

基金項目 四川省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃院自立課題“干旱河谷區(qū)典型森林植被地表可燃物載量及影響因子研究”。

作者簡介 孫宇（1993—），女，湖北利川人，工程師，碩士，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究。*通信作者，高級工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究。

收稿日期 2023-08-20

森林火災被聯(lián)合國列為世界八大自然災害之一，森林火災的破壞性大，處置救助較為困難，一旦發(fā)生，對森林、生態(tài)系統(tǒng)和人類危害巨大［1-2］。地形、氣象和森林可燃物載量是影響森林火災的重要因素，可燃物是唯一能夠掌控的因子［3-5］。研究可燃物載量的相關特性和影響因素，能夠有效地預測森林火災，為火災處置提供科學依據(jù)［6-8］。影響森林地表可燃物載量的因子很多，目前國內(nèi)外有眾多學者對地表可燃物載量及其影響因子進行研究，王剛等［9］對大興安嶺56塊標準地的地表可燃物載量進行研究，并運用線性回歸方法建立了可燃物載量數(shù)學模型；王叁等［10］對川西南地區(qū)不同類型云南松林的可燃物進行研究，得出林下可燃物主要受郁閉度、坡度、樹高和林齡的影響；梁瀛等［11］對天山中部天山云杉林地表可燃物載量進行研究，得到林分郁閉度與地表可燃物載量呈正相關。

云南松 （Pinus yunnanensis）林主要生長于我國西南地區(qū)，具有廣泛的生態(tài)適應性及較強的自然更新能力［12-13］。漢源縣云南松林面積較大，占喬木林地總面積的29%左右，是漢源縣分布最廣、面積最大的樹種之一，且云南松是易燃樹種，松脂含量高，易燃性極大，森林火災發(fā)生的風險較大。因此筆者以漢源縣云南松林為研究對象，對云南松林的林分因子和地表可燃物載量進行調(diào)查與分析，運用通徑分析法研究林分因子對地表可燃物載量的直接和間接效應，為漢源縣地表可燃物載量管理、森林火險預測提供科學依據(jù)，對推動林分因子與地表可燃物載量間關系的研究具有重要的理論意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

漢源縣位于四川省雅安市，地理坐標為102°16′～103°00′E，29°05′～29°43′N。漢源縣氣溫垂直差異很大，高山區(qū)全年無夏，春、秋相連，平壩河谷區(qū)夏無酷熱，冬無嚴寒，屬北溫帶和季風帶之間的亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)。區(qū)內(nèi)土壤類型較多，主要森林土壤有紅壤、棕壤和暗棕壤。主要樹種有云南松（Pinus yunnanensis）、冷杉［Abies fabri（Mast.）Craib］、鐵杉（Tsuga chinensis pritz）、樺木（Betula）等30科64屬，200余種。

1.2 標準地數(shù)量及位置確定

根據(jù)《四川省第一次森林和草原火災風險普查實施方案》，在漢源縣共布設20個云南松標準地，以漢源縣2020年森林資源管理“一張圖”、森林資源規(guī)劃設計調(diào)查等成果，通過ArcGIS室內(nèi)布點先確定標準地的西南角點位置，然后根據(jù)布點方案進行現(xiàn)場踏查，確定符合標準地類型的林分，落實標準地的西南角坐標。該外業(yè)調(diào)查于2021年11—12月進行。

1.3 標準地設置及調(diào)查

根據(jù)《森林可燃物標準地調(diào)查技術規(guī)程》，將標準地面積設為666.67 m2（25.82 m×25.82 m），記錄標準地起源、郁閉度、齡組、林齡等因子。同時對標準地胸徑5 cm以上的喬木進行每木檢尺，在優(yōu)勢樹種中選擇3～5株中等大小、生長正常的平均木測量樹高，運用算術平均法計算林分平均樹高。

1.4 樣方設置及調(diào)查

在標準地內(nèi)設置灌木層、草本層、枯落物、腐殖質(zhì)樣方，采用收獲法調(diào)查可燃物載量。選擇距標準地頂點兩邊3 m處設置4個樣方，如圖1所示。灌木層調(diào)查樣方為2 m×2 m ，在灌木層樣方中布設1 m×1 m樣方，開展草本、枯落物和腐殖質(zhì)調(diào)查。

調(diào)查2 m×2 m樣方內(nèi)灌木層優(yōu)勢種、蓋度、株數(shù)、平均高等。當樣方為成片灌木且株數(shù)較多時，選擇樣方中3株平均大小的標準灌木，收獲并測定干、枝和葉的鮮重；當樣方為稀疏灌木且株數(shù)少時，采用全收獲方法。分別取每株灌木的干、枝和葉相同質(zhì)量比混合，同一標準地內(nèi)按照灌木樹種分別混合取樣，每份樣品取樣500 g。

在1 m×1 m的樣方中調(diào)查草本蓋度，完全收獲樣方內(nèi)活草本植物地上部分，稱其鮮重。充分混合所有樣方草本，取樣品300 g。調(diào)查1 m×1 m的樣方中枯落物厚度，收集樣方內(nèi)全部枯落物，稱其鮮重。將所有樣方枯落物樣品混合取樣，取樣品200 g。調(diào)查1 m×1 m的樣方中腐殖質(zhì)層厚度，采用完全收獲法收獲每個樣方內(nèi)腐殖質(zhì)，測定濕重，然后將4個樣方腐殖質(zhì)混合取200 g 樣品。將收獲得各種樣品分別裝入樣品袋中，貼上標簽，寫明樣地號、樣品類型和采樣日期等，帶回實驗室測定其干鮮比。

1.5 地表可燃物載量測定及計算

1.5.1 喬木層可燃物載量。調(diào)查喬木樹種的胸徑、樹高。喬木層可燃物載量計算公式如下：

M1=T1/S×10 000/1 000（1）

式中：M1為喬木層可燃物載量，t/hm2；T1為標準地喬木層干重，kg；S為標準地面積，m2。

1.5.2 灌木層可燃物載量。

將收集好的灌木可燃物樣品放入恒溫烘箱中，在65～80 ℃條件下連續(xù)烘干36 h以上，直至質(zhì)量不再變化。干鮮比計算公式如下：

R=m2/m1（2）

式中：R為可燃物干鮮比；m1為可燃物鮮重質(zhì)量，g；m2為可燃物干重質(zhì)量，g。

灌木層總干重的計算公式如下：

T2=R×m1×N（3）

式中：T2為灌木層總干重；R為可燃物干鮮比；m1為可燃物鮮重質(zhì)量，g；N為樣方內(nèi)灌木總株數(shù)。

灌木層單位面積可燃物載量計算公式如下：

M2=T2/n×s1×10 000/1 000（4）

式中：M2為灌木層可燃物載量，t/hm2；T2為灌木層總干重，kg；s1為灌木樣方面積，m2；n為灌木樣方數(shù)量。

1.5.3

草本可燃物載量。草本樣品干鮮比測定方法與灌木層一致。 草本總干重計算公式如下：

T3=R×m1（5）

式中：T3為草本總干重；R為可燃物干鮮比；m1為可燃物鮮重質(zhì)量，g 。

草本單位面積可燃物載量計算公式如下：

M3=T3/n×s2×10 000/1 000（6）

式中：M3為草本可燃物載量，t/hm2；T3為草本總干重，kg；s2為草本樣方面積，m2；n為草本樣方數(shù)量。

1.5.4

枯落物和腐殖質(zhì)可燃物載量。枯落物和腐殖質(zhì)可燃物載量測定方法與草本可燃物載量測定方法相同。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)調(diào)查及實驗室測定與計算，得到20塊標準地的地表可燃物載量和標準地林分因子（表1）。將林分因子作為自變量（X），可燃物載量作為因變量（Y），用SPSS軟件進行相關分析和回歸分析，計算出林分因子對可燃物載量的直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分因子與地表可燃物載量相關性分析

將林分因子作為自變量（X），地表可燃物載量作為因變量（Y），郁閉度為X1，林分密度為X2，平均胸徑為X3，平均樹高為X4，灌木蓋度為X5，草本蓋度為X6，枯落物厚度為X7，腐殖質(zhì)厚度為X8，喬木層可燃物載量為Y1，灌木層可燃物載量為Y2，草本可燃物載量為Y3，枯落物可燃物載量為Y4，腐殖質(zhì)可燃物載量為Y5。相關性分析表明（表2），影響地表可燃物載量的林分因子間相互作用，表現(xiàn)出較明顯的相關性。喬木層可燃物載量與郁閉度、林分密度和草本蓋度顯著相關；灌木層可燃物載量與灌木蓋度顯著相關；草本可燃物載量與郁閉度、林分密度和草本蓋度顯著相關；枯落物可燃物載量與郁閉度、林分密度、草本蓋度和枯落物厚度顯著相關；腐殖質(zhì)可燃物載量與草本蓋度和腐殖質(zhì)厚度顯著相關。總體來看，郁閉度、林分密度、灌木蓋度、草本蓋度、枯落物厚度、腐殖質(zhì)厚度對地表可燃物載量存在顯著相關或極顯著相關。

2.2 林分因子與地表可燃物載量直接和間接通徑系數(shù)分析

由表3可知，平均胸徑對喬木層可燃物載量具有較強的正直接效應（直接通徑系數(shù)為0.936），平均胸徑通過影響郁閉度、林分密度、平均樹高等因子產(chǎn)生較強的負間接效應，其直接效應大部分被間接效應所抵消，因此平均胸徑與喬木層可燃物載量的相關性不顯著。郁閉度、林分密度對喬木層可燃物載量的直接效應較大，其通過影響其他林分因子產(chǎn)生的間接效應較小，因此郁閉度、林分密度與喬木層可燃物載量呈顯著正相關。平均樹高對喬木層可燃物載量產(chǎn)生較強的負直接效應，但是其通過影響其平均胸徑產(chǎn)生的正間接效應較大，因此表現(xiàn)出不顯著的相關性。草本蓋度對喬木層可燃物載量產(chǎn)生的直接效應較小，但是其通過影響其他因子產(chǎn)生的間接效應較強，因此草本蓋度與喬木層可燃物載量呈顯著相關。灌木蓋度、枯落物厚度和腐殖質(zhì)厚度對喬木層產(chǎn)生的直接效應和通過影響其他因子產(chǎn)生的間接效應均較小，因此與喬木層可燃物載量呈不顯著相關。

對灌木層可燃物載量直接影響程度明顯的林分因子從大到小表現(xiàn)為平均胸徑（-1.741）＞平均樹高（1.422）＞灌木蓋度（0.784）。平均胸徑對灌木層可燃物載量具有較強的負直接效應，其通過影響平均樹高等因子產(chǎn)生較強的正間接效應，其直接效應大部分被間接效應所抵消，因此平均胸徑與灌木層可燃物載量呈不顯著負相關。平均樹高對灌木層可燃物載量雖然具有較強的正直接效應，但是其通過影響平均胸徑產(chǎn)生較強的負直接效應，因此平均樹高與灌木層可燃物載量相關性不顯著。灌木蓋度對灌木層可燃物載量產(chǎn)生的直接效應較大，其通過影響其他因子產(chǎn)生的間接效應較小，因此灌木蓋度與灌木層可燃物載量呈顯著正相關。其他因子對灌木層可燃物載量的直接影響及其通過影響其他林分因子所產(chǎn)生的間接效應都較小，因此表現(xiàn)出不顯著相關。

對草本可燃物載量直接影響程度明顯的林分因子從大到小表現(xiàn)為平均胸徑（2.142）＞平均樹高（-2.056）＞草本蓋度（0.843）。平均胸徑對草本可燃物載量具有較強的正直接效應，其通過影響平均樹高等因子產(chǎn)生較強的負間接效應，其直接效應大部分被間接效應所抵消，因此平均胸徑與草本可燃物載量呈正相關。平均樹高對草本可燃物載量雖然具有較強的負直接效應，但是其通過影響平均胸徑產(chǎn)生較強的正直接效應，因此平均樹高與草本可燃物載量關系不顯著。草本蓋度對草本可燃物載量產(chǎn)生的直接效應較大，其通過影響其他因子產(chǎn)生的間接效應較小，因此草本蓋度與草本可燃物載量呈顯著正相關。郁閉度和林分密度對草本可燃物載量的直接效應較小，但是其通過影響其他因子產(chǎn)生的間接效應較大，因此郁閉度、林分密度與草本層可燃物載量呈顯著負相關。灌木蓋度、枯落物厚度、腐殖質(zhì)厚度對草本可燃物載量的直接影響及其通過影響其他林分因子所產(chǎn)生的間接效應都較小，因此表現(xiàn)出不顯著相關。

對枯落物可燃物載量直接影響程度最明顯的林分因子為平均樹高（-1.188）。平均樹高對枯落物可燃物載量雖然具有較強的負直接效應，但是其通過影響平均胸徑產(chǎn)生較強的正直接效應，因此平均樹高與枯落物可燃物載量關系不顯著。平均胸徑對枯落物可燃物載量具有較強的正直接效應，其通過影響平均樹高等因子產(chǎn)生了較強的負間接效應，因此平均胸徑與枯落物可燃物載量呈不顯著負相關。枯落物厚度對枯落物可燃物載量產(chǎn)生的直接效應較大，其通過影響其他因子產(chǎn)生的間接效應較小，因此枯落物厚度與枯落物可燃物載量呈極顯著正相關。郁閉度和林分密度對枯落物可燃物載量的直接效應較小，但是其通過影響其他因子產(chǎn)生的間接效應較大，因此郁閉度、林分密度與枯落物可燃物載量呈顯著正相關。草本蓋度對枯落物可燃物載量產(chǎn)生了較強的負直接效應和通過影響其他因子產(chǎn)生了較強的負間接效應，因此表現(xiàn)為顯著負相關。灌木蓋度、腐殖質(zhì)厚度對枯落物可燃物載量的直接影響和其通過影響其他林分因子所產(chǎn)生的間接效應都較小，因此表現(xiàn)出不顯著相關。

對腐殖質(zhì)可燃物載量直接影響程度最明顯的林分因子為腐殖質(zhì)厚度（0.818）。腐殖質(zhì)厚度對腐殖質(zhì)可燃物載量的直接效應較大，其通過影響其他因子產(chǎn)生的間接效應較小，因此表現(xiàn)為顯著相關。草本蓋度對腐殖質(zhì)可燃物載量的直接效應較小，但是其通過影響其他因子產(chǎn)生較強的負間接效應，因此表現(xiàn)為顯著負相關。其他因子對腐殖質(zhì)可燃物載量的直接影響及其通過影響其他林分因子所產(chǎn)生的間接效應都較小，因此表現(xiàn)出不顯著相關。

3 討論與結(jié)論

該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，影響喬木層可燃物載量的主要因子為郁閉度、林分密度、平均胸徑和平均樹高，這與前人的研究結(jié)果一致［14-15］，郁閉度和林分密度對地表可燃物載量具有較強的間接效應，平均胸徑、平均樹高對地表可燃物載量具有較強的直接效應。影響灌木層可燃物載量的主要因子為灌木蓋度、平均胸徑和平均樹高；平均胸徑對灌木層可燃物載量的影響為負直接影響，這可能是由于喬木生長會吸收林分中更多營養(yǎng)物質(zhì)，抑制了灌木的生長；平均樹高對灌木層可燃物載量呈正直接相關，原因可能是喬木越高，對林下灌木陽光的遮擋越少，越利于灌木的生長。影響草本可燃物載量的主要因子為郁閉度、林分密度、草本蓋度；郁閉度和林分密度與草本可燃物載量呈顯著負相關，這可能是由于林分郁閉度、密度越大，林分內(nèi)透光條件較差，不利于草本生長。影響枯落物可燃物載量的主要因子為枯落物厚度、郁閉度、林分密度、草本蓋度、平均胸徑和平均樹高；郁閉度和林分密度與枯落物可燃物載量呈顯著正相關，這是由于郁閉度、林分密度越大，樹冠相互遮陰，部分枝葉因接受不到陽光而逐漸枯死凋落，同時郁閉度和林分密度增加會降低林分內(nèi)土壤溫度，降低土壤微生物的活動強度及枯落物的分解速度，從而使枯落物積累量增多；平均胸徑對枯落物可燃物載量呈正直接相關，這是由于平均胸徑越大，樹木生長茂盛，林分生長量加快，枯枝落葉的凋落量增加；平均樹高對枯落物可燃物載量呈負直接影響，這可能是由于林木越高，林分內(nèi)的透光條件相對較好，枯落物掉落量減少，分解量增多。影響腐殖質(zhì)可燃物載量的主要因子為腐殖質(zhì)厚度、草本蓋度；草本蓋度與腐殖質(zhì)可燃物載量呈顯著負相關，這可能是由于草本蓋度越大，草本數(shù)量越多，對土壤養(yǎng)分的吸收越大，微生物活動旺盛，加速了腐殖質(zhì)的分解。

通過以上研究可知，影響云南松林地表可燃物載量的林分因子間存在相互作用，在進行可燃物管理時，要因地制宜地選擇可燃物管理方法以及調(diào)控措施。整體來看，郁閉度、林分密度對地表可燃物載量影響大。在實際經(jīng)營管理中，為有效地預防森林火災，減少地表可燃物載量，需要合理地控制林分密度和郁閉度，對林分進行必要的間伐和修枝、割灌除草，同時定期對地表可燃物進行清理，減少枯落物等地表可燃物的積累量。

該研究在探索云南松林分因子與地表可燃物載量的關系時，由于研究樣本數(shù)量有限，今后可擴大樣本數(shù)量，建立林分因子與地表可燃物載量之間的關系模型，為進一步探明林分因子影響地表可燃物載量的機理提供科學依據(jù)。

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