CN102577851A - 基于松墨天牛为害指标的松类林健康评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于松墨天牛为害指标的松类林健康评价方法，属于森林保护、森林经营和森林生态系统健康领域，包括以下步骤：（1）筛选样地；（2）调查样地内的松墨天牛为害指标；（3）调查样地内的松类林分健康指数；（4）建立松墨天牛为害指标与松类林健康指数间的回归模型；（5）松类林健康评价模型的应用。本发明确立了松类林分健康的量化指数，利用建立的回归模型即可以方便快捷地评价相似林分的健康状况，可操作性强，评价结果的准确度和可靠性较高。
Description
技术领域
本发明属于森林保护、森林经营和森林生态系统健康领域，具体涉及一种以松属植物为优势树种的森林类型的健康的评价方法。
背景技术
森林健康诊断与评价是自20世纪90年代以来世界林业研究和发展中的一个新兴热点领域，也是针对缓解森林退化、全球气候变化、水土流失和森林生境破坏等重大生态环境问题，实现人类健康、和谐、可持续发展的战略需要。森林健康评价的技术和方法，前人进行过多方面的研究，但如何判断森林健康，提前做好保护森林的措施，而不是在病虫害大量发生后才采取应急方案是森林保护的一个重大研究课题，尤其是早期诊断森林健康仍然是世界性的关键技术和难题。现有的研究大多利用综合指标评估法，从森林活力、森林的组织结构、抗逆能力和恢复力以及生态服务功能等方面进行森林健康评价。这些方法的优点在于选择的评价指标比较全面细致，但采集指标过多则不易操作，且部分指标数据很难一次性获取，实际应用困难较大，很难实现对森林健康的早期诊断和动态监测。而利用指示物种法进行森林健康评价，主要基于指示物种、关键物种或环境敏感物种的数量、生物量、生产力、结构指标、功能指标及一些生理生态指标等来描述生态系统的健康状况，具有方法简单、操作便捷、经济实用的特点。如果选择的指示物种对森林健康状况及其变化表现敏感，同时其指示效应易于监测的话，即可实现早期诊断森林健康。在指示物种的选择上，国外有研究证实，一些蛀干昆虫能够敏感地识别和选择亚健康和衰弱的寄主树木进行取食、产卵和定殖，认为这些昆虫可以作为森林健康评价的指示物种。但迄今为止，从实践的角度利用蛀干昆虫与亚健康和衰弱林木的伴生关系，以蛀干昆虫作为指示物种来诊断和评价森林健康却鲜见报道。
松墨天牛是我国马尾松、云南松和华山松等松类林分中广泛分布的重要蛀干昆虫，主要分布于冀、豫、鲁、陕、苏、浙、赣、闽、湘、云、贵、川、藏、粤、桂等省区。
发明内容
为解决现有技术中无法利用蛀干昆虫作为指示物种来定量地诊断和评价森林健康的问题，本发明提供一种基于松墨天牛为害指标的松类林健康评价方法，其技术方案如下：
一种基于松墨天牛为害指标的松类林分健康评价方法，包括以下顺序步骤：
(1)筛选样地：
筛选多块面积相同的松类林分样地，对每一块样地按照下述步骤(2)和步骤(3)进行调查；
(2)调查松墨天牛为害指标：
在每一块样地中，采用引诱剂诱集法、饵木诱集法或为害痕迹调查法中的一种或两种以上方法来获得松墨天牛为害指标；
所述松墨天牛为害指标是指诱集到的松墨天牛数量，和/或饵木上松墨天牛的取食痕数、产卵痕数、羽化孔数，和/或林木树干上的松墨天牛产卵痕数、羽化孔数；
(3)调查松类林分健康指数：
在每一块样地中进行每木健康调查，将林木的健康状况分为健康木、亚健康木、衰弱木、濒死木和枯倒木5个等级；
所述健康木是指针叶翠绿，枝条舒展，无枯梢，树干无蛀干昆虫产卵痕或刻槽的林木；
所述亚健康木是指针叶部分变黄，有枯梢，树干无蛀干昆虫产卵痕或刻槽的林木；
所述衰弱木是指针叶大部分变黄，树干有蛀干昆虫产卵痕或刻槽的林木；
所述濒死木是指针叶萎蔫，树干失水，树木趋于死亡的林木；
所述枯倒木是指针叶枯黄或掉落，呈干枯状的林木；
然后按下列公式计算样地的松类林分健康指数：
松类林健康指数＝(5×健康木株数/总株数)+(4×亚健康木株数/总株数)+(3×衰弱木株数/总株数)+(2×濒死木株数/总株数)+(1×枯倒木株数/总株数)；
(4)建立松类林健康评价模型：
将全部样地内获得的松墨天牛为害指标和松类林健康指数通过统计学的相关和回归分析，建立松墨天牛为害指标与松类林健康指数间的回归模型；
(5)松类林健康评价模型的应用：
调查待评价的松类林内的松墨天牛为害指标，将此松墨天牛为害指标代入步骤(4)建立的回归模型中，计算出待评价的松类林健康指数，按下述标准评价该待评价的松类林的健康状况：
待评价的松类林健康指数在4.5～5之间的为健康林，待评价的松类林健康指数在3.5～4.4之间的为亚健康林，待评价的松类林健康指数在2.5～3.4之间的为衰弱林，待评价的松类林健康指数在2.4以下的为濒死林或枯死林。
作为本发明方法的优选方案：
所述步骤(2)中的引诱剂诱集法包括以下步骤：在林间郁闭度为0.5左右的林地内选择1.8-2.5m高度处悬挂诱捕器，以蛀干类害虫引诱剂为诱芯，诱集松墨天牛，定期收集统计诱集到的松墨天牛数量；
所述步骤(2)中的饵木诱集法包括以下步骤：在林间选取针叶绿、无枯梢和枯枝、树干直立且无蛀干害虫攻击痕迹的活立木，伐倒后堆放于林内作为饵木，吸引松墨天牛成虫取食、产卵和定殖，定期对饵木进行解析调查，统计饵木上松墨天牛的取食痕数、产卵痕数和羽化孔数；
所述步骤(2)中的为害痕迹调查法是指调查林间活立木和枯立木树干上松墨天牛的产卵痕数和羽化孔数；
上述取食痕数是指松墨天牛在树皮上取食形成的不规则斑块数，产卵痕数是指树干上由松墨天牛雌虫啃咬形成的横向刻槽中心处由产卵器戳刺而成的针孔状的产卵孔数，羽化孔数是指松墨天牛成虫羽化时由树干木质部中钻出形成的直径为1cm的规则圆孔数。
作为本发明方法的进一步优选方案：
所述步骤(5)中的松类林健康评价模型为：
Y＝AX1±BX2±CX3±DX4±E
式中Y为松类林健康指数，X1为松墨天牛诱集数量，X2为松墨天牛取食痕数，X3为松墨天牛产卵痕数，X4为松墨天牛羽化孔数，A、B、C、D均为系数，E为常数。
作为本发明方法的优选方案：
所述步骤(1)中的松类林的树种为云南松；
所述步骤(5)中的松类林健康评价模型为：
Y＝3.717+0.242X1-0.108X2-0.077X3
式中Y为松类林健康指数，X1为诱集到的松墨天牛数量，X2为天牛产卵痕数，X3为天牛取食痕数。
作为本发明方法的优选方案：
所述步骤(1)中的松类林的树种为马尾松或华山松。
松墨天牛对松类寄主树的攻击行为具有选择性，天牛成虫能够敏感地识别和选择亚健康和衰弱树木取食、产卵和定殖，天牛的危害与亚健康和衰弱林木具有明显的对映关系，而林间衰弱林木的数量和比例直接反应了森林的健康水平，这正是本发明利用松墨天牛为害指标诊断森林健康的理论基础。
本发明基于松墨天牛成虫能够敏感识别和选择攻击亚健康和衰弱的云南松寄主的生物学特性，以云南松林及林内的松墨天牛为研究对象，通过开展林间多指标的云南松森林健康调查和松墨天牛为害状况调查，选取代表性的松类林分，包括原始林、次生林、人工林开展调查，确立了森林健康量化指数，并应用统计学方法建立云南松森林健康指数与松墨天牛为害指标间的回归模型，利用建立的回归模型即可针对性地方便快捷地评价相应的原始林、次生林、人工林林分的健康状况，免除了费时费力的林间每木健康判断。
由于生态系统的多样化，组成各种生态系统中的物种之间的相互作用也是复杂多样的，需要针对各种具体情况，具体问题具体分析。根据研究发现，不同森林类型的云南松林，其健康状况均与林内松墨天牛的为害指标间存在显著或极显著相关关系，也都能够建立回归模型。其中，在云南松天然林中，森林健康指数与松墨天牛为害指标呈正相关关系，即松墨天牛数量和为害越多，森林健康状况越好，这与天然林中植物物种多样性有关，同时，松墨天牛也起到加速树木优胜劣汰的作用；而在云南松人工林中，森林健康指数与松墨天牛为害指标呈负相关关系，即松墨天牛数量和为害越多，森林健康状况越差。因此，针对不同森林类型，可建立不同的健康评价模型，如原始林用原始林模型，次生林用次生林模型，人工林用人工林模型。
本发明的优点在于：现有的森林健康评估方法需要从森林活力、组织结构、抗逆能力、恢复力和生态服务功能等方面进行评价，采集指标过多，耗时耗力，不易操作，实际应用上有较大困难，难以实现对森林健康的早期诊断和动态监测。本发明利用松墨天牛对亚健康和衰弱林木的敏感识别的生物学特性，只需要调查林分内松墨天牛的为害指标，即可根据建立的评价模型评价森林的健康状况；由于松墨天牛为害特征明显，为害的森林类型和地域范围广，虫害的调查方法较为成熟且简单易行，因此建立的评价模型具有较广泛的适用性，可以实现对森林健康的快速评价和动态监测，对于以松属植物为优势树种的森林类型的健康评价具有指导意义，为森林的科学经营管理提供了科学依据，经多地验证，可操作性强，评价结果的准确度和可靠性较高，适合于大面积推广应用。
附图说明
图1为本发明方法的实施示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明方法进一步说明。
本发明的实施包括两个步骤：一是建立适合于某一类林分的森林健康评价模型，并结合林分的生长发育和生理指标对模型进行修正；二是应用该评价模型对同类型林分进行健康评价。具体实施步骤为：
1.森林健康评价模型的建立：
选取代表性的松类林分开展调查，建立适合于该林分类型的森林健康评价模型。
(1)松墨天牛为害指标的调查：按常规调查方法设置样地，从下列蛀干昆虫调查方法中选择1-2种方法，调查林间松墨天牛的为害指标。
①引诱剂诱集法，在林间郁闭度为0.5左右的林地内选择1.8-2.5m高度处悬挂诱捕器，以蛀干类害虫引诱剂为诱芯，诱集松墨天牛，定期收集统计诱集到的松墨天牛数量；
②饵木诱集法，在林间选取健康中等的活立木，伐倒后堆放于林内作为诱饵，吸引松墨天牛成虫取食、产卵和定殖，定期对饵木进行解析调查，统计饵木上松墨天牛的取食痕数、产卵痕数和羽化孔数，其中，取食痕为树皮上取食形成的不规则斑块；产卵痕为一横向刻槽，刻槽中心处的针孔状孔洞即为产卵孔；羽化孔为一规则圆孔，圆孔直径可达1cm左右；
③为害痕迹调查法，调查林间活立木和枯立木树干上松墨天牛的产卵痕数和羽化孔数，可以调查树干2m以下的数量，通过测量树高、胸径等指标，根据天牛在树干上的分布公式计算出整株树的虫口数量。
(2)林木健康状况的初步评估：
在松类林分内进行完(1)中所述的松墨天牛为害指标调查后，对样地内的松树进行每木调查，以云南松为例，按下列标准将松类林木的健康状况划分为5个等级：
健康木：针叶翠绿，枝条舒展，无枯梢，树干无蛀干昆虫产卵痕或刻槽。
亚健康木：针叶部分变黄，有枯梢，树干无蛀干昆虫产卵痕或刻槽。
衰弱木：针叶大部分变黄，树干有蛀干昆虫产卵痕或刻槽。
濒死木：针叶萎蔫，树干失水，树木趋于死亡。
枯倒木：针叶枯黄或掉落，呈干枯状。
统计每个等级的林木株数和总株数。
(3)森林健康指数的计算：
从健康木到枯倒木按5、4、3、2、1依次分别赋予系数，按下列公式计算林分的健康指数：
森林健康指数＝(5×健康木株数/总株数)+(4×亚健康木株数/总株数)+(3×衰弱木株数/总株数)+(2×濒死木株数/总株数)+(1×枯倒木株数/总株数)
(4)森林健康评价模型的建立和修正：
采用统计学的回归分析方法，将(1)中调查获得的松墨天牛为害指标数据与(3)中得到的森林健康指数进行分析，得到松墨天牛为害指标与森林健康指数间的回归模型。通过实地调查验证，结合林木生长发育指标、光合和水分生理指标、生物多样性指标等对模型参数和系数进行修正、优化，得到与实际调查的森林类型拟合度较好的森林健康评价模型。
森林健康评价模型的一般模式为：
森林健康指数FHI＝AX1±BX2±CX3±DX4
式中X1为松墨天牛诱集数量；X2为松墨天牛取食痕数；X3为松墨天牛产卵痕数；X4为松墨天牛羽化孔数；A、B、C、D均为系数。针对不同的森林类型如云南松天然林或人工林有不同的评价模型，经修正优化后可以得到不同精度的评价模型，将相关性不大的参数设置为缺省，给应用上提供更多的选择。
2.应用模型开展森林健康评价：
选取一片新的代表性松类森林，先调查林内的松墨天牛为害指标，然后代入已经建立的森林健康评价模型，计算出森林健康指数，即FHI，就可以评价该林分的健康状况。
(1)松墨天牛为害指标调查：
采用常规蛀干昆虫调查方法如引诱剂诱集法、饵木诱集法或为害痕迹调查法，调查林间松墨天牛的为害指标，包括诱集到的松墨天牛数量，饵木上松墨天牛的取食痕数、产卵痕数和羽化孔数，林木树干上的松墨天牛产卵痕数和羽化孔数等。
(2)森林健康指数的计算：
将上步调查中获得的松墨天牛为害指标数据代入森林健康评价模型FHI＝AX1±BX2±CX3±DX4，计算得出森林健康指数。
(3)森林健康的评估：
森林健康指数的取值范围在1-5之间，4.5～5之间为健康林，3.5～4.4之间为亚健康林，2.5～3.4之间为衰弱林，2.4以下为濒死或枯死林。
发明人于2009年1～6月在云南省滇中地区选择云南松天然林开展森林健康评价，通过建立森林健康评价模型，对目标林分评价和结果验证，表明本方法简单易行，结果可靠。
滇中地区云南松天然林健康评价模型的建立
发明人于2009年1～5月在云南省滇中地区的昆明、楚雄、玉溪等地通过大范围筛选样地，开展松墨天牛为害指标调查、林木健康状况评价和森林健康指数计算，最终采用回归分析方法拟合出适合于滇中地区云南松天然林健康状况评价的回归模型为：
Y＝3.717+0.242X1-0.108X2-0.077X3
式中Y为森林健康指数，X1为诱集到的松墨天牛数量，X2为天牛产卵痕数，X3为天牛取食痕数；
通过逐步回归分析，得到适合于滇中地区云南松天然林健康状况评价的优化模型为：
Y＝3.531+0.181X
式中Y为森林健康指数，X为松墨天牛诱集数量。
1.应用模型开展滇中地区云南松天然林健康评价
发明人于2009年6月在云南省玉溪市易门县金竹箐地区应用模型选择云南松天然林进行森林健康评价。在天然林内沿海拔梯度分别选取了三块样地开展森林健康评价，每块样地大小为25.8m×25.8m，面积为666m2，即为1亩。
(1)松墨天牛为害指标调查：分别在每块样地中悬挂诱捕器2个，以浙江省林科院和中国林科院亚林所共同研制生产的蛀干类害虫引诱剂为诱芯，30天后，调查样地诱捕器内松墨天牛的诱集数量，数量平均到每天；
(2)健康指数计算和森林健康评价：将松墨天牛诱集数量数据代入经修正优化的云南松天然林森林健康评价模型中，得到3块样地的森林健康状况如下表：
注：森林健康指数FHI在4.5～5之间为健康，3.5～4.4之间为亚健康，2.5～3.4之间为衰弱，2.4以下为濒死或枯死。
为了验证评价结果的可靠性，发明人按公式：
森林健康指数＝(5×健康木株数/总株数)+(4×亚健康木株数/总株数)+(3×衰弱木株数/总株数)+(2×濒死木株数/总株数)+(2×枯倒木株数/总株数)
对上述3块样地内云南松林进行每木健康评价和健康指数计算，结果得到3块样地的森林健康指数分别为：3.50、3.75、4.61。与回归模型计算结果相比较：评价结果的准确率为99.8％，证明本评价方法结果可靠。
Claims (5)
1.一种基于松墨天牛为害指标的松类林健康评价方法，其特征在于包括以下顺序步骤：
(1)筛选样地：
筛选多块面积相同的松类林分样地，对每一块样地按照下述步骤(2)和步骤(3)进行调查；
(2)调查松墨天牛为害指标：
在每一块样地中，采用引诱剂诱集法、饵木诱集法或为害痕迹调查法中的一种或两种以上方法来获得松墨天牛为害指标；
所述松墨天牛为害指标是指诱集到的松墨天牛数量，和/或饵木上松墨天牛的取食痕数、产卵痕数、羽化孔数，和/或林木树干上的松墨天牛产卵痕数、羽化孔数；
(3)调查松类林分健康指数：
在每一块样地中进行每木健康调查，将林木的健康状况分为健康木、亚健康木、衰弱木、濒死木和枯倒木5个等级；
所述健康木是指针叶翠绿，枝条舒展，无枯梢，树干无蛀干昆虫产卵痕或刻槽的林木；
所述亚健康木是指针叶部分变黄，有枯梢，树干无蛀干昆虫产卵痕或刻槽的林木；
所述衰弱木是指针叶大部分变黄，树干有蛀干昆虫产卵痕或刻槽的林木；
所述濒死木是指针叶萎蔫，树干失水，树木趋于死亡的林木；
所述枯倒木是指针叶枯黄或掉落，呈干枯状的林木；
然后按下列公式计算样地的松类林分健康指数：
松类林健康指数＝(5×健康木株数/总株数)+(4×亚健康木株数/总株数)+(3×衰弱木株数/总株数)+(2×濒死木株数/总株数)+(1×枯倒木株数/总株数)；
(4)建立松类林健康评价模型：
将全部样地内获得的松墨天牛为害指标和松类林健康指数通过统计学的相关和回归分析，建立松墨天牛为害指标与松类林健康指数间的回归模型；
(5)松类林健康评价模型的应用：
调查待评价的松类林内的松墨天牛为害指标，将此松墨天牛为害指标代入步骤(4)建立的回归模型中，计算出待评价的松类林健康指数，按下述标准评价该待评价的松类林的健康状况：
待评价的松类林健康指数在4.5～5之间的为健康林，待评价的松类林健康指数在3.5～4.4之间的为亚健康林，待评价的松类林健康指数在2.5～3.4之间的为衰弱林，待评价的松类林健康指数在2.4以下的为濒死林或枯死林。
2.根据权利要求1所述的基于松墨天牛为害指标的松类林健康评价方法，其特征在于：
所述步骤(2)中的引诱剂诱集法包括以下步骤：在林间郁闭度为0.5左右的林地内选择1.8-2.5m高度处悬挂诱捕器，以蛀干类害虫引诱剂为诱芯，诱集松墨天牛，定期收集统计诱集到的松墨天牛数量；
所述步骤(2)中的饵木诱集法包括以下步骤：在林间选取针叶绿、无枯梢和枯枝、树干直立且无蛀干害虫攻击痕迹的活立木，伐倒后堆放于林内作为饵木，吸引松墨天牛成虫取食、产卵和定殖，定期对饵木进行解析调查，统计饵木上松墨天牛的取食痕数、产卵痕数和羽化孔数；
所述步骤(2)中的为害痕迹调查法是指调查林间活立木和枯立木树干上松墨天牛的产卵痕数和羽化孔数；
上述取食痕数是指松墨天牛在树皮上取食形成的不规则斑块数，产卵痕数是指树干上由松墨天牛雌虫啃咬形成的横向刻槽中心处由产卵器戳刺而成的针孔状的产卵孔数，羽化孔数是指松墨天牛成虫羽化时由树干木质部中钻出形成的直径为1em的规则圆孔数。
3.根据权利要求1或2所述的基于松墨天牛为害指标的松类林健康评价方法，其特征在于：
所述步骤(5)中的松类林健康评价模型为：
Y＝AX1±BX2±CX3±DX4±E
式中Y为松类林健康指数，X1为松墨天牛诱集数量，X2为松墨天牛取食痕数，X3为松墨天牛产卵痕数，X4为松墨天牛羽化孔数，A、B、C、D均为系数，E为常数。
4.根据权利要求1或2所述的基于松墨天牛为害指标的松类林健康评价方法，其特征在于：
所述步骤(1)中的松类林的树种为云南松；
所述步骤(5)中的松类林健康评价模型为：
Y＝3.717+0.242X1-0.108X2-0.077X3
式中Y为松类林健康指数，X1为诱集到的松墨天牛数量，X2为天牛产卵痕数，X3为天牛取食痕数。
5.根据权利要求3所述的基于松墨天牛为害指标的松类林健康评价方法，其特征在于：
所述步骤(1)中的松类林的树种为马尾松或华山松。
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