松材線蟲病發(fā)病程度與森林景觀格局的相關(guān)性*

彭月，蒲永蘭，陳桂芳

(重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，重慶400036)

松材線蟲病發(fā)病程度與森林景觀格局的相關(guān)性*

彭月，蒲永蘭，陳桂芳

(重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，重慶400036)

基于地理信息技術(shù)，對(duì)重慶市涪陵區(qū)2011年馬尾松松材線蟲病數(shù)量和空間分布進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)其森林景觀格局與松材線蟲病發(fā)病程度的聯(lián)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,⑴涪陵區(qū)2011年松材線蟲病以重度發(fā)病為主，其次是輕度發(fā)病，中部和西部山地是重度發(fā)病的主要區(qū)域，而輕度發(fā)病則在中部、南部和西部有廣泛分布；⑵隨著松材線蟲病的發(fā)病程度增加，森林景觀形狀逐漸趨于規(guī)則化和簡(jiǎn)單化，斑塊間的連通性和聚集度較低。⑶松線線蟲病與森林景觀格局間是相互影響相互制約的：一方面，松線材蟲病影響著森林景觀的格局分布。在涪陵區(qū)，隨著松材線蟲病發(fā)病程度增加，景觀斑塊形狀更簡(jiǎn)單和規(guī)則化，表明區(qū)域的松材線蟲病干擾較嚴(yán)重，對(duì)區(qū)域森林景觀的影響巨大；另一方面，森林景觀的格局差異影響松材線蟲病空間分布。景觀連通性和聚集度指數(shù)表明，連通性較好的景觀斑塊受蟲害影響較小，而整個(gè)景觀中，聚集度高、連通性好的森林景觀受松材線蟲病危害的程度也相對(duì)較低。

重慶市涪陵區(qū)；松材線蟲；發(fā)病程度；景觀格局

松材線蟲〔Burasphelenchusxylophilus(Steiner et Buhrer)Nickle〕病是一種重要的國(guó)際檢疫病害[1]。因松材線蟲病發(fā)病致死速度快，傳播蔓延迅速，防治難度大，又被稱為松樹的“癌癥”。在亞洲，這種病害的蔓延多通過(guò)松墨天牛(MonochamusalternatusHope)傳播病原線蟲得以實(shí)現(xiàn)[2]。該病的傳播已對(duì)我國(guó)部分地區(qū)松林資源、自然資源和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞[3]。我國(guó)自1982年在江蘇省首次發(fā)生以來(lái)，疫區(qū)已經(jīng)擴(kuò)大到14個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)，192個(gè)縣級(jí)行政區(qū)。關(guān)于該病的發(fā)生發(fā)展規(guī)律及其防治方面人們已做了大量研究[4]，但是這些研究多從病蟲害機(jī)理等微觀方向出發(fā)，對(duì)較大尺度病蟲害與森林分布格局研究較少。景觀格局是指不同景觀要素在空間上的分布，空間格局分布一定程度上反映出不同的生態(tài)功能差異，影響并決定著一定的生態(tài)過(guò)程[5～7]。外界和內(nèi)部干擾是景觀格局發(fā)生變化的一個(gè)重要因素。森林蟲害是森林生態(tài)系統(tǒng)主要的自然干擾之一[8]，當(dāng)前，針對(duì)病蟲害在較大尺度如何影響和制約著森林景觀結(jié)構(gòu)的研究較少。本文以景觀生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)，結(jié)合實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)，選擇重慶市涪陵區(qū)為樣區(qū)，重點(diǎn)分析了涪陵區(qū)松材線蟲病的數(shù)量和空間分布規(guī)律，以及不同發(fā)病程度同景觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，旨在為構(gòu)建地區(qū)景觀生態(tài)安全格局提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

重慶市位于28°10′～32°13′N和105°17′～110°11′E之間，幅員面積8.24×104km2，轄40個(gè)區(qū)縣。重慶是松材線蟲病的適生區(qū)，具備松材線蟲病發(fā)生流行的全部條件。自2001年在長(zhǎng)壽區(qū)首次被發(fā)現(xiàn)，疫情已經(jīng)傳播、蔓延到三峽庫(kù)區(qū)和主城四山、涪陵區(qū)、長(zhǎng)壽、萬(wàn)州和忠縣等多個(gè)區(qū)縣，累計(jì)感染松林1.33×104hm2，毀壞松樹200×104株。涪陵區(qū)是重慶市松材線蟲病主要發(fā)生區(qū)域，區(qū)內(nèi)的疫情調(diào)查數(shù)據(jù)較充實(shí)，數(shù)字化程度高，本文以涪陵區(qū)為研究點(diǎn)。涪陵區(qū)位于106°56′～107°43′E，29°21′～30°01′N之間，地處重慶市中部，東鄰豐都縣，南接南川區(qū)、武隆縣，西連巴南區(qū)，北靠長(zhǎng)壽區(qū)、墊江縣。涪陵區(qū)地勢(shì)大致東南高而西北低，西北—東南斷面呈向中部長(zhǎng)江河谷傾斜的對(duì)稱馬鞍狀。海拔最高1 977m，最低138m，多在200～800m之間。區(qū)內(nèi)地貌類型多樣，以丘陵、臺(tái)地為主(共占54.4%)，其次為低山(占31.1%)、中山(占13.3%)、平壩(僅占1.2%)。地貌格局形成條嶺狀背斜低山與寬緩的向斜谷地相間有序排列，而被長(zhǎng)江、烏江河谷橫斷為江東、江北、江南三大片。區(qū)內(nèi)屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫18.1℃，年均降水量1 072mm，無(wú)霜期317天，日照1 248h。境內(nèi)長(zhǎng)江流程77km，烏江流程33km。匯入長(zhǎng)江一級(jí)支流有35條，其中流域面積大于100km2的河流有烏江、梨香溪、小溪、渠溪河等12條。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖

2 材料與方法

利用2011年涪陵區(qū)馬尾松(Pinusmassoniana)松材線蟲調(diào)查小班數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。調(diào)查方法為，分別對(duì)每個(gè)林業(yè)小班進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)遭受松材線蟲侵害的小班，分別計(jì)算小班林木總株數(shù)和發(fā)病的株數(shù)，當(dāng)松樹株樹死亡率≤0.01%，定為Ⅰ級(jí)，輕度發(fā)??；當(dāng)0.01%<株樹死亡率≤0.03%，定為Ⅱ級(jí)，中度發(fā)病；株樹死亡率>0.03%，定為Ⅲ級(jí)，重度發(fā)病。在ArcGis 9.3支持下，將松材線蟲調(diào)查小班數(shù)據(jù)與林業(yè)小班進(jìn)行空間配準(zhǔn)，統(tǒng)一空間投影坐標(biāo)后，進(jìn)行數(shù)字化，提取出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同發(fā)病程度的林業(yè)小班。結(jié)合研究區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)劃、水系、數(shù)字高程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立研究區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖2 研究區(qū)10km×10km采樣區(qū)分布圖

2.1 斑塊水平

斑塊水平上選擇斑塊面積、斑塊形狀指數(shù)、斑塊分維數(shù)等指數(shù)，利用國(guó)際流行的景觀格局指數(shù)計(jì)算軟件Fragtsata3.3進(jìn)行計(jì)算，以單個(gè)小班為統(tǒng)計(jì)單位，分析斑塊大小及斑塊形狀與松材線蟲發(fā)病程度的關(guān)系，各指數(shù)具體意義詳見Fragstat3.3說(shuō)明書。

2.2 類型水平

類型水平上選擇類型斑塊形狀指數(shù)、類型分維數(shù)、破碎度(PD)等指數(shù)，利用國(guó)際流行的景觀格局指數(shù)計(jì)算軟件Fragtsata3.3進(jìn)行計(jì)算，以單個(gè)小班為統(tǒng)計(jì)單位，分析斑塊大小及斑塊形狀與松材線蟲發(fā)病程度的關(guān)系。

2.3 景觀水平

2.4 統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)每個(gè)林班上的斑塊面積、斑塊形狀指數(shù)、斑塊分維數(shù)及其發(fā)病級(jí)別；統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣區(qū)的景觀破碎度指數(shù)、景觀均勻度指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)與樣區(qū)綜合發(fā)病程度指數(shù)；利用SPSS進(jìn)行相關(guān)性分析，計(jì)算斑塊水平上不同景觀格局與發(fā)病級(jí)別的相關(guān)性；景觀水平上，計(jì)算景觀異質(zhì)性與發(fā)病程度的相關(guān)性，景觀離散程度與發(fā)病程度的相關(guān)性。

3 結(jié)果與分析

3.1 松材線蟲發(fā)病情況分析

表1反映了涪陵區(qū)松材線蟲病發(fā)病程度的數(shù)量分布，重度發(fā)病比重最大，占44.08%，其次是輕度發(fā)病，占29.28%，再次是中度發(fā)病，占18.72%，其它類型占7.92%。圖3展示了涪陵區(qū)松材線蟲病不同發(fā)病級(jí)別的空間分布。重度發(fā)病和中度發(fā)病的分布規(guī)律基本相似，主要分布在涪陵區(qū)的西緣和中部山地，輕度發(fā)病在區(qū)內(nèi)分布較廣泛，在涪陵區(qū)的中部、南部和北部多有成片分布。

表1 涪陵區(qū)松材線蟲發(fā)病程度分布

3.2 班塊水平上景觀格局與發(fā)病程度的相關(guān)性

圖4為不同發(fā)病程度斑塊上的形狀指數(shù)、復(fù)雜程度指數(shù)、斑塊面積指數(shù)分布的散點(diǎn)圖。橫坐標(biāo)中的4代表其它類型，同松材線蟲病的發(fā)病無(wú)直接聯(lián)系，故不做具體分析。松材線蟲病發(fā)病程度同斑塊的分維分形指數(shù)和斑塊形狀指數(shù)的關(guān)聯(lián)性較高：隨著發(fā)病程度的增加，分維指數(shù)較低，斑塊的形狀趨于更規(guī)則；發(fā)病程度增加，形狀指數(shù)相對(duì)減小，斑塊形狀趨向于簡(jiǎn)單化。因此，在斑塊水平上，隨著松材線蟲發(fā)病程度的增加，斑塊形狀趨向于規(guī)則化和簡(jiǎn)單化。

圖3 涪陵區(qū)林業(yè)小班松材線蟲發(fā)病級(jí)別的空間分布

圖4 斑塊水平上的景觀格局指數(shù)

3.3 類型水平上格局與發(fā)病程度的相關(guān)性

計(jì)算類型水平上的景觀格局指數(shù)，包括類型斑塊的形狀指數(shù)、分維分形指數(shù)、連通性指數(shù)和聚集度指數(shù)，統(tǒng)計(jì)見表2。形狀指數(shù)可以反映類型斑塊的復(fù)雜程度，形狀指數(shù)越大，類型斑塊形狀越復(fù)雜，反之，則越簡(jiǎn)單。輕度發(fā)病程度的形狀指數(shù)為2.766 6，中度發(fā)病程度形狀指數(shù)為2.105 0，重度發(fā)病程度的形狀指數(shù)為1.775 2，其它發(fā)病類型形狀指數(shù)為1.769 8?？梢?，隨著發(fā)病程度的增加，類型水平上的斑塊形狀逐漸趨于簡(jiǎn)單。其它非松材線蟲引起受侵林木小班的形狀最為簡(jiǎn)單；分維與分形指數(shù)表示斑塊的形狀的規(guī)則程度，發(fā)病程度越高，其值越小，表示隨著發(fā)病程度的增加，景觀斑塊的形狀越不規(guī)則；斑塊連通性表示斑塊之間的相互連通程度，結(jié)果顯示，隨著發(fā)病程度增加，景觀連通性降低；聚集指數(shù)表示斑塊的聚集程度，結(jié)果顯示，隨著發(fā)病程度的增加，景觀聚集度呈下降趨勢(shì)。

表2 類型水平上的景觀指數(shù)

從類型水平上來(lái)看，各指數(shù)的規(guī)律性相似，隨著發(fā)病程度的增加，景觀類型斑塊的形狀逐漸趨向于簡(jiǎn)單化、規(guī)則化，斑塊之間的連通性和聚集程度較差。

3.4 景觀水平上格局與發(fā)病程度的相關(guān)性

針對(duì)33個(gè)基本分析區(qū)域發(fā)病程度指數(shù)和景觀破碎度、景觀均勻度、景觀香農(nóng)維納多樣性指數(shù)、聚集度指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、景觀蔓延度指數(shù)之間的相關(guān)性，以此來(lái)指征景觀水平上的格局指數(shù)與發(fā)病程度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，采用SPSS進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。景觀水平上，形狀指數(shù)與松材線蟲發(fā)病程度的相關(guān)性最大，為-0.684，其它幾個(gè)指標(biāo)與發(fā)病程度指數(shù)間的相關(guān)性未達(dá)到顯著相關(guān)。由此表明：在大尺度水平上，景觀的形狀與松材線蟲的發(fā)病程度呈顯著的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)為負(fù)值，發(fā)病程度越重，景觀形狀越簡(jiǎn)單。這同類型水平上的結(jié)果一致。

表3 景觀水平上松材線蟲發(fā)病程度與格局指數(shù)相關(guān)性分析原始數(shù)據(jù)

表4 景觀水平上格局指數(shù)同發(fā)病程度相關(guān)性分析

4 結(jié)論與討論

本文利用地理信息技術(shù)為支持，結(jié)合實(shí)際調(diào)查資料和歷史數(shù)據(jù)，對(duì)重慶市涪陵區(qū)2011年馬尾松松材線蟲病數(shù)量和空間分布進(jìn)行了對(duì)比分析。分別從斑塊水平、類型水平和景觀水平3個(gè)層次，選擇相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)不同發(fā)病程度下的景觀格局進(jìn)行量化，同時(shí)通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，找出景觀格局與松材線蟲病發(fā)病程度的聯(lián)系。

(1)涪陵區(qū)2011年松材線蟲病以重度發(fā)病為主，其次是輕度發(fā)病，中度發(fā)病程度比重最低。從分布空間上來(lái)看，涪陵區(qū)的中部和西部山地是重度發(fā)病的主要區(qū)域，而輕度發(fā)病則在中部、南部和西部有廣泛分布。

(2)斑塊、類型和景觀水平上的分析結(jié)果一致，表明隨著松材線蟲病的發(fā)病程度增加，景觀形狀逐漸趨于規(guī)則化和簡(jiǎn)單化，斑塊間的連通性和聚集度較低。

(3)松線線蟲病與森林景觀格局間是相互影響相互制約的：一方面，松線材蟲病影響著森林景觀的格局分布。對(duì)于完整的森林景觀，感染松材線蟲后，松材線蟲病是其主要的干擾來(lái)源，在景觀理論中，隨著干擾的加劇，景觀斑塊形狀趨向于復(fù)雜化，但是隨著干擾程度的加劇，超過(guò)一定限度后，逐漸使得景觀斑塊形狀趨向于簡(jiǎn)單化和規(guī)則化，呈現(xiàn)一個(gè)倒“U”形的關(guān)系，在涪陵區(qū)，隨著松材線蟲病發(fā)病程度增加，景觀斑塊形狀更簡(jiǎn)單和規(guī)則化，表明區(qū)域的松材線蟲病干擾較嚴(yán)重，對(duì)區(qū)域景觀的影響巨大；另一方面，森林景觀的格局差異影響松材線蟲病空間分布。而整個(gè)景觀中，聚集度高，連通性好的森林景觀受松材線蟲病危害的程度也相對(duì)較低。

(4)本文僅僅從格局分布中對(duì)松材線蟲病的發(fā)病數(shù)量和空間分布規(guī)律進(jìn)行了分析，由于松材線蟲病的發(fā)生與傳播受到森林內(nèi)多種條件的影響，如果能夠結(jié)合到森林氣象、植被狀況、人為干擾等因素考慮，有利于進(jìn)一步分析松材線蟲病同景觀生態(tài)格局之間的關(guān)系。

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The Relationship between Forest Landscape Pattern and Injured Degree Caused byBurasphelenchusxylophilus

PENG Yue,PU Yong-lan,CHEN Gui-fang

(Chongqing Academy of Forestry Science,Chongqing 400036,P.R.China)

Base on “GIS” technology,comparative analysis on quantitative and spatial distribution of pine wilt disease of Masson Pine (PinusmassonianaLamb.) in Fuling District,Chongqing in 2011 was conducted,to find the relationship between forest landscape pattern and injured degree caused byBurasphelenchusxylophilus.The results show that,(1)In 2011,severe degree disease dominated in Masson Pine in Fuling District,Chongqing,especially in central and western mountain areas,followed by mild degree,wildly distributed in the middle,south and west Fuling;(2)As the injureddegree of the pine wilt disease increases,the landscape shape becomes more regular and simpler,the degree of patch connectivity and aggregation tends to be lower; (3) The pine wilt disease and forest landscape pattern interact and restrict each other:pine wilt disease affects the distribution pattern of forest landscape.In Fuling,with the injured degree increasing,landscape patch shape is simpler and more regular,which shows that the pine wilt disease makes great interferences to the region,severely influencing regional landscape; meanwhile,the pine wilt disease affects the spatial distribution pattern of forest landscape.Study on landscape connectivity and the aggregation index results reveal that: landscape patch with better connectivity shows less vulnerable to the impact of pests.In the whole landscape,forest landscape with high aggregation and good connectivity tends to be less injured byBursaphelenchusxylophilus.

Chongqing City;Burasphelenchusxylophilus(Steiner et Buhrer)Nickle;injured degree;landscape pattern

10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.06.004

2015-10-15

林業(yè)公益性行業(yè)專項(xiàng)(201204501)，重慶市科委基本業(yè)務(wù)專項(xiàng)(2012cstc-jbky-00703)，重慶市林業(yè)科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目(渝林科研2014-5)。

彭月(1978- )，男，博士，高級(jí)工程師，主要從事應(yīng)用生態(tài)學(xué)研究。E-mail: colorwind110@163.com

S 763

A

1672-8246(2016)06-0019-06