4种林型的早春草本植物的抗火性1)

杜帅 宋光辉 方海滨 单延龙 尹赛男

(北华大学，吉林市，132013) (大兴安岭林业集团公司森林经营部技术推广站) (吉林省航空护林中心) (北华大学)

作为森林演替的组成部分，森林火灾影响着环境[1]。森林防火工作的重点应放在“防”上，为了最大限度地减少火灾的发生，除了增强火灾管理力度及深入研究防火理论外，最有效的措施就是提高森林自身抵御火灾的能力[2]。生物防火的理念是指利用绿色植物，通过一系列措施来增强林分的防火性，从而抑制和阻隔林火蔓延，减少火灾的损失[3]。抗火性指植物对火灾的抵抗或忍耐火烧的能力,如厚的树皮在火强度较高、受热时间较长的情况下，也能保护形成层不受损伤，而树皮薄的树木，火烧后常整株枯死[4]。春季的干旱和大风天气决定了春天是火灾的高发时段，入春时森林内可燃物载量丰厚，且气温升高，风向多变，连续晴天极易引起森林火灾[5-6]。近年来国内学者对树种抗火性、树皮抗火性以及树叶抗火性研究较多[7-10]，但是对早春草本植物抗火性缺少研究。早春草本植物在林下的生长环境稳定，且含水率较高，具有一定的抗火能力，因此，对早春草本植物抗火性进行研究，并进行排序，找出抗火能力强的早春草本植物，对林分抗火能力的提升，以及森林资源的保护具有重要意义。

1 研究区概况

研究区域位于吉林省蛟河林业实验区管理局(127°35′～127°51′E，43°51′～44°5′N)，全局总经营面积31 823 hm2。该地区最高海拔1 176 m，最低海拔330 m[11]。该地区属于受季风影响的温带大陆性气候区，年均气温3.8 ℃，7月份平均气温21.7 ℃，1月份平均气温-18.6 ℃，年均降水量659.9 mm[12]。土壤为山地暗棕色森林土，土层厚度20～100 cm[13]。植被属于长白山植物区系，主要乔木有红松(Pinuskoraiensis)、长白落叶松(Larixolgensis)、水曲柳(Fraxinusmandschurica)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、黄波椤(Phellodendronamurense)、柞树(Quercusmongolica)、榆树(Ulmuspumila)；常见灌木有忍冬(Lonicerajaponica)、胡枝子(Lespedezabicolor)、珍珠梅(Sorbariasorbifolia)等；常见地被植物有木贼(Equisetumhyemale)、山茄子(Brachybotrysparidiformis)、小叶芹(Aegopodiumalpestre)、蕨类(Pteridophyta)等。

2 研究方法

2.1 野外调查

于2017年春季防火期在研究区主要林型人工红松林、人工长白落叶松林、蒙古栎林和红松阔叶林下，采用机械布点的方法分别设置3块30 m×20 m的样地，并在每块样地的对角线设置3块1 m×1 m的小样方，调查小样方内的早春草本植物种类、多度、盖度、频度及平均高。各样地的基本概况如表1所示。

表1 样地基本概况

2.2 物种重要值

重要值是用来表示某个物种在群落中的地位和作用的综合指标，表明森林植物在群落中的优势度[14-15]。物种的重要值=(相对多度+相对盖度+相对频度)/3。

2.3 草本植物含水率

将野外采集的样品置于烘箱内，在105 ℃下，连续烘干24 h后，取出称其质量。计算每个样方内不同种类早春草本植物的相对含水率。计算公式为[16]：

2.4 早春草本植物灰分关联分析及聚类分析

植物的抗火性由燃烧性和生物学特性等因素决定，防火树种的选择要考虑其生物学和生态学特征，即树冠冠幅大、适应性强、结构紧密的树种抗火性较强[3]。同理，早春草本植物的多度、盖度、频度对其抗火能力具有影响，并且早春草本植物为绿色植物，含水率极其丰富，早春草本植物含水率对抗火性也具有重要影响。因此，可以将含水率、相对多度、相对盖度、相对频度这4个指标作为评价各林型早春草本植物抗火性的条件。

灰色关联分析是根据曲线间的相似程度来判断各因素间的关联程度，其主要计算公式为[17]：

式中：ε(k)为两数列在k点的关联系数；r为关联度；x0为参考数列；xi为比较数列；i=1、2、…、N；k=1、2、…、N；ρ分辨系数(0～1)，一般取值为0.5。

聚类分析是根据事物本身的特征，通过统计方法对事物进行分类的多元分析方法。本文选择的聚类方法为组内距离，度量标准选择欧式距离，其计算公式为[18]：

式中：dij为样本xi和样本yj的距离；p为空间维度；q为一个自然数，这里q取值为2。

3 结果与分析

3.1 早春草本植物物种重要值

由表2可知，各林型早春草本植物物种最丰富的为红松阔叶林，红松阔叶林重要值最大的是多被银莲花(27.47%)，其次是侧金盏花(16.92%)、荷青花(16.08%)；蒙古栎林的早春草本植物物种种类最少，重要值最大的是美汉草(42.73%)，其次是细辛幌子(21.97%)、铃兰(18.23%)；人工红松林内重要值最大的是林金腰子(35.26%)，其次是宽叶荨麻(19.54%)、白屈菜(16.56%)；人工长白落叶松林内重要值最大的是小叶芹(31.69%)，其次是美汉草(26.59%)、东北延胡索(8.82%)。

表2 早春草本植物物种重要值

3.2 早春草本植物抗火性的关联度

灰色系统理论中关联度分析原则，由于选定的“理想对象”的抗火性是系统中抗火性“最高”的，如果被评价早春草本植物的关联度越大，其与“理想对象”越接近，表明其抗火性越强[19]。

由表3可知，人工红松林草本植物抗火性由大到小顺序为：林金腰子、轮叶百合、山茄子、东北延胡索、宽叶荨麻、白屈菜。人工长白落叶松林草本植物抗火性由大到小顺序为：小叶芹、美汉草、林金腰子、山茄子、东北延胡索、宽叶荨麻、白屈菜、小根蒜、荷青花、鹿药。蒙古栎林草本植物抗火性由大到小顺序为：美汉草、铃兰、细辛幌子、北重楼、莓叶委陵菜。红松阔叶林草本植物抗火性由大到小顺序为：荷青花、多被银莲花、侧金盏花、玉竹、鹿药、紫花变豆菜、轮叶百合、顶冰花、浮毛茛、黑水银莲花、东北延胡索。

表3 早春草本植物抗火性关联系数和关联度

3.3 4种林型早春草本植物聚类分析

利用4种林型早春草本植物抗火性关联度进行聚类，每个林型的早春草本植物抗火性均可分为强、较强、一般三类。

由图1可知，人工红松林抗火性强的为林金腰子，抗火性较强的为轮叶百合、东北延胡索、山茄子，抗火性一般的为宽叶荨麻、白屈菜。

由图2可知，人工长白落叶松林抗火性强的为美汉草、小叶芹，抗火性较强的为东北延胡索、宽叶荨麻、山茄子、白屈菜、林金腰子，抗火性一般的为小根蒜、荷青花、鹿药。

由图3可知，蒙古栎林抗火性强的为铃兰、美汉草，抗火性较强的为细辛幌子、北重楼，抗火性一般的为莓叶委陵菜。

由图4可知，红松阔叶林抗火性强的为多被银莲花、荷青花、侧金盏花，抗火性较强的为鹿药、紫花变豆菜、轮叶百合、玉竹，抗火性一般的为浮毛茛、顶冰花、黑水银莲花、东北延胡索。

图1 人工红松林早春草本植物聚类分析

图2 人工长白落叶松林早春草本植物聚类分析

图3 蒙古栎林早春草本植物聚类分析

图4 红松阔叶林早春草本植物聚类分析

4 结论

春季气候干燥风大，是林火的高发季节。早春草本植物作为春季林下的绿色植物，具有一定的抗火能力，因此，选择抗火能力强，且适宜在林分内生长的早春草本植物，进行人工播种、栽培，对减少春季森林火灾的发生，保护森林资源具有重要作用。

通过对早春各草本植物的含水率、多度、盖度、频度等指标的比较分析，各林型早春草本植物抗火性可分为3类，其中抗火性强、适合生长的早春草本植物有：人工红松林的林金腰子、东北延胡索；人工长白落叶松林的小叶芹、美汉草、东北延胡索；蒙古栎林的美汉草、细心幌子、铃兰；红松阔叶林的多被银莲花、侧金盏花、荷青花。另外，在春季抗火性植物的选择上，应多栽种那些在成熟后，地上部分腐烂，不会存在火灾隐患的早春草本植物。针对人工红松林可以种植林金腰子、白屈菜、山茄子、东北延胡索，人工长白落叶松林可以种植小叶芹、东北延胡索、林金腰子、小根蒜、山茄子、荷青花、白屈菜，蒙古栎林可以种植铃兰、莓叶委陵菜，红松阔叶林可以种植多被银莲花、荷青花、侧金盏花、黑水银莲花、浮毛茛、紫花变豆菜、东北延胡索、顶冰花这些早春草本植物。此外，秋季也是东北重要的森林防火期，林下的草本植物是重要的森林可燃物、引燃物，对秋季草本植物也需要进行易燃性、抗火性的研究。