新疆野苹果种群受损现状

褚佳瑶，冯琳骄，侯毅兴，陆 彪，王 强，周 龙，王 瑾

（1.新疆农业大学 园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.特克斯县林业和草原局，新疆 伊犁 835500；3.伊犁哈萨克自治州林业科学研究院，新疆 伊犁 839300）

新疆野苹果Malus sieversii别名塞威士苹果、天山苹果，是第三纪孑遗植物，已被列入中国优先保护物种名录。我国野苹果天然林仅分布在新疆，且集中分布在伊犁河谷地两侧的天山山区，还有部分天然林分布在塔城地区的塔尔巴哈台山南麓和巴尔鲁克山西侧海拔800 ～1 700 m 的山地[1-2]。新疆野苹果不仅是重要的苹果属植物种质资源，还是新疆野果林的重要组成部分，具有极高的保护价值[3-4]。

近年来，由气候变化引起的干旱、温度升高、风雪灾害以及人类对野果林的大规模开发，使得野果林的生态系统严重受损，果树病害频发，物种多样性降低，种质资源不断减少[5-6]。据记载，1959年伊犁地区野苹果林的面积为8 786 hm2，2005年减少到1 800 hm2，其分布面积锐减了80%[7]。目前，关于新疆野苹果资源利用和保护的研究报道较多，如：刁永强等[8]开展了表型性状鉴定和优异资源的初选；张宏祥等[9]研究了海拔对种群遗传特征的影响；李心悦等[10]报道了一种快速获得野苹果组培苗的方法；朱璐辉等[11]研究了卫生采伐对新源县退化野苹果无性繁殖与更新的影响。但有关新疆野苹果种群受损情况的评估鲜见报道。森林生态系统是陆地生态系统的主要组成部分[12]，开展林木受损状况调查是森林健康监测研究中必不可少的内容[13]，调查结果可为森林资源的保护与利用提供参考。现阶段新疆野苹果种群已严重受损，然而受损原因和现状尚不明晰，难以提供科学的保育措施。笔者在新疆野苹果典型分布区，设置临时性样地，通过野外实际调查，统计新疆野苹果不同种群的受损情况，讨论地形因子对新疆野苹果受损情况的影响，分析反映新疆野苹果受损情况的重要指数，期望为新疆野苹果种群的资源保护与开发利用提供理论和技术参考。

1 研究区概况

在新疆野苹果主要分布的伊犁地区和塔城地区进行调查，野苹果一般生长在荒漠地带山地中有“海洋性”气候特色的温和适宜的小区。伊犁地区的野苹果分布于天山西部的伊犁谷地（80°40′ ～83°60′E，43°20′ ～44°30′N）的山地阳坡或半阴坡，海拔900 ～1 700 m，该地区有丰富的野生果树群落，有大面积的野杏Armeniaca vulgaris、野核桃Juglans cathayensis、野生樱桃李Prunus cerasifera、野山楂Grataegus cuneata等分布。塔城地区的野苹果分布于塔城盆地的低山丘陵地带（83°31′～83°60′E，46°08′～46°23′N）的山地阳坡或半阴坡，海拔800 ～1 300 m，该地区有大面积的野扁桃Amygdalus communis、野苹果、野山楂等。

2 研究方法

2.1 样地调查

在新疆野苹果自然分布区域，根据野苹果在野果林中的自然分布特点，采用样方样带法，在不同海拔、不同坡向、不同坡度设置样地，典型样方设置为20 m×20 m，典型样带设置为20 m×50 m，可根据分布特点合理调整样方大小。依据高清竹等[14]的方法划分9个坡向：东坡、东北坡、北坡、西北坡、西坡、西南坡、南坡、东南坡、平地，在每个坡向设置样方；依据郭泺等[15]的方法划分6 级坡度（α）：河漫滩（0°≤α＜5°）、缓坡（5°≤α＜15°）、斜坡（15°≤α＜25°）、陡坡（25°≤α＜35°）、急坡（35°≤α＜45°）、险坡（45°≤α），在每个坡度等级设置样方；根据野苹果分布的海拔上限和下限，以100 m 为梯度划分7个海拔梯度范围，在每个梯度设置样方。共设置20个样方，合计6 250 m2，各样方的基本情况见表1。对样方内乔木、灌木进行每木检尺，调查高度、冠幅、胸径、基径、健康等级、数量等。

表1 野苹果调查样方的基本情况Table 1 Basic information of M.sieversii sample plot

2.2 种群径级结构划分

结合实际调查情况，以胸径（DB）代替年龄，参照刘华等[16]和刘忠权等[17]的方法，将种群划分为8个径级，每级胸径间隔10 cm。第Ⅰ径级为DB＜5 cm，第Ⅱ径级为5 cm ≤DB＜15 cm，第Ⅲ径级为15 cm ≤DB＜25 cm，第Ⅳ径级为25 cm ≤DB＜35 cm， 第Ⅴ径级为35 cm ≤DB＜45 cm， 第Ⅵ径级为45 cm ≤DB＜55 cm，第Ⅶ径级为55 cm ≤DB＜65 cm，第Ⅷ径级为DB≥65 cm。

2.3 林木受损程度划分

基于新疆野苹果的实际情况，将样地林木受损情况分为5个等级，详细情况见表2。

表2 新疆野苹果受损程度的等级划分标准Table 2 Division of damage degree of M.sieversii

2.4 数据统计分析

采用Excel 2010 和SPSS 21.0 软件对数据进行统计分析。

2.4.1 指标计算

参照马克平等[18]和孔德明等[19]的生物群落多样性测度方法，采用Shannon-Wiener 指数（H）、Simpson 指数（H′）、Pielou 均匀度指数（J）计算野苹果群落的物种多样性。

由表12可以看出随着浴比的减小，棉条表观深度K/S值增加，在浴比1：10棉条得色最深，但是染色不匀。这是由于浴比减小，上染率越大，棉条得色越深，但浴比过小，容易染色不匀。所以宜选择浴比1：15，以获得良好的染色深度。

式中：Pi为第i个种的相对多度；Ni表示第i个种的个体数量；N为群落中所有种的个体总数；S为样地内所有物种的数量。

参照陈忠东[20]的计算方法，将植株受损等级作为林木受损等级代表数值，计算野苹果的林木伤害指数（I）。林木伤害指数越大，林木受损程度越严重。

式中：G为受损等级代表数值；nd为G等级受损植株数量；Gh为最高受损等级代表数值；n为植株总数量。

2.4.2 数据分析

采用灰色关联度分析法[21]，对20 块样地的地形因子与林木伤害指数进行灰色关联度分析，找出影响新疆野苹果受损的地形因子。采用主成分分析法[22]，对群落受损情况和群落特征进行分析，找出影响新疆野苹果种群受损的主成分因子，采用凯撒正态化最大方差法进行旋转。

3 结果与分析

3.1 新疆野苹果样地内植株受损情况

调查样地内新疆野苹果的总体受损情况见表3。由表3 可知，在所调查的1 105 株新疆野苹果中，有729 株受到了不同程度的伤害，占总数的66.00%，多数种群已经受到严重威胁。在受损的新疆野苹果植株中：重度受损植株的比例最高，达40.47%，大部分受损树体受到的是极为严重的损害，多为冰雪灾害造成的树体压折劈裂和病虫害造成的树体主枝枯死；轻度受损植株所占比例最小，为6.31%。未受损野苹果植株376 棵，占调查植株总数的34.03%，其中有357 棵为野苹果树苗，占未受损野苹果植株总数的94.68%。

表3 调查样地内新疆野苹果的总体受损情况Table 3 The overall damage of M.sieversii in the sample plots

3.2 新疆野苹果受损情况的影响因素

3.2.1 植株受损情况与径级结构的关系

不同径级新疆野苹果植株的受损等级分布见表4。由表4 可知，所调查新疆野苹果植株主要集中在Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ径级。林木伤害指数最大的植株属Ⅱ径级，为79.24；林木伤害指数最小的植株属Ⅰ径级，为7.12。Ⅰ径级的植株绝大多数为幼苗，故未受损数量最多，未受损植株数量占Ⅰ径级植株总数量的89.71%。所有受损植株中，Ⅲ径级植株的重度受损数量最多。仅Ⅰ和Ⅳ径级植株存在未受损情况。已受损新疆野苹果植株的平均胸径为23.60 cm，未受损植株的平均胸径仅为1.24 cm。

表4 不同径级新疆野苹果植株的受损等级分布Table 4 Distribution of damage grades of M.sieversii plants with different diameter grades

3.2.2 植株受损情况与地形因子的关系

不同海拔梯度新疆野苹果植株受损情况如图1所示。由图1 可见，在不同海拔梯度的样方中，海拔1 300 ～1 399 m 样方的新疆野苹果植株的林木伤害指数最大（85.58），海拔1 100 ～1 199 m样方的林木伤害指数最小（40.00），海拔1 100 ～1 199 m 样方的未受损植株比例最高（48.00%），海拔低于1 000 m 和1 300 ～1 399 m 样方的植株均受到损害。综合来看，在各海拔梯度中，海拔1 100 ～1 199 m 样方的植株受损情况最轻，海拔1 300 ～1 399 m 样方的植株受损最严重。

图1 不同海拔梯度新疆野苹果植株受损情况Fig.1 Damage of M.sieversii in different altitudes plots

不同坡向新疆野苹果植株受损情况如图2所示。由图2 可见，在不同坡向的样方中，平地样方的新疆野苹果的林木伤害指数最大（78.24），西南坡样方的林木伤害指数最小（8.96）。西南坡样方的未受损植株比例最高（75.47%），西坡、东南坡和平地样方的野苹果植株均受到损害。综合来看，在不同坡向的样方中，西南坡样方的野苹果植株受损最轻，平地样方的野苹果植株受损最严重。

图2 不同坡向新疆野苹果植株受损情况Fig.2 Damage of M.sieversi in different slope aspect plots

不同坡度新疆野苹果植株受损情况如图3所示。由图3 可见，在不同坡度的样方中，河漫滩样方的新疆野苹果的林木伤害指数最大（78.24），缓坡样方的林木伤害指数最小（34.38）。斜坡样方的未受损植株比例最高（38.93%），河漫滩样方的野苹果植株均受到损害。综合来看，在不同坡度的样方中，缓坡样方的野苹果植株受损最轻，河漫滩样方的野苹果植株受损最严重。

图3 不同坡度新疆野苹果植株受损情况Fig.3 Damage of M.sieversii in different slopes plots

选取新疆野苹果的林木伤害指数作为因变量，以海拔、坡向、坡度3个地形因子为自变量，用20个样方的实测数据进行灰色关联度分析。灰色关联度值越大，表明自变量数列对因变量的影响越大。分析结果表明，各地形因子对新疆野苹果林木伤害指数的影响由高到低依次为海拔、坡度、坡向，其与林木伤害指数的灰色关联度依次为0.667、0.651、0.650。由此可见，海拔对新疆野苹果受损的影响最大，坡向对新疆野苹果受损的影响最小。

3.3 新疆野苹果居群的受损情况

不同居群新疆野苹果的群落受损和物种多样性情况见表5。由表5 可知：托里居群新疆野苹果的林木伤害指数最大（76.14），巩留居群的林木伤害指数最小（25.91）；巩留居群的未受损植株比例最高（55.56%），托里居群的未受损植株比例最低，所有植株均受到不同程度的损害。霍城居群的Shannon-Wiener 指数最高（1.53），托里居群的Shannon-Wiener 指数最低（0.21）。额敏居群的Pielou 均匀度指数最高（0.75），托里居群的Pielou 均匀度指数最低（0.15）。托里居群的Simpson 指数最高（0.92），额敏居群的最低（0.27）。由此可见，林木伤害指数越大、未受损植株比例越小、Shannon-Wiener 指数越低、Pielou 均匀度指数越小、Simpson 指数越高，新疆野苹果居群的受损越严重。

表5 不同居群新疆野苹果的群落受损和物种多样性情况Table 5 Community damage and species diversity of M.sieversii in different populations

不同居群新疆野苹果的群落受损和物种多样性情况的主成分分析结果见表6。由表6 可知，第1 主成分的累积方差贡献率大于80%，所以仅提取了1个主成分。

表6 不同居群新疆野苹果的群落受损和物种多样性情况的主成分分析结果Table 6 Community damage and species diversity of M.sieversii in different populations analyzed by principal component method

第1 主成分的林木伤害指数、未受损植株比例、Shannon-Wiener 指数、Pielou 均匀度指数、Simpson 指数的得分系数分别为0.251、0.153、0.243、0.238、-0.236。林木伤害指数的成分得分系数最高，并且林木伤害指数在居群间的差异达到了显著水平（P＜0.05），因此林木伤害指数是反映新疆野苹果群落受损情况的重要指数；群落特征指数中，Shannon-Wiener 指数的成分得分系数最高，故Shannon-Wiener 指数是群落特征指数中反映新疆野苹果受损情况的重要指数。

新疆野苹果额敏居群、托里居群、巩留居群、新源居群、霍城居群的得分依次为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，因此托里居群野苹果群落受损最严重，霍城居群野苹果群落受损最轻。?

4 结论与讨论

目前，新疆野苹果种群中有高达66.00%的野苹果植株受到不同程度的损害，在各径级新疆野苹果植株中胸径小于5 cm 的植株受损最轻。灰色关联度分析结果表明，海拔对新疆野苹果受损的影响最大；主成分分析结果表明，林木伤害指数是新疆野苹果群落受损情况的重要指数，各居群中托里居群的野苹果群落受损最严重，霍城居群的野苹果群落受损最轻。

4.1 新疆野苹果受损情况与径级结构之间的关系

林木种群径级结构是反映群落健康状况和受干扰、受破坏程度的重要指标[23]。苏志尧等[24]在对冰灾造成的林木受损情况研究中发现胸径较大的林木受灾的比例更高。许涵等[25]在对台风造成的林木受损情况研究中发现胸径与受损情况无显著相关性。对新疆野苹果不同径级植株受损情况的调查结果表明，各径级植株均受到不同程度的损害，其中胸径小于5 cm 的植株受损最轻。可能是由于树体受损主要源于病虫害，当前新疆野苹果发生的主要病虫害是腐烂病和小吉丁虫[26]，受害枝条多来自3年生以上树体，胸径小于5 cm 的野苹果植株多为当年新生幼苗，未受到病虫害的侵染，其健康状况良好。

4.2 新疆野苹果受损情况与海拔之间的关系

较多研究结果表明，海拔是影响林木受损程度的重要因素之一，随着海拔升高，温度降低，湿度增加，使得高海拔地区的林木易受到气候变化的影响，树体更易发生较为严重的损坏[27-28]。方紫妍等[29]在对西天山不同沟谷的野果林受损情况的研究中发现，随着海拔上升，林木受损比例逐渐减小。本研究结果表明，在各地形因子中海拔对新疆野苹果受损的影响较大，海拔1 100 m 以上时新疆野苹果有海拔越高受损越严重的趋势，但在海拔1 300 ～1 400 m 时林木受损最严重。一方面，在低海拔地带受到山地逆温层的保护，新疆野苹果能够安全越冬[30]，顾鹤寿[31]的研究结果表明海拔850 ～1 200 m 地带是新疆直立越冬果树的适宜带，在海拔大于1 200 m 的地带极端天气极易造成树体损伤；另一方面，孔婷婷等[32]经研究发现苹果小吉丁虫多发生在海拔小于1 400 m 的地带。极端天气和病虫害的共同影响，造成海拔梯度1 300 ～1 400 m 样方的野苹果树体受损最严重。

本研究中仅对新疆野果林内野苹果树的种群受损情况进行了调查，为给新疆野果林的资源保护和开发利用提供参考，后续将对新疆野果林内其他重要野生果树物种的受损情况开展调查，并分析土壤、气候等因子对野果林内种群受损的影响，探讨保护受损野果林的方法和措施。