大通老爷山火烧迹地人工林恢复潜力调查

岳 亮，郑淑霞，王 彬，刘 宁

(1.青海大学，青海 西宁 810016；2.青海大学农林科学院，青海 西宁 810016；3.青海省高原林木遗传育种重点实验室，青海 西宁 810016)

在全球气候变暖及极端天气增多的背景下，森林火灾呈现多发态势，造成重大损失。它不仅直接破坏陆地生态系统，还产生碳氧化物和烟尘污染大气环境，干扰了生物地球化学循环，加速了自然灾害的发生，破坏了野生动物栖息地，影响了人们的正常生活[1]。森林火灾对生态环境的影响和作用是多方面的，然而，适当频率和强度的林火，可以促进森林生态系统的养分循环，利于森林生态系统的维持，稳定生态系统的平衡，驱动动植物群落的发展，加速物种的更新繁殖[2]，维持生物多样性。国内外研究人员从不同侧面对火后树木天然更新与恢复进行了研究。早在1900年前后，在国外有关林火对森林影响的调查报告就开始出现，然而直到20世纪80年代，林火生态才逐渐趋于成熟。其中，60年前美国怀俄明大学学者对火灾后林分恢复的各阶段进行了系统的研究发现，通过自然更新方式，幼林树种种间差异最大，更新速度快，取代性强。1971年，美国对加利福尼亚的重火灾区进行研究，发现本地区灌丛耐火性极强，灌木群落以种子繁殖的方式迅速更新、恢复。我国对于火灾后林地的恢复情况研究较晚。对于火烧迹地植被更新、恢复的关注在1987年大兴安岭特大森林火灾后，许多专家实地考察，对森林更新、植被恢复、火烧强度、立地状况等要素从不同的尺度进行了大量研究，加快了我国在该领域的研究步伐[2]。徐鹤忠等[3]对不同火灾强度林分的天然恢复情况进行系统的调查研究。郑焕能等[4]从大兴安岭林区主要树种对火的适应性方面深入研究，并明确各树种适应火灾类型。杨树春等[5]通过对大兴安岭林区火烧迹地植被连续10年的研究，明确了过火后10年植被的变化情况及趋势。

目前，我国西北地区关于林火植被恢复技术研究鲜有报道。因此，研究火烧迹地更新与恢复，特别是早期植被的更新与恢复是森林生态恢复的前提和基础。本文在现场调查的基础上，通过比较分析，探讨了各主要林型树木受损和天然恢复状况，从树种火后恢复能力的差异，探讨树种防火潜力和森林群落演替规律，为林分灾后重建提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 调查区概况

研究区位于西宁市大通县老爷山，地处青海省河湟谷地中部，大通盆地南端。属大通山脉南支，为高原大陆性气候，最高月均温15.3℃，最低月均温-10℃，≥15℃年积温2038.5℃，年蒸发量1464.6mm。年降水量523.3mm。降水主要集中在7-9月，约占全年降水的56.7%。主峰海拔2928.3m，相对高差486.5m，山体呈东西走向，阴坡地形较平缓，水分条件好，植物生长繁茂。阳坡陡峭险峻，土质贫瘠，气候干燥，植被较稀疏。土壤为栗钙土和黑钙土。区内植被类型丰富，阴坡主要乔灌木树种有白桦(BetulaplatyphyllaSuk.)、山杨(PopulusdavidianaDode.)、高山绣线菊(SpiraeaalpinaPall.)、灰栒子(CotoneasteracutifoliusTurcz.)、忍冬(LonicerajaponicaThunb.)和黄芦木(BerberisamurensisRupr.)，阳坡半阳坡主要乔灌木树种有白榆(UlmuspumilaL.)、沙棘(HippophaerhamnoidesL.)、山杏(PrunussibiricaL.)、甘蒙锦鸡儿(CaraganaopulensKom.)、黄芦木(BerberisamurensisRupr.)和匍匐栒子(CotoneasteradpressusBois.)等。

1.2 调查方法

1.2.1 林分受损和恢复情况调查

2017年2月，大通县老爷山阳坡和半阴坡引发山火，过火面积约20hm2。以该火烧迹地为研究对象，于当年3月-7月，分别进行林分受损和恢复情况调查。将坡向和林型作为主导因子选择调查样方，调查样方基本情况见表1。调查范围涵盖整个火灾区域，涉及4种林分类型，8种乡土树种。具体调查方法为，选择代表性的地段，共设固定样方4个。乔木样方调查面积20m×20m，样方内乔木每木检尺。同时，在样方内东南和西北角各设一个10m×10m的样方，进行灌木状况调查，样方内灌木每木检尺。灌木林调查面积10m×10m，每木检尺。

1.2.2 植被受损及恢复情况调查

调查包括火烧迹地概况、树高、胸径(地径)、冠幅、分枝、熏黑高度、烧伤高度、地上死亡、萌发率、萌发枝条数、萌发枝长度及死亡率等。天然更新的火烧强度是根据烧死木所占比例和树木平均熏黑高度与树高比值确定：轻度火烧的烧死木比例<30%，树木平均熏黑高度与树高的比值小于1/3；中度火烧的林木受损率在30%-70%之间，树木平均熏黑高度与树高比值在1/3-2/3之间；重度火烧的林木受损率>70%，树木平均熏黑高度与树高的比值大于2/3[6，7]。样地概况见表1。采用火场植被调查法，实地观测调查各样方树种的烧伤率(树木烧伤高度与树高的比值)、地上死亡(树木的地上部分火烧后死亡，地下根部或萌芽条仍存活的植株占比)和萌发率(树木萌发株数与总株数的比值)，了解各样方不同树种的受损及恢复情况后，判断出各样方树种的自身防火性能，即燃烧性、抗火性和耐火性。树种的燃烧性指树种着火难易程度(易燃性、难燃性)以及着火后表现的燃烧状态和燃烧强度的综合程度；抗火性是指树种对火的抵御能力；耐火性是指树种遭受火烧的承受能力[8-10]。并结合周学海等[11]，李志兴等[12]的研究，比较树种防火性能，对个别树种进行筛选，如白榆、山杏等。

表1 火烧迹地调查样方概况

2 结果与分析

2.1 不同林型树木受损及恢复情况

不同林型树木受损及恢复情况不同(见表2)。沙棘×白榆混交林火烧迹地位于半阴坡，火灾强度为中度。从调查情况看，沙棘的烧伤率为76.00%，地上死亡率17.60%，萌发率为18.50%，为易燃性树种。白榆烧伤率为33.20%，地上死亡率28.60%，萌发率为71.40%，为抗火性树种。

表2 不同林型树木受损及恢复情况

沙棘×白榆混交林内其它树种高山绣线菊、油松烧伤程度最重，烧伤率为100.00%、92.30%，祁连圆柏、甘蒙锦鸡儿和柠条次之，烧伤率分别为78.10%、73.30%、54.90%。油松、甘蒙锦鸡儿、柠条的地上死亡率均达到100.00%，受损最为严重，祁连圆柏(71.50%)、高山绣线菊(66.70%)次之。萌发能力突出的树种为柠条、甘蒙锦鸡儿，萌发率分别为100.00%、95.00%。从林分受损和总体恢复状况来看，沙棘×白榆混交林内抗火性树种为山杏，耐火性树种为柠条和甘蒙锦鸡儿，易燃性树种为油松、祁连圆柏和高山绣线菊。因高山绣线菊在该混交林内数量较少，代表性不强，其树种燃烧特性还有待进一步观察确定。

白榆×沙棘×山杏混交林中沙棘受损程度最高，烧伤率最高达97.90%，地上死亡率为95.00%。白榆在受损后植株全部重新萌发，沙棘和山杏的萌发率分别为45.70%和24.00%。由此可见，在中度火烧迹地上，白榆在地上部分死亡的情况下，可从基部重新萌发，耐火性比沙棘和山杏强。另外，在白榆×沙棘×山杏混交林的更新调查中发现，沙棘和白榆萌发率分别为45.70%、100.00%，存在天然更新现象，即沙棘为萌蘖苗更新，白榆为实生苗更新。

从沙棘×甘蒙锦鸡儿×油松混交林重度火烧迹地中树木受损和恢复情况可知，甘蒙锦鸡儿、油松、沙棘、紫丁香4个树种烧伤率比分别为64.80%、94.30%、57.70%、100.00%。地上植株死亡率分别为100.00%、85.70%、90.00%、100.00%。萌发率分别为100.00%、0.00%、30.00%、83.70%。从恢复情况来看，甘蒙锦鸡儿和紫丁香具有更好的耐火性，沙棘耐火性较差，油松不具备耐火性。

匍匐栒子是蔷薇科栒子属的一种落叶匍匐灌木，生于海拔1900-4000m的山坡杂木林边及岩石山坡。本次调查中，匍匐栒子片林天然分布于山地阳坡。火烧迹地树木受损和恢复情况中，匍匐栒子片林烧伤率为100.00%，地上植株死亡率为100.00%，植株全部存活。树种萌发率为100.00%。因此，匍匐栒子具有良好的耐火性。

通过对四种林型树木受损及恢复情况的调查得知：抗火性好的树种为白榆和山杏，耐火性好的树种是柠条、甘蒙锦鸡儿、匍匐栒子和紫丁香，易燃性树种为祁连圆柏和油松。白榆×沙棘×山杏混交林内，中度火烧迹地现场出现沙棘和白榆林天然更新苗，表面两个树种在火灾后，可以实现树木的自我更新。

2.2 树木直径大小对树种受损及恢复情况的影响

2.2.1 沙棘

沙棘是青海脑山地区阳坡半阳坡的建群种，也是主要的造林树种。本次调查的沙棘树木直径分布在0.2cm-8.3cm，分为6种直径类型。从表3可以看出，根据树木烧伤程度来看，树体总体受损较重，随着树木直径的增加，熏黑率与烧伤率不断减小，地上部分死亡率逐渐降低。从林分恢复情况看，根部萌发率随着直径增大不断减小，并且树木烧伤程度越重，根部萌发率越高。其中直径<1cm的沙棘烧伤最严重，根茎部萌发率最高，达到82.40%。

表3 不同直径沙棘受损及恢复情况

2.2.2 白榆

白榆是青海省主要的乡土阔叶树种，也是重要的造林树种。白榆抗旱性强，在年降雨量不足200mm，空气相对湿度在50%以下的荒漠地区能正常生长。树木直径分布在1.0cm-15.6cm。从表4可以看出，根据林分烧伤程度来看，白榆总体受损轻，随着树木直径的增加，烧伤率和熏黑率逐渐降低，并且植株地上部分死亡率普遍较低。从林分恢复情况来看，白榆恢复状况良好，萌发能力较强。且随着树木直径的增加，林分受损程度降低，萌发率下降。

表4 不同直径白榆受损及恢复情况

2.2.3 油松

油松是青海省主要的乡土针叶树种，也是重要的山地阳坡半阳坡造林树种。树木直径分布在0cm-3cm。从表5调查结果来看，油松受损后死亡率极高。其中，胸径0cm-2cm的油松火烧后100%地上死亡，直径2-3cm的油松苗木地上死亡为92.30%。从恢复情况看，油松受损后萌发率为零，恢复能力弱。

表5 不同直径油松受损及恢复情况

2.2.4 甘蒙锦鸡儿

甘蒙锦鸡儿是青海山地阳坡主要的造林树种。本次对阳坡不同主枝直径的甘蒙锦鸡儿进行恢复情况调查，主枝直径分布在0.5cm-4.0cm的四种直径类型。从表6可以看出，甘蒙锦鸡儿总体受损较重，各径阶植株地上部分全部死亡，火烧后甘蒙锦鸡儿具有超强的萌发力，萌发率达到100%，主枝粗细对萌发率的影响不明显，但随着主枝粗度的增加，新萌条高度逐渐变小，新萌条数变少。

表6 不同直径甘蒙锦鸡儿受损及恢复情况

3 结论与讨论

大通老爷山火烧迹地调查结果：抗火性好的树种为白榆和山杏，耐火性好的树种是柠条、甘蒙锦鸡儿、匍匐栒子和紫丁香，易燃性树种为祁连圆柏和油松。

白榆×沙棘×山杏混交林内，中度火烧迹地现场出现沙棘和白榆林天然更新苗，其中，沙棘为萌蘖苗更新，白榆为实生苗更新。说明这两个树种在火灾后，可以实现树木的自我更新。

随着沙棘和白榆树木直径的增加，两者熏黑率与烧伤率不断减小，沙棘地上部分死亡率逐渐降低。同时，树木烧伤程度越重，萌发率越高。这与邵明珠[13]研究中得出的结论相符。在本次调查中，甘蒙锦鸡儿和油松直径大小对树木受损与恢复情况影响不明显，各径阶甘蒙锦鸡儿地上死亡率和油松实际死亡率皆为100%，这可能与植物本身的化学成分有关，枝条粗度因子在这类树种中不占主导作用。具体原因有待进一步探究。

火烧迹地中针叶树种与阔叶树种受损及恢复情况不同。在此次调查中，油松、祁连圆柏两种针叶树受损情况严重，甚至全部死亡，属于易燃性树种。针叶树种较阔叶树种燃烧性强，含油量高，灰分含量低，叶面提取物含量较多，热释放率下降慢，跟其受损情况有一定的联系[7，14]。通常阔叶林木繁殖与更新能力要大于针叶林木，与陈曦等[15]结论相同。优势种往往种子或根系耐火，生长速度快，且根部萌蘖能力强，适应能力强且易传播。可见，山杏与白榆作为此地区的防火优势种，符合防火树种主要要求[11，12，16，17]，是较为理想的防火树种。

由于各林分受灾面积，树种类型、大小及受灾程度等因素不受人为控制，此次调查实践中，个别树种因受灾数量较少或缺乏大径阶的苗木，致使调查数据不完整，这类树种的受损和恢复情况有待在今后的研究观察中进一步验证。