景观病理学:森林保护学领域的新视角

景观病理学是以植物病理学和森林病理学理论为基础,结合景观生态学的空间和时间分析原理和方法而形成的新的交叉学科。景观病理学能够帮助明辨立地因素、植被空间格局的变化对树木感病性和病害流行方式的影响;并且有助于明确气候变化可能导致的病原快速进化和变异、树木对这种变化的滞后效应。同时,景观病理学的研究有助于预测病原的扩散速率及其对空间格局的影响,有助于规划土地持续利用方式、制定森林病虫害可持续治理的决策。本文诠释景观病理学的概念和研究方法;对景观病理学研究所取得的最新研究进展进行评述,并提出景观病理学急需解决的几个问题。

当代森林病理学的特征

森林病理学是一门应用植物病理学的基本概念、原理和方法,研究森林植物病害的发生机制与防控技术的自然科学。作为一门独立的学科始建于19世纪80年代前后,随后的100多年来,森林病理学已形成完整的学科体系。受当代生命学科整体飞速发展的推动和人类社会全球一体化战略背景的影响,当代森林病理学被赋予更丰富的内涵。森林病理学的研究目标兼顾国家经济利益和国家生态安全,具体研究对象包括寡元单纯系统、多元单纯系统和多元复杂系统,研究尺度跨越基因、细胞、组织、个体、种群、群落、生态系统到景观的各个尺度并展开在气候变化背景下的全球一体化研究,研究方法则更加侧重多学科的交叉技术体系,防控策略也不断呈现出新的主题和与自然的和谐统一。概括森林病理学经过100多年来的发展,在当今世界各国的研究现状和特征,为促进森林病理学与生命科学领域其他学科更加紧密地结合,推动森林病理学的发展提供借鉴。

内蒙古图牧吉国家级自然保护区水鸟的资源状况

2014年5月—2015年4月,对内蒙古图牧吉国家级自然保护区水鸟群落特征和时空分布的特点,以及迁徙状况进行了研究,以期开展对鸟类资源及其栖息环境的保护。根据保护区地形和水系分布特点,选择了27个水鸟集中分布的地点,每月调查1次,共调查12次。共记录到水鸟7目14科58种。保护区4月水鸟数量达到全年的最高值,5—8月水鸟数量和种类随之降低;10月水鸟数量明显增加;12月至翌年3月,保护区除了大鸨Otis tarda,几乎看不到其他水鸟。大鸨数量的高峰期出现在晚冬2月和春季迁徙季节(3—5月)。保护区春、秋季的主要物种是雁鸭类,水鸟数量和多样性的变化与雁鸭类的种类和数量变化密切相关,这些水鸟主要分布在图牧吉泡子、三道泡子和东泡子等地,当地拥有大面积的沼泽如芦苇沼泽和苔草沼泽,是雁鸭类取食和栖息的理想场所。环志回收的结果表明:保护区繁殖的白枕鹤Grus vipio和丹顶鹤G.japonensis分别在日本鹿儿岛和我国江苏盐城越冬;繁殖的部分苍鹭Ardea cinerea个体在浙江舟山地区越冬;部分在黑龙江省兴凯湖繁殖的东方白鹳Ciconia boyciana在越冬地找到配偶,一起迁徙到保护区进行繁殖。

白蜡吉丁肿腿蜂的生物学和生态学特性及繁殖技术研究

采用室内测定并结合林间实地调查的方法,研究了新发现的寄生于蛀干害虫白蜡窄吉丁的外寄生蜂——白蜡吉丁肿腿蜂Sclerodermus pupariae Yang et Yao的生物学特性及其人工繁殖技术。结果表明,白蜡吉丁肿腿蜂外寄生于白蜡窄吉丁的幼虫和蛹及预蛹,是自然控制该害虫的一种重要寄生蜂,自然寄生率为13.9%左右。该蜂在天津1年发生5代,世代重叠明显,寿命长。白蜡吉丁肿腿蜂的卵、幼虫、茧蛹期和全世代的发育起点温度分别为(16.89±0.79)℃,(17.03±1.42)℃,(16.90±1.68)℃和(15.31±0.47)℃。有效积温分别为(33.82±4.13)日.度、(49.11±7.93)日.度、(128.88±27.87)日.度和(277.00±14.15)日.度。雌性成蜂易于低温保存,对寄主有较强的搜索力和攻击力。繁蜂寄主容易大量获得,是生物防治白蜡窄吉丁的重要理想天敌之一。

昆嵛山森林群落数量分类、排序及多样性垂直格局

根据野外样方调查和主要立地因子数据,采用双向指示种分析(TWINSPAN)方法,对昆嵛山森林群落进行分类和采用除趋势对应分析(DCA)和典范对应分析(CCA)方法进行排序,并分析植物分布与立地因子的关系及物种多样性沿海拔梯度分布格局。结果表明:物种累积曲线分析方法显示40块标准样地抽样充分;TWINSPAN方法将昆嵛山森林群落分为9种类型;样方的DCA排序明确地揭示各群落类型境地分布范围;样地和物种CCA排序较好地揭示立地因子对森林类型和物种分布格局的影响。物种丰富度随海拔升高而增加,在中海拔(300m)出现最大值,至450m处趋于平缓。Shannon-Weiner指数和Simpson指数随海拔升高而增加,但增加趋势不十分明显;Pielou's均匀度指数在海拔500m以下分布平缓,500m以上随海拔升高而呈增加趋势。

气候变暖背景下内蒙古大兴安岭林区森林可燃物干燥状况的变化

可燃物湿度是评价林火发生危险程度的最直接指标。林火的发生和蔓延很大程度上受气象条件的制约,气候变暖对林火产生重要影响。利用每日气象数据和加拿大火险天气指数系统(FWI),计算了1972～2005年内蒙古大兴安岭林区森林可燃物的3个湿度码,即细小可燃物湿度码(FFMC)、半腐层湿度码(DMC)和干旱码(DC);并分别春季防火期、秋季防火期及夏季非防火期,研究了3个湿度码长时间序列的变化趋势,在此基础上分析了气候变暖背景下林区可燃物干燥状况的变化及对林火的影响。结果表明:1972～2005年FFMC、DMC和DC的季节性均值都呈增加趋势,且夏季FFMC和DMC增加趋势显著;这意味着1972～2005年可燃物的干燥状况呈增加趋势,其中夏季非防火期表层和半腐层可燃物的增加趋势显著。可燃物干燥状况的增加,特别是夏季可燃物干燥状况的增加,是近些年林区夏季雷击火灾频发的主要原因之一。半腐层和深层可燃物干燥状况的增加,会加大火灾控制和火场清理的难度。在未来更暖的气候条件下,林区可燃物的干燥状况会变得更加严峻。

气候变暖背景下内蒙古大兴安岭林区森林火灾发生日期的变化

By using Julian Date methods,this paper studied the changes of forest fire occurring date during 1980～2006 in Inner Mongolia Daxing’anling forest region,as well as discussed the changes of fire season and forest fire regime under global warming.The results indicated that Julian Date of fires changed obviously,i.e.the fires Julian Date in spring extended into summer markedly,and at the same time summer fires were mostly caused by lightning fires.The Julian Date of human-caused fires did not evidently change.In recent some years,the forest fires occurred in summer actually exceeded the sum of fires occurred in spring and autumn.Consequently,the fire seasons are not only in spring and autumn,so long as the litter has not been covered by snow,forest fires possibly take place.In the future,under a warmer climate,the authors’ suggestion for forest fire management departments is to adequately understand these forest fire regime changes and make adaptive policies,in order to reduce the damage induced by forest fires.

北京市森林可燃物分类研究

利用北京市土地利用图和LandsatTM影像,采用监督分类方法对可燃物进行分类,获得可燃物分类图,并对各类可燃物的特征进行详细描述。结果表明:可燃物可分6类,即O-1草地(中低盖度)、O-2草地(高盖度)、S-1灌丛、S-2幼林、C-1针叶林、M-1针阔混交林和B-1阔叶林。由于TM卫星影像分辨率的限制,很难分别出林分垂直结构的差异。这一分类结果,可以满足森林火险等级预报的需要,但对于火行为预报,还需要根据林分燃烧性、林分垂直结构及可燃物分布状态进一步分类。对当前的可燃物分类方法与制图途径以及未来的发展趋势进行讨论。

两种肿腿蜂对锈色粒肩天牛虫粪及其寄主植物气味的学习行为

经研究,白蜡吉丁肿腿蜂Sclerodermus pupariae Yang et Yao与哈氏肿腿蜂Sclerodermus harmandi (Buysson)均可寄生锈色粒肩天牛Apriona swainsoni(Hope)的低龄幼虫,可用于该害虫的生物防治。为了探讨其学习行为,采用Y-型嗅觉仪、培养皿两种方法,测定了锈色粒肩天牛虫粪及其寄主植物——国槐韧皮部的气味刺激对交配后的白蜡吉丁肿腿蜂和哈氏肿腿蜂的雌蜂嗅觉记忆的影响。结果表明,这两种肿腿蜂在羽化后经过对上述两种气味源48h接触后,有学习经历的雌蜂对两种气味源的选择性比没有学习经历的雌蜂对气味源的选择性相比显著提高。在对气味源的搜寻判断上,有学习经历的雌蜂所用时间显著少于没有学习经历的雌蜂。培养皿试验表明,有学习经历的雌蜂对锈色粒肩天牛虫粪及国槐树枝韧皮部水提物或正丁烷提取物的趋向率要高于没有学习经历的雌蜂,但二者差异不显著。两种寄生蜂的嗅觉记忆具有一定的稳定性和持久性,当其脱离学习环境一定时间后,对气味源仍有较强的趋向性。

森林空间结构对松赤枯病发生程度的影响

【目的】明确天然赤松次生林空间结构对松赤枯病害发生程度的影响,探索以调控空间结构指标为手段的松赤枯病生态控制技术,为营林实践提供指导。【方法】在昆嵛山天然赤松次生林中设立6 hm2样地,测定松赤枯病寄主树种赤松、黑松和多脂松的空间结构指标——树种角尺度、大小比数、混交度和发病率,分析各空间结构指标与发病程度之间的关联性。以发病率作为松赤枯病的病害发生程度,对每个样株分上、中、下层,从东、南、西、北4个方向各随机剪取1个枝条检查病斑,病害发病率直接采用病斑长度比值来计算。【结果】1)赤松的所有空间结构指标都与松赤枯病发生程度之间呈负相关关系,其中胸径大小比数(R2=0.962,P=0.003)和树高大小比数(R2=0.794,P=0.043)与松赤枯病发生程度相关性显著,而角尺度和混交度与其无显著相关性。2)黑松胸径大小比数和混交度与松赤枯病发生程度之间呈负相关性,树高大小比数和角尺度与其呈正相关性,但所有相关性均不显著。3)多脂松所有空间结构指标都与松赤枯病发生程度之间呈负相关性,其中只有混交度与其相关性显著(R2=0.810,P=0.037)。4)3个树种中赤松和多脂松赤枯病发生程度与空间结构的相关性强于黑松;不同空间结构指标相比较,混交度和大小比数与赤枯病的相关性强于角尺度。【结论】混交度和大小比数对昆嵛山松赤枯病的生态调控功效明显优于角尺度。森林经营实践中可通过尽量增大寄主松属树种大小比数和增加寄主松属树种的混交度,以达到控制松赤枯病的目的;而角尺度不宜作为调控指标。同时,针对3个树种对赤枯病的抗病差异性,对病害疫区进行林分改造时多选择种植黑松,控制多脂松的比例,以增强生态系统对赤枯病的抵御能力。

基于有害干扰的森林生态系统健康评价指标体系的构建

在分析国内外提出的众多森林生态系统健康评价指标的不足后,对评价指标进行研究和筛选。最终在森林生态系统健康评价指标体系的构建上提出了一个新的思路,即从森林火灾、林业有害生物、大气污染、人为有害干扰以及森林生态系统内部的增益干扰5个方面选取20个指标构建森林生态系统健康评价指标体系。其中森林火灾干扰包括平均降水量、平均气温、郁闭度、海拔、坡度、坡向、易燃树种的比例和林道距离8个指标,林业有害生物包括有害生物等级、危害程度和寄主树的比例3个指标,大气污染干扰通过叶片、土壤和污染物的分析测定,人为有害干扰包括森林经营措施、采伐措施和林下植被管理3个方面,而森林生态系统内部的增益干扰由物种多样性、群落结构和近自然度3个指标构成。同时对关键评价指标的意义进行了具体分析。此指标体系摒弃传统的评价观念,结合了近年来影响全国森林健康的几个重要原因,更能准确的反应目前森林生态系统的健康状况。研究思路和方法的提出在一定程度上可以丰富森林生态系统健康评价研究理论与方法体系。

大兴安岭地区森林火险变化及FWI适用性评估

根据研究区内及附件气象站每日气温、相对湿度、24小时降水和风速计算1987—2006年大兴安岭每日的加拿大林火天气指数系统(FWI)各组分值。利用空间插值方法,获得1987—2006年所有森林火灾发生日的FWI系统各组分值。大兴安岭林区森林火灾主要发生在落叶针叶林(61.3%)、草地(23.9%)和落叶阔叶林(8.0%),主要火源是雷击火(占57.1%)。4—6月份森林火灾发生时的FWI、FFMC和ISI平均值高。根据1987—2006年FWI组分指数的分布和火发生情况,对森林火险指数进行了分级,低、中、高、很高和极高火险的FWI取值范围分别为0～2.5,2.6～10.0,10.1～18.0,18.1～31.0,≥31.1。FWI对大兴安岭地区森林火险有显著的指示意义,FFMC和ISI对预测火灾的发生与蔓延有较好的指示作用。1987—2001年每年明显有春季和秋季2个火险期,但2002—2006年火险期显著延长。春季火险严重度指数(SSR)波动幅度比较大,夏季SSR和春季SSR有相反的波动趋势,2000—2006年秋季火险严重度明显升高。

西南林区卫星监测热点及森林火险天气指数分析

根据国家林业局林火监测中心提供的2005—2007年卫星监测到的热点数据及相关信息和研究区及其周边2004—2007年34个气象站的每日定时观测数据,计算森林火险天气指数（FWI）系统各组分指数,分析西南地区森林火险和热点的分布规律。结果表明：2005—2007年西南地区热点主要分布在云南、广西和贵州西南部,44.6%的热点可能是野外植被燃烧引起的,这些热点包括草原、灌丛、森林和荒地上的火烧以及计划烧除、炼山等,云南西南和南部有大量的农业用火（占所有热点的30.1%）。西南地区的火烧主要发生在11月—翌年5月,1—5月份发生的火烧占全部热点的77.6%。森林火灾集中分布在云南东部和西北部、贵州东南部和广西大部分地区。热点数与相应区域的腐殖质湿度码（DMC）和干旱码（DC）的变化密切相关,森林火险期内DMC和DC值较高,热点和森林火灾多。热点数与FWI值存在显著的相关关系,FWI系统可以应用于西南地区,并且对森林火险有很好的指示作用。根据重点研究区的FWI各组分指数情况,定义低、中、高、很高和极高森林火险分别对应的FWI阈值为0~1.2、1.3~5.0、5.1~12.0、12.1~25.0和25.1＋,对应火险等级日数分别占41.0%、23.6%、21.8%、11.2%和2.4%。研究区内人为火源和农业用火较多,加强研究区内高火险天气的火源管理是减少森林火灾的重要有效措施。

森林空间结构对昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度的影响

【目的】明确天然赤松次生林中昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与森林空间结构之间的相关性,探索利用空间结构指标调控森林害虫的生态控制技术。【方法】在昆嵛山天然麻栎-赤松次生混交林中设置面积为6 hm2的样地,测定昆嵛山腮扁叶蜂寄主赤松、黑松、多脂松的空间结构指标树种角尺度、大小比数、混交度和虫口密度,分析各指标与虫口密度之间的关联性。对每株样木分别从上、中、下层,东、南、西、北4个方向统计虫巢数量,以虫巢数的3倍作为株虫口密度。【结果】赤松上昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与角尺度呈显著正相关(R^2=0.821,P=0.034),与胸径大小比数(R^2=0.903、P=0.013)和树高大小比数(R^2=0.906、P=0.013)均呈显著负相关,与混交度相关性不显著(R^2=0.177、P=0.481);黑松上昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与角尺度呈显著正相关(R^2=0.858,P=0.024),与胸径大小比数(R^2=0.043、P=0.739)、树高大小比数(R^2=0.237、P=0.406)均呈负向相关关系,但相关性不显著,与混交度相关性也不显著(R^2=0.251、P=0.390);多脂松上昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与角尺度(R^2=0.032、P=0.772)、胸径大小比数(R^2=0.180、P=0.447)、树高大小比数(R^2=0.194、P=0.458)、混交度(R^2=0.653、P=0.098)等各空间结构指标均无显著相关性。3个树种中,赤松和黑松的虫口密度与空间结构的相关性强于多脂松;不同空间结构指标相比较,虫口密度与角尺度和大小比数的相关性强于角尺度。【结论】空间结构指标角尺度和树种大小比数对昆嵛山腮扁叶蜂的生态调控作用优于混交度。森林经营实践中可以充分利用昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与空间结构指标之间的关系,通过尽量降低角尺度即营造均匀的松属树种林分以提高对虫害的抵御能力,同时尽量提高树种大小比数即改善林木生长状况以抑制昆嵛山腮扁叶蜂的发生。

石榴溃疡病害病原学研究

对石榴溃疡病害3菌株所引起的病害症状、病原菌的形态学特征、培养学特性、生理学特性及分子遗传多样性等方面进行比较研究。结果表明:石榴疮痂病与石榴果实上增生型症状的病原菌具有更近的亲缘关系,应为同一病原菌引起,推测该病原菌首先侵染石榴侵染枝干,然后侵染石榴的花萼和果实;而石榴干腐病病原菌主要侵染枝干,是否侵染果实及引起症状特征需要继续进行研究和鉴定。

未来情景下西南地区森林火险变化

采用区域气候模式输出的日值和加拿大森林火险天气指数系统,在50km×50km尺度下,分析IPCCSRESA2和B2情景下中国西南地区未来不同时段区域森林火险和森林火险期变化,为科学制定未来林火管理规划提供参考。气候情景数据使用区域气候模式系统(PRECIS)对中国区域1961—2100年SRESA2,B2情景下的气候模拟结果,计算研究区各格点森林火险天气指数(FWI),并利用ANUSPLIN软件把研究结果插值到1km×1km水平。结果表明:PRECIS模式对研究区的平均气温和月均降水均有较好的模拟能力,气温和降水空间分布形态及中心区域与观测数值基本一致。A2和B2情景下西南地区火险期(11月至翌年5月)内森林火险天气指数平均分别增加1.66和1.40。A2和B2情景下2041—2050年火险期FWI平均变率分别为1.22倍和1.24倍,表明A2和B2情景下西南地区的森林火烧面积在2041—2050年可能比基准时段增加22%和24%,并且在火险高的月份潜在的森林火烧面积增加更为明显。与基准时段相比,2种情景下都表现出低火险日数明显减少和极高火险日数显著增加的趋势。A2和B2情景下,2041—2050年高、很高和极高火险等级总日数分别增加17和13天。建议根据未来森林火险和火险期变化特点,加强早期预警、火灾监测和可燃物管理等,提高该区域适应气候变化的能力。

栗山天牛成虫补充营养方式及所取食的寄主树液中的主要化学成分

栗山天牛（Massicus raddei）属鞘翅目（Coleoptera）天牛科（Cerambycidae）山天牛属（Massicus）（陈世骧,1959）,是近年来在我国东北林区造成严重危害的蛀干害虫,主要危害辽东栎（Quercus liaotungensis）和蒙古栎（Q.mongolica）等天然林树种。自20世纪90年代开始在东北栎树天然林中暴发以来,对我国东北林区的生态环境建设造成了巨大损害。受害树干内天牛坑道密布,轻者生长衰弱,重者风折、死亡（孙永平,2001;侯义等,2000）。

西藏森林火灾时空分布规律研究

根据1992-2005年西藏藏族自治区森林火灾统计,分析了森林火灾发生的时间和空间规律。森林火灾的年际间波动较大,2001以来火灾次数呈明显的上升趋势,但主要是火警次数增多。西藏的森林火灾主要发生在春季和冬季,特别是12月-翌年5月,2月和3月份的森林火灾最为严重。从森林火灾的空间分布来看,森林火灾主要发生在藏东南地区,特别是芒康、察隅、林芝和米林等县的森林火灾较多。引起森林火灾的火源主要是由生产用火和生活用火引起的。文中还对西藏森林火灾发生的火环境进行了分析,气候特点和可燃物分布特征决定了西藏的森林防火期为冬春季,火灾多发生在海拔2800 m-3600 m的阳坡针叶林和阔叶林中,以地表火最多,大多火场面积少于10 hm2。根据西藏森林火灾的发生特点,建议今后在防火基础建设、火源管理、可燃物管理、林火预防和扑救等方面加强工作,提高森林防火的能力。

白蜡吉丁肿腿蜂学习行为的研究

肿腿蜂是防治林木蛀干害虫的重要天敌。为了解肿腿蜂搜索寄主的行为机制,研究了白蜡吉丁肿腿蜂Sclerodermus pupariae Yang et Yao搜索和寄生我国重大林木蛀干害虫——栗山天牛Massicus raddei(Blessig)幼虫过程中的学习行为。结果表明,白蜡吉丁肿腿蜂的记忆效应随着搜索次数的增加而增加。用寄主虫粪和木屑混合物预处理后,白蜡吉丁肿腿蜂搜索到寄主的时间缩短。不同学习经历的白蜡吉丁肿腿蜂对与寄主栗山天牛相关的气味源物质嗅觉测定结果表明,白蜡吉丁肿腿蜂经历栗山天牛幼虫虫粪和蛀屑环境后明显倾向于选择栗山天牛虫粪和木屑混合物,而经历栗山天牛幼虫或辽东栎树皮环境的肿腿蜂对相应的气味选择偏好性不显著。研究结果表明,多寄主型寄生蜂白蜡吉丁肿腿蜂具有较强的联系性学习能力有利于用来防治多种非原始寄主害虫,能够明显提高其对新寄主的寄生作用。

不同林分白蜡树云斑白条天牛种群空间格局地统计学分析

云斑白条天牛是我国重要林业害虫,在黄河三角洲地区对白蜡树造成严重危害。利用地统计学方法,通过调查城市行道绿化林、庭院绿化林、公路林和片林4种不同林分类型的白蜡树林地,以产卵刻槽、排粪孔和羽化孔为调查指标,对危害白蜡云斑白条天牛种群卵、幼虫、成虫(蛹)的空间格局进行了研究。结果表明:除片林样点成虫(蛹)的半变异函数模型为指数模型外,危害白蜡云斑白条天牛种群卵、幼虫、成虫(蛹)在不同林分类型下的半变异函数模型均为球形模型,其指明空间分布均为聚集分布,种群的聚集分布习性与林分类型相关性不强。但不同林分类型云斑白条天牛种群的空间相关性地统计学参数存在差异,片林调查样点的卵、幼虫和成虫(蛹)的变程a、块金值C0和基台值C0+C均小于其他3种林分类型的统计值,片林样点成虫(蛹)的半变异函数模型不同于其他林分类型为指数模型。