松材线虫病发病程度与森林景观格局的相关性*

彭月，蒲永兰，陈桂芳

(重庆市林业科学研究院，重庆400036)

松材线虫病发病程度与森林景观格局的相关性*

彭月，蒲永兰，陈桂芳

(重庆市林业科学研究院，重庆400036)

基于地理信息技术，对重庆市涪陵区2011年马尾松松材线虫病数量和空间分布进行了对比分析，对其森林景观格局与松材线虫病发病程度的联系进行了研究。结果表明,⑴涪陵区2011年松材线虫病以重度发病为主，其次是轻度发病，中部和西部山地是重度发病的主要区域，而轻度发病则在中部、南部和西部有广泛分布；⑵随着松材线虫病的发病程度增加，森林景观形状逐渐趋于规则化和简单化，斑块间的连通性和聚集度较低。⑶松线线虫病与森林景观格局间是相互影响相互制约的：一方面，松线材虫病影响着森林景观的格局分布。在涪陵区，随着松材线虫病发病程度增加，景观斑块形状更简单和规则化，表明区域的松材线虫病干扰较严重，对区域森林景观的影响巨大；另一方面，森林景观的格局差异影响松材线虫病空间分布。景观连通性和聚集度指数表明，连通性较好的景观斑块受虫害影响较小，而整个景观中，聚集度高、连通性好的森林景观受松材线虫病危害的程度也相对较低。

重庆市涪陵区；松材线虫；发病程度；景观格局

松材线虫〔Burasphelenchusxylophilus(Steiner et Buhrer)Nickle〕病是一种重要的国际检疫病害[1]。因松材线虫病发病致死速度快，传播蔓延迅速，防治难度大，又被称为松树的“癌症”。在亚洲，这种病害的蔓延多通过松墨天牛(MonochamusalternatusHope)传播病原线虫得以实现[2]。该病的传播已对我国部分地区松林资源、自然资源和生态环境造成严重破坏[3]。我国自1982年在江苏省首次发生以来，疫区已经扩大到14个省(自治区、直辖市)，192个县级行政区。关于该病的发生发展规律及其防治方面人们已做了大量研究[4]，但是这些研究多从病虫害机理等微观方向出发，对较大尺度病虫害与森林分布格局研究较少。景观格局是指不同景观要素在空间上的分布，空间格局分布一定程度上反映出不同的生态功能差异，影响并决定着一定的生态过程[5～7]。外界和内部干扰是景观格局发生变化的一个重要因素。森林虫害是森林生态系统主要的自然干扰之一[8]，当前，针对病虫害在较大尺度如何影响和制约着森林景观结构的研究较少。本文以景观生态学原理为指导，结合实际调查数据，选择重庆市涪陵区为样区，重点分析了涪陵区松材线虫病的数量和空间分布规律，以及不同发病程度同景观结构之间的关系，旨在为构建地区景观生态安全格局提供决策依据。

1 研究区概况

重庆市位于28°10′～32°13′N和105°17′～110°11′E之间，幅员面积8.24×104km2，辖40个区县。重庆是松材线虫病的适生区，具备松材线虫病发生流行的全部条件。自2001年在长寿区首次被发现，疫情已经传播、蔓延到三峡库区和主城四山、涪陵区、长寿、万州和忠县等多个区县，累计感染松林1.33×104hm2，毁坏松树200×104株。涪陵区是重庆市松材线虫病主要发生区域，区内的疫情调查数据较充实，数字化程度高，本文以涪陵区为研究点。涪陵区位于106°56′～107°43′E，29°21′～30°01′N之间，地处重庆市中部，东邻丰都县，南接南川区、武隆县，西连巴南区，北靠长寿区、垫江县。涪陵区地势大致东南高而西北低，西北—东南断面呈向中部长江河谷倾斜的对称马鞍状。海拔最高1 977m，最低138m，多在200～800m之间。区内地貌类型多样，以丘陵、台地为主(共占54.4%)，其次为低山(占31.1%)、中山(占13.3%)、平坝(仅占1.2%)。地貌格局形成条岭状背斜低山与宽缓的向斜谷地相间有序排列，而被长江、乌江河谷横断为江东、江北、江南三大片。区内属中亚热带湿润季风气候，年均气温18.1℃，年均降水量1 072mm，无霜期317天，日照1 248h。境内长江流程77km，乌江流程33km。汇入长江一级支流有35条，其中流域面积大于100km2的河流有乌江、梨香溪、小溪、渠溪河等12条。

图1 研究区区位图

2 材料与方法

利用2011年涪陵区马尾松(Pinusmassoniana)松材线虫调查小班数据为基础。调查方法为，分别对每个林业小班进行实地调查，发现遭受松材线虫侵害的小班，分别计算小班林木总株数和发病的株数，当松树株树死亡率≤0.01%，定为Ⅰ级，轻度发病；当0.01%<株树死亡率≤0.03%，定为Ⅱ级，中度发病；株树死亡率>0.03%，定为Ⅲ级，重度发病。在ArcGis 9.3支持下，将松材线虫调查小班数据与林业小班进行空间配准，统一空间投影坐标后，进行数字化，提取出各乡镇不同发病程度的林业小班。结合研究区乡镇区划、水系、数字高程等基础数据，建立研究区基础地理信息数据库。

图2 研究区10km×10km采样区分布图

2.1 斑块水平

斑块水平上选择斑块面积、斑块形状指数、斑块分维数等指数，利用国际流行的景观格局指数计算软件Fragtsata3.3进行计算，以单个小班为统计单位，分析斑块大小及斑块形状与松材线虫发病程度的关系，各指数具体意义详见Fragstat3.3说明书。

2.2 类型水平

类型水平上选择类型斑块形状指数、类型分维数、破碎度(PD)等指数，利用国际流行的景观格局指数计算软件Fragtsata3.3进行计算，以单个小班为统计单位，分析斑块大小及斑块形状与松材线虫发病程度的关系。

2.3 景观水平

2.4 统计分析

统计每个林班上的斑块面积、斑块形状指数、斑块分维数及其发病级别；统计每个样区的景观破碎度指数、景观均匀度指数、景观多样性指数与样区综合发病程度指数；利用SPSS进行相关性分析，计算斑块水平上不同景观格局与发病级别的相关性；景观水平上，计算景观异质性与发病程度的相关性，景观离散程度与发病程度的相关性。

3 结果与分析

3.1 松材线虫发病情况分析

表1反映了涪陵区松材线虫病发病程度的数量分布，重度发病比重最大，占44.08%，其次是轻度发病，占29.28%，再次是中度发病，占18.72%，其它类型占7.92%。图3展示了涪陵区松材线虫病不同发病级别的空间分布。重度发病和中度发病的分布规律基本相似，主要分布在涪陵区的西缘和中部山地，轻度发病在区内分布较广泛，在涪陵区的中部、南部和北部多有成片分布。

表1 涪陵区松材线虫发病程度分布

3.2 班块水平上景观格局与发病程度的相关性

图4为不同发病程度斑块上的形状指数、复杂程度指数、斑块面积指数分布的散点图。横坐标中的4代表其它类型，同松材线虫病的发病无直接联系，故不做具体分析。松材线虫病发病程度同斑块的分维分形指数和斑块形状指数的关联性较高：随着发病程度的增加，分维指数较低，斑块的形状趋于更规则；发病程度增加，形状指数相对减小，斑块形状趋向于简单化。因此，在斑块水平上，随着松材线虫发病程度的增加，斑块形状趋向于规则化和简单化。

图3 涪陵区林业小班松材线虫发病级别的空间分布

图4 斑块水平上的景观格局指数

3.3 类型水平上格局与发病程度的相关性

计算类型水平上的景观格局指数，包括类型斑块的形状指数、分维分形指数、连通性指数和聚集度指数，统计见表2。形状指数可以反映类型斑块的复杂程度，形状指数越大，类型斑块形状越复杂，反之，则越简单。轻度发病程度的形状指数为2.766 6，中度发病程度形状指数为2.105 0，重度发病程度的形状指数为1.775 2，其它发病类型形状指数为1.769 8。可见，随着发病程度的增加，类型水平上的斑块形状逐渐趋于简单。其它非松材线虫引起受侵林木小班的形状最为简单；分维与分形指数表示斑块的形状的规则程度，发病程度越高，其值越小，表示随着发病程度的增加，景观斑块的形状越不规则；斑块连通性表示斑块之间的相互连通程度，结果显示，随着发病程度增加，景观连通性降低；聚集指数表示斑块的聚集程度，结果显示，随着发病程度的增加，景观聚集度呈下降趋势。

表2 类型水平上的景观指数

从类型水平上来看，各指数的规律性相似，随着发病程度的增加，景观类型斑块的形状逐渐趋向于简单化、规则化，斑块之间的连通性和聚集程度较差。

3.4 景观水平上格局与发病程度的相关性

针对33个基本分析区域发病程度指数和景观破碎度、景观均匀度、景观香农维纳多样性指数、聚集度指数、景观形状指数、景观蔓延度指数之间的相关性，以此来指征景观水平上的格局指数与发病程度的关系。实验数据经过标准化处理后，采用SPSS进行相关性分析，结果见表4。景观水平上，形状指数与松材线虫发病程度的相关性最大，为-0.684，其它几个指标与发病程度指数间的相关性未达到显著相关。由此表明：在大尺度水平上，景观的形状与松材线虫的发病程度呈显著的相关性，其相关系数为负值，发病程度越重，景观形状越简单。这同类型水平上的结果一致。

表3 景观水平上松材线虫发病程度与格局指数相关性分析原始数据

表4 景观水平上格局指数同发病程度相关性分析

4 结论与讨论

本文利用地理信息技术为支持，结合实际调查资料和历史数据，对重庆市涪陵区2011年马尾松松材线虫病数量和空间分布进行了对比分析。分别从斑块水平、类型水平和景观水平3个层次，选择相应的评价指标对不同发病程度下的景观格局进行量化，同时通过统计分析，找出景观格局与松材线虫病发病程度的联系。

(1)涪陵区2011年松材线虫病以重度发病为主，其次是轻度发病，中度发病程度比重最低。从分布空间上来看，涪陵区的中部和西部山地是重度发病的主要区域，而轻度发病则在中部、南部和西部有广泛分布。

(2)斑块、类型和景观水平上的分析结果一致，表明随着松材线虫病的发病程度增加，景观形状逐渐趋于规则化和简单化，斑块间的连通性和聚集度较低。

(3)松线线虫病与森林景观格局间是相互影响相互制约的：一方面，松线材虫病影响着森林景观的格局分布。对于完整的森林景观，感染松材线虫后，松材线虫病是其主要的干扰来源，在景观理论中，随着干扰的加剧，景观斑块形状趋向于复杂化，但是随着干扰程度的加剧，超过一定限度后，逐渐使得景观斑块形状趋向于简单化和规则化，呈现一个倒“U”形的关系，在涪陵区，随着松材线虫病发病程度增加，景观斑块形状更简单和规则化，表明区域的松材线虫病干扰较严重，对区域景观的影响巨大；另一方面，森林景观的格局差异影响松材线虫病空间分布。而整个景观中，聚集度高，连通性好的森林景观受松材线虫病危害的程度也相对较低。

(4)本文仅仅从格局分布中对松材线虫病的发病数量和空间分布规律进行了分析，由于松材线虫病的发生与传播受到森林内多种条件的影响，如果能够结合到森林气象、植被状况、人为干扰等因素考虑，有利于进一步分析松材线虫病同景观生态格局之间的关系。

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[2]杨宝君,潘宏阳,汤坚,等．松材线虫病[M].北京：中国林业出版社，2003.

[3]王娟,牛树奎，骆有庆，等.浙江省富阳市森林景观格局与松材线虫病发病程度的关系[J].科学技术与工程,2006,19(6))：3047-3052.

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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

林业公益性行业专项(201204501)，重庆市科委基本业务专项(2012cstc-jbky-00703)，重庆市林业科技重点攻关项目(渝林科研2014-5)。

彭月(1978- )，男，博士，高级工程师，主要从事应用生态学研究。E-mail: colorwind110@163.com

S 763

A

1672-8246(2016)06-0019-06