全 文 ：植物生态学报 2010, 34 (2): 204–212 doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.02.012
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2009-11-12 接受日期Accepted: 2010-01-13
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: wanghm@igsnrr.ac.cn)
雨雪冰冻灾害对中亚热带人工林的影响——以江西
省千烟洲为例
马泽清1,2,3 王辉民1,2* 王绍强1,2 李庆康1,2 王义东1,2,3 汪宏清1,2
1中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室, 北京 100101; 2中国科学院千烟洲红壤丘陵综合开发试验站, 江西泰和
343700; 3中国科学院研究生院, 北京 100049
摘 要 为深入研究2008年初低温雨雪冰冻灾害对我国南方森林生态系统的影响, 实地调查了中国科学院千烟洲红壤丘陵
综合开发试验站(简称千烟洲站)人工林受损状况, 并结合气象资料与空间数据进行了分析。在千烟洲站内主要的5种林型中,
受损林分多为湿地松(Pinus elliottii)林, 倒伏区面积为7.72 hm2, 占森林面积的6.12%, 地上植被碳储量损失1 462 g·m–2 (范围
在655–5 230 g·m–2之间)。持续低温、阴雨潮湿等气象条件是导致湿地松林受损的直接原因, 特别是2008年2月1日的低温、强
降水和大风, 加剧了灾害程度。在吉泰盆地低山丘陵区(海拔60–140 m), 高程与局地地形、气象条件密切相关, 因而对冰雪灾
害具有较强的指示作用。丘陵顶部土壤贫瘠、受风影响强烈, 林木易受损倒伏。阳坡的林木易偏冠, 这可能是其受损较为严
重的原因之一。湿地松林受损的内因主要有冠型、材质、根系分布、叶片特征和年龄等；此外, 人为割脂也可能是造成湿地
松大量倒伏的重要因素。
关键词 冰冻灾害, 自然干扰, 人工林, 植被碳储量损失
Impact of a severe ice storm on subtropical plantations at Qianyanzhou, Jiangxi, China
MA Ze-Qing1,2,3, WANG Hui-Min1,2*, WANG Shao-Qiang1,2, LI Qing-Kang1,2, WANG Yi-Dong1,2,3, and WANG
Hong-Qing1,2
1Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of
Sciences, Beijing 100101, China; 2Qianyanzhou Integrated Ecological Station of Red Soil Hilly Land, Chinese Academy of Sciences, Taihe, Jiangxi 343700,
China; and 3Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract
Aims During mid-January and mid-February 2008, an unexpected severe ice storm occurred over southern
China that caused heavy damage to forests. Our objectives were to examine the effect of this storm on subtropical
planted forests and to quantify biomass and carbon losses.
Methods We evaluated damage to the forest ecosystem at Qianyanzhou Ecological Station in subtropical China.
Twenty-one plots of 10 m × 10 m dimensions were investigated in the affected slash pine (Pinus elliottii) plantation.
The relationship between damaged area and terrain factors was analyzed using Digital Elevation Model data.
Important findings Of the five major plantations at the ecological station, damages occurred mainly in the slash
pine plantation. The area of severely damaged forest with most fallen trees was 7.72 hm2, accounting for 6.12% of
the total forest area. The aboveground carbon loss in the severely damaged area ranged from 655 to 5 230 g·m–2,
with a mean value of 1 462 g·m–2. Continuous low-temperature and strong rainfall, particularly when accompa-
nied by strong winds on February 1, 2008, were the direct causes of the damage. Analysis shows that elevation is
a good indicator for ice storm damage in the hilly area even though the elevation range was small (60–140 m),
because elevation is tightly linked to local terrain factors and weather conditions. Forest growing on the top of a
hill was vulnerable to the ice storm due to the barren soil and strong wind. We found that trees planted on the
sunny slopes tended to form unbalanced crowns; this might be the reason that severe damage occurred mainly on
sunny slopes. The vulnerability of slash pine to the ice storm is believed related to crown types, timber quality,
root distribution, leaf characteristics and resin tapping.
Key words freezing rain, natural disturbance, plantation, plant-carbon loss
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2008年初, 我国南方遭受了罕见的低温雨雪冰
冻灾害, 灾害波及19个省市, 损失森林面积0.193亿
hm2, 直接经济损失达573亿元(沈国舫, 2008)。其中,
湖南、江西等7个省市损失最为惨重, 位于赣中吉泰
盆地腹地的中国科学院千烟洲生态试验站在这次
灾害中也遭受了重创。雨雪冰冻灾害的主要形式包
括冰暴 (ice storm)、冻雨 (freezing rain)和雨淞雨
(glaze rain)等, 在高纬度地区或海拔较高的高寒地
区较为常见。早在20世纪初, 国外学者就开展了美
国东北部森林受冰雪灾害影响的研究(Ashe, 1918;
Abell, 1934; Van Dyke, 1999; Bragg et al., 2003)。美
国平均每年受冰雪风暴干扰影响的面积超过
180 000 hm2, 造成的直接经济损失年均1 000万美
元以上 (Michaels & Cherpack, 1998; Dale et al.,
2001)。1994年, 美国西南部发生的严重冰暴灾害造
成约37亿美元的直接经济损失; 1998年美国东北部
和加拿大南部地区遭到冻雨和冰雪灾害(ice pellets
and snow fell)的侵袭 , 波及范围达600 000 hm2
(Lautenschlager & Nielsen, 1999), 直接经济损失超
过11亿美元(Lecomte et al., 1998)。美国联邦应急管
理署(Federal Emergency Management Agency)的统
计资料表明, 1968年至2006年间发生的冰雪灾害共
有35起, 仅1998年至2006年就发生了17起。这些极
端气候事件的频繁发生被认为是全球气候变化的
重要表现之一。
灾情调查及分析是防灾减灾和灾后恢复重建
的基础与前提。1998年北美大冰灾发生后, 加拿大
派出飞机, 在树冠以上60–100 m进行航测, 绘制了
灾情图, 确定了受灾区域, 并用地面控制点数据进
行了校对(Scarr et al., 2003)。我国由于技术与资金
的限制, 尚缺乏先进的灾害评估及相关应对机制。
2008年的雨雪冰冻灾害影响面积巨大, 给灾害评估
工作带来了极大的困难。2008年2月28日, 国家林业
总局出台了《雨雪冰冻灾害森林资源损失调查评估
实施方案》, 并于8月发布了相关的评估报告, 对森
林资源受灾、受损情况及其影响进行了评估, 对于
受灾森林植被的恢复具有重要的科学指导意义。
冰雪灾害(ice storms)的影响主要取决于冰的载
荷、灾害的持续时间、立地条件及树木的特性; 而
从森林内因来讲, 主要受到冠形、枝条的健康度
(fineness of branching)、枝角及树干材质等的影响
(Van Dyke, 1999)。树干尖削度(胸径/树高)和林分结
构特征(树种、组成、密度等)也是影响树木和林分
对风雪灾害抵抗能力的主要因子(李秀芬等, 2005)。
树种易受冰雪灾害的原因还有: 枝干连接处的内树
皮(“included” bark)、腐烂或死亡的树枝、横向树枝
的表面积、开阔的树冠和不平衡的树冠(Hauer et al.,
1994)。
冰雪灾害是自然干扰的重要形式, 对生态系统
碳循环过程会产生巨大的影响。作为陆地生态系统
最大碳库的森林生态系统能够缓解全球气候变化
的进程, 同时又不可避免地受到极端气候事件等自
然干扰的反馈作用, 进而影响全球变化进程。当森
林遭遇冰雪灾害后, 凋落物会大量增加, 很可能破
坏生态系统碳平衡。大量的碳从植物碳库转移到凋
落物碳库, 即发生碳转移; 冰雪灾害所带来的凋落
物在地表存在的时间不会超过 10 年或 20 年
(McCarthy et al., 2006)。1998年美国东南部冰雪灾
害导致(26.5 ± 3.3) Tg C从活的植物体转移到凋落
物内, 其中约10%的转移碳汇(carbon sequestration)
在第一年内被分解, 50%在8年内分解, 在25年内转
移碳汇将彻底分解完(McCarthy et al., 2006)。阔叶
林凋落物的分解周期在10年左右(Mattson et al.,
1987); 井冈山亚热带常绿阔叶林、针阔叶混交林、
高山矮林凋落物分解95%所需的时间为6.8–9.9年
(李海涛等, 2007a); 千烟洲人工林林分分解速率依
次为: 马尾松(Pinus massoniana)林＞杉木(Cunnin-
ghamia lanceolata)林＞湿地松(Pinus elliottii)林＞混
交林, 凋落物分解95%的时间为4–10年(李海涛等,
2007b)。冰雪灾害带来的植被碳储量的损失绝大部
分将在10年内发生转移, 由此削弱生态系统的碳汇
功能。虽然冰雪灾害对区域碳吸收和碳库有重要的
影响, 但目前关于冰雪灾害等自然干扰对森林碳汇
影响的研究还很少(McCarthy et al., 2006)。
当全球碳循环研究的重点集中在温度和水分
等渐变式气候因子变化对生态系统的影响时, 冰雪
灾害等极端气候事件的频繁发生, 使我们不得不反
思对全球变化研究的不足。此次冰雪灾害为开启区
域碳循环影响的研究提供了契机, 而长期的联网观
测有助于深刻理解这一过程。本文基于千烟洲生态
站已有数据与知识积累, 对站区的森林受损情况进
行了详细调查, 并用地理信息系统(Geographic In-
formation System, GIS)工具进行了空间分析, 初步
分析了南方低山丘陵人工林受灾状况及主要影响
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因子, 定量研究了典型受损湿地松林的植被碳储量
损失, 为今后研究冰雪灾害对森林碳循环的影响积
累了科学数据, 也将为灾后生态恢复和森林可持续
经营管理提供科学依据。
1 研究区概况和研究方法
1.1 样地概况
研究地点位于中国科学院千烟洲红壤丘陵综
合开发试验站 (简称千烟洲站 ), 115°04′13′′ E,
26°44′48′′ N。试验区总面积约为208 hm2。海拔多在
100 m左右, 相对高度差20–50 m, 属典型的红壤丘
陵区。根据1985–2004年气象数据总结, 试验区年平
均气温17.9 ℃, 年平均降水量1 489 mm, 年日照时
数1 406 h, 太阳年总辐射量4 349 MJ·m–2; 具有典
型的亚热带季风气候特征。主要土壤类型有红壤、
水稻土、潮土、草甸土等, 成土母质多为红色砂岩、
砂砾岩(中国科学院南方山区综合科学考察队和江
西省吉安地区自然资源开发治理办公室, 1989; 马
泽清等, 2007; Ma et al., 2008)。
千烟洲是我国较早进行荒山生态恢复的典型
地区。自1983年开始营造人工林, 选择树种多为先
锋树种, 如马尾松、杉木、湿地松以及木荷(Schima
superba)等阔叶树, 形成的人工林基本代表了该区
域人工林的主要类型。2005年调查的千烟洲站的森
林生长和分布情况见表1 (马泽清等, 2007)。站区森
林面积126.18 hm2, 另有柑橘(Citrus reticulate)林
35.79 hm2。站区造林时间基本上是在1983年到1986
年之间, 多为纯林。湿地松林占千烟洲站森林面积
的50%左右。受经济利益的驱动, 2000年前后, 站区
湿地松林的部分林木被割脂; 但由于管护及时, 割
脂的时间不超过两年。
1.2 雨雪冰冻灾害期间的气象特征
根据千烟洲站人工气象监测结果, 2008年1月
至2月雨雪冰冻期间表现出如下气象特征: (1)低温
持续时间长, 从1月15日至2月5日将近20天, 温度
一直处于5 ℃以下(图1)。1月、2月平均气温较历年

表1 千烟洲不同森林类型的面积及生长状况
Table 1 Area and growth status of different forest types at Qianyanzhou
林型
Forest type
密度
Density
(individuals·hm–2)
胸高断面积
Section area at breast height
( m2·hm–2)
地上生物量
Aboveground biomass
( g·m–2)
面积
Area
(hm2)
湿地松林 Pinus elliottii forest 1 497 31.5 7 542 75.14
马尾松林 P. massoniana forest 1 905 30.1 8 768 24.84
杉木林 Cunninghamia lanceolata forest 2 368 51.3 14 088 7.73
阔叶林 Broad-leaved forest 2 650 30.3 10 339 6.08
针阔叶混交林 Broad-leaved-conifer mixed forest 1 994 28.1 8 359 1.39
其他森林 Other forest 11.00
总计 Total 126.18


图1 2008年1月至2月日平均气温与降水量。
Fig. 1 Mean daily temperature and daily precipitation from January to February in 2008.
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月平均气温分别低2.3 ℃和3.6 ℃; (2)气温变化剧
烈, 1月10日气温高达27.3 ℃, 较同期历史最高温
度高6.1 ℃, 而1月最低温度(–4.7 ℃)低于同期历史
最低温度(–3.5 ℃); (3)阴雨连绵, 湿度大, 降水集
中, 1月25日至2月5日空气湿度一直处于饱和状态,
累计降水量为 123 mm, 占这两月总降水量的
78.7%。对1月20日至2月10日每日8:00、14:00和20:00
定向风速的记录分析发现: 西北风是主要风向, 所
占比例为55.6%; 风速很低, 多为1级或2级, 日均风
速为(1.02 + 0.09) m·s–1, 风速最大值为2.20 m·s–1,
出现在2月1日。
1.3 研究方法
1.3.1 灾情调查
2008年2月至3月, 在千烟洲站区及附近进行踏
查, 结合地形图和遥感影像确定受损区图斑, 并利
用全球定位系统(Global Positioning System, GPS)定
位, 记录经纬度信息及相关的实地植被类型、地形、
受灾程度和受灾类型等。
1.3.2 制图及空间分析
根据经纬度信息及相关GIS软件, 进行制图,
统计受损区面积。
利用千烟洲数字高程模型 (Digital Elevation
Model, DEM)数据提取高程、坡向(aspect)、坡度和
山体阴影(hillshade)等空间信息, 并对受损区进行
空间分析。坡向定义为坡面法线在水平面上的投影
与正北方向的夹角。在Arcgis中坡向表示每个栅格
与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向, 坡向
值有如下规定: 正北方向为0°, 正东方向为90°, 依
此类推。在Arcgis空间分析模块中的山体阴影可以
分析或模拟地面的光照情况, 亦可测定研究区域中
给定位置的太阳光强度和光照时间, 并且对实际地
面进行逼真的立体显示, 增强地面的起伏感。山体
阴影图不仅很好地表达了地形的立体形态, 而且可
以方便地提取地形遮蔽信息。设定入射的太阳方位
角初始值为315°, 太阳高度角初始值为45°, 光照产
生的表面的灰度值范围为0–255。
1.3.3 典型样地调查
在调查工作中, 将连续成片的林木树干和树枝
明显出现物理性损伤的认定为受损区。2008年3月
在千烟洲站区受损面积最大的3号区(图2)调查了21
块10 m × 10 m的湿地松林样地, 分为折断和倒伏两
种类型。由于受损面积和受损程度差异较大, 为了
更加全面地反映实际状况, 在2008年4月, 在位于4
号严重受损区(图2)的湿地松人工林, 设置了一块面
积为20 m × 20 m、受雨雪冰冻灾害影响的长期观测
样地, 同时为进行对比研究, 设置对照(未受损)湿
地松林样地一块, 面积为15 m × 15 m, 并于2008年
10月, 对这两块样地进行了调查。


图2 千烟洲站人工林受灾区域分布。图中数字表示受损区域编号。
Fig. 2 Distribution of damaged plantation at Qianyanzhou Ecological Station. Numbers in the figure indicate the serial code of dam-
aged area.
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根据实际情况, 制定了树木雪灾受害等级评价
标准: 1级, 未受害, 树干直立; 树冠完整; 枝条未
折断; 2级, 轻微受害, 树干直立; 树冠基本完整;
枝条折断少于1/4; 3级, 中等受害, 树干倾斜; 树冠
受损; 枝条折断1/4–1/2; 4级, 严重受害, 树干轻微
弯曲; 树冠受损; 5级, 极严重, 树干严重弯曲, 受
害树木倒伏。调查的指标主要有林木的胸径、受灾
程度等, 并根据下列公式计算样地折断率、倒伏率
和受损率:
折断率=折断株数/总株数×100%
倒伏率=倒伏株数/总株数×100%
受损率=折断率+倒伏率
1.3.4 地上生物量和植被碳储量损失统计
根据林木相对生长模型(李轩然等, 2006), 计算
理论的森林生物量, 结合受损状况, 计算受损区地
上生物量。
千烟洲站曾对湿地松各器官的碳含量进行了
测定, 树干、树枝和树叶的碳含量分别为51.17%、
51.37%和53.35%。将每公顷地上生物量分器官计算
后, 考虑权重计算地上总生物量的碳含量为51.46%
(袁小华, 1999; Ma et al., 2008)。根据碳含量将千烟
洲湿地松林生物量换算为碳密度。
折断损失生物量=(样地叶生物量+样地枝生物
量)×折断率
倒伏损失生物量=样地总生物量×倒伏率
损失地上总生物量=折断损失生物量+倒伏损
失生物量
损失植被碳储量=损失总生物量×51.46%
2 结果和分析
2.1 站区受损概况
通过对千烟洲站区踏查发现, 严重受损的基本
为湿地松林; 一些位于沟谷的杉木林也有倒伏的情
况出现; 马尾松林、针阔混交林和常绿阔叶混交林
受损并不严重。受损的区域一般位于林缘、路边、
沟边等, 多呈带状或块状损毁。湿地松林树冠受损
严重, 倒伏情况严重; 杉木树冠顶部损坏, 主要为
断梢、断头; 马尾松受损较少; 阔叶树凋落物明显
增加, 基本没有倒伏。
根据对站区受损生态系统的调查和评估, 严重
受损的受损区共有15块, 总面积为7.72 hm2, 占全
站区面积的3.71%, 占森林面积的6.12% (图2)。核心
区和示范区受灾面积分别为4.78 hm2和2.94 hm2。零
星林木和柑橘林等经济林的受损并不严重, 具体的
受损情况没有统计。根据林型分析, 受损林型基本
上为湿地松林, 只有一块杉木林。
根据GPS调查 , 对15块受损区进行了空间分
析。受损区斑块面积在343–20 711 m2之间; 受损区
的海拔在75–117 m之间, 平均值为94 m; 南坡和东
南坡共有11块, 东北坡4块; 坡度较缓, 平均值为
10.3°; 受损斑块山体阴影分析的灰度值平均为171,
表明向阳区域占的比重较大。
在中亚热带季风气候控制下, 冬季盛行西北
风。由此推断, 阴坡所受的风力应该较强; 然而我
们得到的结果却是向阳方向的林分损失比重较大。
根据我们的调查分析发现, 阳坡的林分长势较好,
而植物的趋光性往往形成偏冠; 连续的低温使冠层
的叶片和枝条附着了冰雪, 造成冠层受力不均衡,
加之湿地松材质疏松, 因此受损较严重。
对15个严重受损区面积与其地形因子的分析
结果详见表2。由表2可知: 受损面积大小与高程和
坡度呈正相关关系; 受损区面积与区内高程最大值
的泊松(Poisson)相关系数达0.596, 显著性水平为
0.019。受损面积与山体阴影最小值呈负相关关系,
与山体阴影最大值呈正相关关系, 表明阳坡易受
灾。
湿地松林植被碳储量的损失是在极端特殊的
气象条件下, 多种因素共同作用形成的一种灾害现

表2 受损区面积与地形因子相关系数
Table 2 The correlation coefficients between damaged area and terrain factors
高程
Altitude
受损区面积
Damaged area
坡度
Slope
受损区面积
Damaged area
山体阴影
Hill shade
受损区面积
Damaged area
最小值 Min 0.396 (0.144) 最小值 Min –0.277 (0.317) 最小值 Min –0.485 (0.067)
最大值 Max 0.596*(0.019) 最大值 Max 0.450 (0.092) 最大值 Max 0.500 (0.058)
平均值 Mean 0.565*(0.028) 平均值 Mean 0.022 (0.939) 平均值 Mean 0.043 (0.879)
括号内为显著性水平p值。*, p < 0.05。
Values in parenthesis indicate p value. *, p < 0.05.
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象。由于微气象、局部地形、林分结构、个体差异
等多种原因, 湿地松林损失程度或折断部位也有所
不同。我们不能过分强调某一具体原因, 而分析所
有因素也是不现实的, 所以要根据实际情况分析判
断。进一步分析表明, 受损区面积(S)与该区的平均
高程(Ht)呈幂函数关系(S = 4.52 × 10–18 × (Ht)10.513,
决定系数(R2)为0.504, p = 0.003, F = 13.198。
尽管该区域内高程的差异并不明显, 起伏只有
30多米, 但是丘陵地貌的复杂性却以高程为表征因
子。即使海拔只相差10多米, 也可能是坡顶与山谷,
自然条件差异明显, 因此植被、风速、局部小气候
的差异也较大。丘陵顶部往往是土壤贫瘠的部位,
气象条件较为复杂, 昼夜温差较大, 受风影响强烈,
较易倒伏。
从千烟洲受灾区域的分析中可以看出, 地形因
子中作为表征因子的高程和坡度与冰雪灾害有相
关关系, 随着坡度和高程的增加, 受损面积有增加
的趋势。
2.2 受灾程度分析
2008年3月在3号区21块受灾样地的调查结果
详见表3。由表3可知, 受损折断区(一般受灾)的胸径
和林分密度小于倒伏区(严重受损区); 经过t检验,
折断区胸径与倒伏区胸径显著性水平为0.144; 折
断区林分密度与倒伏区林分密度的显著性水平为
0.477。在3号湿地松林受损区, 根据受损程度分为
两类: 一类为受损较轻的区域, 即折断区; 另一类
为严重受损区, 即倒伏区。一般受损折断区的受损
率平均值为16%, 基本为轻微受害, 如树梢折断、树
冠受损; 倒伏区的受损率、折断率和倒伏率分别为
62%、24%和38%。最严重的38号样方几乎全部倒
伏。
2008年10月对雨雪冰冻灾害长期观测样地的
调查结果表明: 样地面积为400 m2, 胸高断面积为
25.4 m2·hm–2, 林分密度为750株·hm–2; 叶面积指数
损失了3.16; 受损率、折断率和倒伏率分别为93%、
60%和33%。样地内共有林木30株, 活立木16株, 死
亡林木14株。对照样地(未受损)面积为225 m2, 共有
43株林木, 其中活立木36株, 死亡的林木有7株, 基
本为自然死亡, 这个林分结构基本上与站区湿地松
林状况相近。
2.3 生物量与植被碳储量损失统计
植被碳储量损失调查结果详见表4。湿地松林
受灾折断区损失的生物量为388 g·m–2, 地上植被碳
储量损失为200 g·m–2; 严重受损区(倒伏区)倒伏损
失生物量、折断损失生物量和总损失生物量平均值
分别为3 561、726和4 287 g·m–2。倒伏区地上植被
碳库损失量655–5 230 g·m–2, 平均值为2 206 g·m–2。
2008年10月补充调查的湿地松倒伏区倒伏损
失的生物量、折断损失的生物量和地上部分损失的
生物量总量分别为1 171、2 194和3 365 g·m–2。倒伏
区地上植被碳库损失量约为1 731 g·m–2。对照区叶
生物量、枝生物量、树干生物量和地上部分总生物

表3 千烟洲湿地松林受损区的灾情分析
Table 3 Damage analysis of slash pine forest at Qianyanzhou
不同受灾程度林木的株数
Number of trees for different
classes of damage
类型
Types
样地数
Number
of plot
胸径
Diameter at
breast height
(cm) 1 2 3 4 5
林分密度
Forest density
(individuals·
hm–2)
受损率
Damage rate
折断率
Branches
breakage
rate
倒伏率
Stem breakage
rate
折断区
Branches breakage
area
9 16.8
(14.1–18.4)
11 1 0 1 0 1289
(900–2400)
16%
(0–44%)
16%
(0–44%)
0
倒伏区
Severely damaged
area
12 17.2
(13.7–19.8)
7 2 1 1 5 1550
(600–2400)
62%
(16%–100%)
24%
(0–67%)
38%
(7%–100%)


表4 千烟洲湿地松林受损区的地上生物量与植被碳储量损失
Table 4 The loss of plant carbon and aboveground biomass in damaged area of slash pine forest at Qianyanzhou
类型
Type
样地数
Number
of plot
倒伏损失生物量
Biomass loss for
stem breakage (g·m–2)
折断损失生物量
Biomass loss for
branches breakage (g·m–2)
损失生物量
Biomass loss
(g·m–2)
植物碳储量损失
Plant carbon loss
(g·m–2)
折断区 Branches breakage area 9 0 388 (0–831) 388 (0–831) 200 (0–427)
倒伏区 Severely damaged area 12 3561 (797–9534) 726 (0–1983) 4287 (1274–10164) 2206 (655–5230)
210 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2010, 34 (2): 204–212

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表5 受损湿地松林地上植被碳储量损失与影响因子的相关矩阵
Table 5 The matrix between plant carbon loss and impact factors in slash pine forest
胸径
Diameter at breast height
林分密度
Forest density
受灾率
Damage rates
折断率
Branches breakage rates
倒伏率
Stem breakage rates
林分密度 Forest density –0.468*
受灾率 Damage rates 0.299 0.032
折断率 Branches breakage rates 0.129 0.220 0.475*
倒伏率 Stem breakage rates 0.261 –0.097 0.844** –0.070
植被碳储量损失 Carbon loss 0.232 0.254 0.804** 0.224 0.776**
*, p < 0.05; **, p < 0.01.

量分别为953、2 235、7 146和10 850 g·m–2。
3号受损区总面积为20 711 m2, 其中倒伏区约
占57%, 损失的植被碳储量平均值为2 206 g·m–2;
折断区约为43%, 损失的植被碳储量约为200 g·m–2;
3号区植被碳储量损失量加权平均值为1 346 g·m–2。
4号严重受损区面积为8 899 m2, 植被碳储量损失量
平均为1 731 g·m–2。综合考虑两块受损区面积及受
损程度 , 倒伏区植被碳储量损失加权平均值为
1 462 g·m–2。
千烟洲森林面积为126.18 hm2, 其中受损区(有
倒伏的林木)总面积为7.72 hm2, 植被碳储量损失量
为1 462 g·m–2; 其余森林(面积为118.46 hm2)植被碳
储量损失量为200 g·m–2。根据上述结果, 站区森林
植被碳储量损失约为349.7×103 kg, 平均为277
g·m–2。
根据对21块样地的相关分析, 林分密度与胸径
呈负相关关系(详见表5), 相关系数为–0.468; 湿地
松林植被碳储量损失与林分密度相关关系并不显
著, 相关系数为0.254。植被碳储量损失与受灾率和
倒伏率呈明显的正相关关系。
3 讨论
湿地松林是典型的外来树种, 以其生长快、固
土效果显著的特点, 在造林初期发挥了极大的作用;
然而, 随着湿地松人工林的生长、成熟, 其结构单
一、抗性较低的缺点随之显现出来。1995年在我国
18个省区统计的栽培面积达190.7万hm2 (陈启基等,
1995)。由于湿地松林能在较短的时期内带来经济利
益, 其栽种面积增加趋势明显。据统计, 2007年前后
江西省国外松(主要为湿地松)已达56.99万hm2, 约
占人工林总面积的27.4% (吴长飞, 2007)。千烟洲湿
地松人工林存在或面临的问题正是我国南方人工
林经营管理过程中普遍存在的问题。
2008年1月至2月持续低温、阴雨潮湿等极端气
象条件是这次冰雪灾害的直接原因。风向和风力是
不可忽视的原因, 当大量的冰凌附着在林木上, 摇
摇欲坠时, 任何风都具有很大的破坏性, 导致灾害
的发生。冰雪灾害期间最大降水量发生在2月1日,
当天降水量达53.9 mm; 日平均气温为0.1 ℃, 最高
气温只有0.4 ℃; 而恰恰在这一天, 平均风速却达
到了2.2 m·s–1, 是灾害期间风力最大的一天。根据推
测, 正是2月1日的低温强降雨以及大风, 使此次冰
雪灾害剧烈升级; 大多数林木倒伏很可能就发生在
这天。2008年2月1日极其特殊的气象条件是这次灾
害程度加重的重要原因, 这种多个恶劣气象因素叠
加在一起的情况较为罕见。
3.1 湿地松林受灾因素分析
湿地松林在此次冰雪灾害中受损严重, 受灾类
型主要有树体折断、倒伏和压弯等。一方面是地形、
小气候等外界因素的影响; 另一方面则可能是与其
树种、林龄、冠形结构、材质、枝角、根系分布等
内因有关。此外, 还与人为因素的影响有密切关系,
如割脂等破坏行为。
3.1.1 树种在灾害中受损差异明显
湿地松林受损严重, 而同龄同密度同地形的马
尾松林却表现出较强的抗性。首先, 冠形和材质可
能是主要原因。通常认为树冠较窄或圆柱状的树冠
可能不易倒伏, 开阔的树冠和不对称的树冠更易被
压断。湿地松树冠近椭圆形, 容易受力, 从基部折
断; 马尾松树冠近塔形, 树冠受力较为均匀; 杉木
树冠较窄, 往往会断头, 但倒伏较少。材质与受损
类型和程度关系密切, 需进一步调查研究。其次,
根系分布是林木倒伏不可忽视的重要因素。对千烟
洲站的调查表明: 马尾松主根系较浅, 但是侧根很
多; 湿地松主根深, 但侧根和细根较少。另外一个
重要原因在于湿地松叶性的特征。湿地松针叶粗而
马泽清等: 雨雪冰冻灾害对中亚热带人工林的影响——以江西省千烟洲为例 211

doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.02.012
长, 比马尾松的叶片肥厚, 这样很容易产生着力点;
湿地松针叶为三针一束或两针一束, 而马尾松都为
两针一束, 这样湿地松增加了叶片表面积, 能产生
更多的冰柱。相关研究也表明: 同龄的湿地松林的
叶面积指数和叶生物量均大于马尾松林(李轩然等,
2006)。另外, 湿地松倒伏较多与人工割脂可能也有
一定的关系, 尽管割脂的面积不大, 但是不可避免
地对树木本身的抗性会产生较大影响, 这有待于进
一步调查。
3.1.2 地形对于森林受灾具有重要的作用
Kenderes等(2007)对匈牙利Börzsöny山区的研
究表明, 并非所有的冰雪灾害与地形(海拔和坡度)
都有明显的统计学关系, 但是地形因子可能会加剧
受灾的程度(Bragg et al., 2003), 特别是高海拔地区
更易遭受冰冻灾害。海拔和一定的坡向导致森林暴
露在更强的风口 , 从而更易受灾 (Lafon et al.,
1999)。本研究调查的区域相对较小, 地形并不十分
复杂, 初步表明受损程度与海拔有一定关系, 阳坡
的林分损失略重, 具体原因尚待进一步分析研究。
3.1.3 林分密度和林龄是受灾主要影响因素之一
过高的林分密度会导致森林生长空间狭小, 而
林木为了争夺阳光等资源, 树形往往会变得瘦高,
容易受损(Van Dyke, 1999), 这种现象在人工纯林
中表现突出。随着树龄增加 , 受灾程度会加重
(Boerner et al., 1988; Smith, 2000); 但是很多研究者
认为, 大尺寸的老树对冰灾的抗性更强(Bragg et al.,
2003)。根据作者实地调查, 幼龄的人工林并没有受
到严重的灾害, 中龄的人工林受灾程度更严重一些;
但老龄的天然硬叶阔叶林受损相对较轻, 林下小灌
木及乔木小苗基本没有受损。
3.1.4 森林受损的最直接因素应为冰的厚度及持
续时间
冰雪灾害是一个复杂的扰动, 受损的多样性正
是复杂性功能的重要体现(Bragg et al., 2003)。森林
受损程度受许多因素影响, 难以用单一的因素进行
分析, 最直接的因素是冰的厚度和持续时间。如果
结冰厚度很低, 并不会对林木造成损害。如果积累
的冰凌超过1.3 cm就有可能断枝, 造成严重损害
(Lemon, 1961; Van Dyke, 1999); 如果枝条上冰的重
量超过木材的抗压能力, 或枝条薄弱区域冰的重量
超过载荷, 就可能导致枝条折断(Hauer et al., 1993;
Van Dyke, 1999)。
3.2 灾害损失与积极应对
千烟洲站区森林乔木层碳储量平均损失约为
277 g·m–2, 倒伏区碳储量损失1 462 g·m–2, 对照样
地的乔木层地上部分碳储量为5 583 g·m–2。受损森
林和倒伏区损失的碳储量分别是地上乔木层碳储
量的4.96%和25.48%。加拿大老龄温带落叶阔叶林
受1998年大冰暴的影响, 每公顷损失的生物量为
19.7 × 103 kg或33.6 m3木质残体(woody debris), 损
失了7%–10%的地上生物量 , 为森林年凋落量的
10–20倍以上 , 是历史上受损最为严重的记录
(Hooper et al., 2001)。通过灾情对照, 说明此次千烟
洲人工林受灾比较严重。
在全球变化背景下, 极端气候事件的频度和强
度均呈增加趋势。与气候变化相关的突发性极端气
候事件对生态系统的影响可能会更加严重, 这不仅
会严重损害生态系统, 甚至会导致生态系统的彻底
崩溃(IPCC, 2007)。森林生态系统在维护国家和区域
的生态安全方面具有重要作用, 在受灾风险增加的
趋势下, 亟需积极应对, 加强森林管理, 调整林分
密度、树种组合和林龄结构等, 增强人工林生态系
统的稳定性和抗逆性。
致谢 国家自然科学基金(30870444)、国家重点基
础研究发展计划(973计划) (2009CB421101)、中国科
学院知识创新工程重要方向项目 (KZCX2-YW-
Q1-14)和中国科学院百人计划项目资助。
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责任编委: 曹坤芳 责任编辑: 王 葳