杜帥 宋光輝 方海濱 單延龍 尹賽男

(北華大學，吉林市，132013) (大興安嶺林業(yè)集團公司森林經營部技術推廣站) (吉林省航空護林中心) (北華大學)

作為森林演替的組成部分，森林火災影響著環(huán)境[1]。森林防火工作的重點應放在“防”上，為了最大限度地減少火災的發(fā)生，除了增強火災管理力度及深入研究防火理論外，最有效的措施就是提高森林自身抵御火災的能力[2]。生物防火的理念是指利用綠色植物，通過一系列措施來增強林分的防火性，從而抑制和阻隔林火蔓延，減少火災的損失[3]。抗火性指植物對火災的抵抗或忍耐火燒的能力,如厚的樹皮在火強度較高、受熱時間較長的情況下，也能保護形成層不受損傷，而樹皮薄的樹木，火燒后常整株枯死[4]。春季的干旱和大風天氣決定了春天是火災的高發(fā)時段，入春時森林內可燃物載量豐厚，且氣溫升高，風向多變，連續(xù)晴天極易引起森林火災[5-6]。近年來國內學者對樹種抗火性、樹皮抗火性以及樹葉抗火性研究較多[7-10]，但是對早春草本植物抗火性缺少研究。早春草本植物在林下的生長環(huán)境穩(wěn)定，且含水率較高，具有一定的抗火能力，因此，對早春草本植物抗火性進行研究，并進行排序，找出抗火能力強的早春草本植物，對林分抗火能力的提升，以及森林資源的保護具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于吉林省蛟河林業(yè)實驗區(qū)管理局(127°35′～127°51′E，43°51′～44°5′N)，全局總經營面積31 823 hm2。該地區(qū)最高海拔1 176 m，最低海拔330 m[11]。該地區(qū)屬于受季風影響的溫帶大陸性氣候區(qū)，年均氣溫3.8 ℃，7月份平均氣溫21.7 ℃，1月份平均氣溫-18.6 ℃，年均降水量659.9 mm[12]。土壤為山地暗棕色森林土，土層厚度20～100 cm[13]。植被屬于長白山植物區(qū)系，主要喬木有紅松(Pinuskoraiensis)、長白落葉松(Larixolgensis)、水曲柳(Fraxinusmandschurica)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、黃波欏(Phellodendronamurense)、柞樹(Quercusmongolica)、榆樹(Ulmuspumila)；常見灌木有忍冬(Lonicerajaponica)、胡枝子(Lespedezabicolor)、珍珠梅(Sorbariasorbifolia)等；常見地被植物有木賊(Equisetumhyemale)、山茄子(Brachybotrysparidiformis)、小葉芹(Aegopodiumalpestre)、蕨類(Pteridophyta)等。

2 研究方法

2.1 野外調查

于2017年春季防火期在研究區(qū)主要林型人工紅松林、人工長白落葉松林、蒙古櫟林和紅松闊葉林下，采用機械布點的方法分別設置3塊30 m×20 m的樣地，并在每塊樣地的對角線設置3塊1 m×1 m的小樣方，調查小樣方內的早春草本植物種類、多度、蓋度、頻度及平均高。各樣地的基本概況如表1所示。

表1 樣地基本概況

2.2 物種重要值

重要值是用來表示某個物種在群落中的地位和作用的綜合指標，表明森林植物在群落中的優(yōu)勢度[14-15]。物種的重要值=(相對多度+相對蓋度+相對頻度)/3。

2.3 草本植物含水率

將野外采集的樣品置于烘箱內，在105 ℃下，連續(xù)烘干24 h后，取出稱其質量。計算每個樣方內不同種類早春草本植物的相對含水率。計算公式為[16]：

2.4 早春草本植物灰分關聯分析及聚類分析

植物的抗火性由燃燒性和生物學特性等因素決定，防火樹種的選擇要考慮其生物學和生態(tài)學特征，即樹冠冠幅大、適應性強、結構緊密的樹種抗火性較強[3]。同理，早春草本植物的多度、蓋度、頻度對其抗火能力具有影響，并且早春草本植物為綠色植物，含水率極其豐富，早春草本植物含水率對抗火性也具有重要影響。因此，可以將含水率、相對多度、相對蓋度、相對頻度這4個指標作為評價各林型早春草本植物抗火性的條件。

灰色關聯分析是根據曲線間的相似程度來判斷各因素間的關聯程度，其主要計算公式為[17]：

式中：ε(k)為兩數列在k點的關聯系數；r為關聯度；x0為參考數列；xi為比較數列；i=1、2、…、N；k=1、2、…、N；ρ分辨系數(0～1)，一般取值為0.5。

聚類分析是根據事物本身的特征，通過統計方法對事物進行分類的多元分析方法。本文選擇的聚類方法為組內距離，度量標準選擇歐式距離，其計算公式為[18]：

式中：dij為樣本xi和樣本yj的距離；p為空間維度；q為一個自然數，這里q取值為2。

3 結果與分析

3.1 早春草本植物物種重要值

由表2可知，各林型早春草本植物物種最豐富的為紅松闊葉林，紅松闊葉林重要值最大的是多被銀蓮花(27.47%)，其次是側金盞花(16.92%)、荷青花(16.08%)；蒙古櫟林的早春草本植物物種種類最少，重要值最大的是美漢草(42.73%)，其次是細辛幌子(21.97%)、鈴蘭(18.23%)；人工紅松林內重要值最大的是林金腰子(35.26%)，其次是寬葉蕁麻(19.54%)、白屈菜(16.56%)；人工長白落葉松林內重要值最大的是小葉芹(31.69%)，其次是美漢草(26.59%)、東北延胡索(8.82%)。

表2 早春草本植物物種重要值

3.2 早春草本植物抗火性的關聯度

灰色系統理論中關聯度分析原則，由于選定的“理想對象”的抗火性是系統中抗火性“最高”的，如果被評價早春草本植物的關聯度越大，其與“理想對象”越接近，表明其抗火性越強[19]。

由表3可知，人工紅松林草本植物抗火性由大到小順序為：林金腰子、輪葉百合、山茄子、東北延胡索、寬葉蕁麻、白屈菜。人工長白落葉松林草本植物抗火性由大到小順序為：小葉芹、美漢草、林金腰子、山茄子、東北延胡索、寬葉蕁麻、白屈菜、小根蒜、荷青花、鹿藥。蒙古櫟林草本植物抗火性由大到小順序為：美漢草、鈴蘭、細辛幌子、北重樓、莓葉委陵菜。紅松闊葉林草本植物抗火性由大到小順序為：荷青花、多被銀蓮花、側金盞花、玉竹、鹿藥、紫花變豆菜、輪葉百合、頂冰花、浮毛茛、黑水銀蓮花、東北延胡索。

表3 早春草本植物抗火性關聯系數和關聯度

3.3 4種林型早春草本植物聚類分析

利用4種林型早春草本植物抗火性關聯度進行聚類，每個林型的早春草本植物抗火性均可分為強、較強、一般三類。

由圖1可知，人工紅松林抗火性強的為林金腰子，抗火性較強的為輪葉百合、東北延胡索、山茄子，抗火性一般的為寬葉蕁麻、白屈菜。

由圖2可知，人工長白落葉松林抗火性強的為美漢草、小葉芹，抗火性較強的為東北延胡索、寬葉蕁麻、山茄子、白屈菜、林金腰子，抗火性一般的為小根蒜、荷青花、鹿藥。

由圖3可知，蒙古櫟林抗火性強的為鈴蘭、美漢草，抗火性較強的為細辛幌子、北重樓，抗火性一般的為莓葉委陵菜。

由圖4可知，紅松闊葉林抗火性強的為多被銀蓮花、荷青花、側金盞花，抗火性較強的為鹿藥、紫花變豆菜、輪葉百合、玉竹，抗火性一般的為浮毛茛、頂冰花、黑水銀蓮花、東北延胡索。

圖1 人工紅松林早春草本植物聚類分析

圖2 人工長白落葉松林早春草本植物聚類分析

圖3 蒙古櫟林早春草本植物聚類分析

圖4 紅松闊葉林早春草本植物聚類分析

4 結論

春季氣候干燥風大，是林火的高發(fā)季節(jié)。早春草本植物作為春季林下的綠色植物，具有一定的抗火能力，因此，選擇抗火能力強，且適宜在林分內生長的早春草本植物，進行人工播種、栽培，對減少春季森林火災的發(fā)生，保護森林資源具有重要作用。

通過對早春各草本植物的含水率、多度、蓋度、頻度等指標的比較分析，各林型早春草本植物抗火性可分為3類，其中抗火性強、適合生長的早春草本植物有：人工紅松林的林金腰子、東北延胡索；人工長白落葉松林的小葉芹、美漢草、東北延胡索；蒙古櫟林的美漢草、細心幌子、鈴蘭；紅松闊葉林的多被銀蓮花、側金盞花、荷青花。另外，在春季抗火性植物的選擇上，應多栽種那些在成熟后，地上部分腐爛，不會存在火災隱患的早春草本植物。針對人工紅松林可以種植林金腰子、白屈菜、山茄子、東北延胡索，人工長白落葉松林可以種植小葉芹、東北延胡索、林金腰子、小根蒜、山茄子、荷青花、白屈菜，蒙古櫟林可以種植鈴蘭、莓葉委陵菜，紅松闊葉林可以種植多被銀蓮花、荷青花、側金盞花、黑水銀蓮花、浮毛茛、紫花變豆菜、東北延胡索、頂冰花這些早春草本植物。此外，秋季也是東北重要的森林防火期，林下的草本植物是重要的森林可燃物、引燃物，對秋季草本植物也需要進行易燃性、抗火性的研究。