專利名稱：基于松墨天牛為害指標的松類林健康評價方法
技術領域：
本發明屬于森林保護、森林經營和森林生態系統健康領域，具體涉及一種以松屬植物為優勢樹種的森林類型的健康的評價方法。
背景技術：
森林健康診斷與評價是自20世紀90年代以來世界林業研究和發展中的一個新興熱點領域，也是針對緩解森林退化、全球氣候變化、水土流失和森林生境破壞等重大生態環境問題，實現人類健康、和諧、可持續發展的戰略需要。森林健康評價的技術和方法，前人進行過多方面的研究，但如何判斷森林健康，提前做好保護森林的措施，而不是在病蟲害大量發生后才采取應急方案是森林保護的一個重大研究課題，尤其是早期診斷森林健康仍然是世界性的關鍵技術和難題?，F有的研究大多利用綜合指標評估法，從森林活力、森林的組織結構、抗逆能力和恢復力以及生態服務功能等方面進行森林健康評價。這些方法的優點在于選擇的評價指標比較全面細致，但采集指標過多則不易操作，且部分指標數據很難一次性獲取，實際應用困難較大，很難實現對森林健康的早期診斷和動態監測。而利用指示物種法進行森林健康評價，主要基于指示物種、關鍵物種或環境敏感物種的數量、生物量、生產力、結構指標、功能指標及一些生理生態指標等來描述生態系統的健康狀況，具有方法簡單、操作便捷、經濟實用的特點。如果選擇的指示物種對森林健康狀況及其變化表現敏感， 同時其指示效應易于監測的話，即可實現早期診斷森林健康。在指示物種的選擇上，國外有研究證實，一些蛀干昆蟲能夠敏感地識別和選擇亞健康和衰弱的寄主樹木進行取食、產卵和定殖，認為這些昆蟲可以作為森林健康評價的指示物種。但迄今為止，從實踐的角度利用蛀干昆蟲與亞健康和衰弱林木的伴生關系，以蛀干昆蟲作為指示物種來診斷和評價森林健康卻鮮見報道。松墨天牛是我國馬尾松、云南松和華山松等松類林分中廣泛分布的重要蛀干昆蟲，主要分布于冀、豫、魯、陜、蘇、浙、贛、閩、湘、云、貴、川、藏、粵、桂等省區。

發明內容
為解決現有技術中無法利用蛀干昆蟲作為指示物種來定量地診斷和評價森林健康的問題，本發明提供一種基于松墨天牛為害指標的松類林健康評價方法，其技術方案如下一種基于松墨天牛為害指標的松類林分健康評價方法，包括以下順序步驟(I)篩選樣地篩選多塊面積相同的松類林分樣地，對每一塊樣地按照下述步驟(2)和步驟(3) 進行調查；(2)調查松墨天牛為害指標在每一塊樣地中，采用引誘劑誘集法、餌木誘集法或為害痕跡調查法中的一種或兩種以上方法來獲得松墨天牛為害指標；
所述松墨天牛為害指標是指誘集到的松墨天牛數量，和/或餌木上松墨天牛的取食痕數、產卵痕數、羽化孔數，和/或林木樹干上的松墨天牛產卵痕數、羽化孔數；(3)調查松類林分健康指數在每一塊樣地中進行每木健康調查，將林木的健康狀況分為健康木、亞健康木、衰弱木、瀕死木和枯倒木5個等級；所述健康木是指針葉翠綠，枝條舒展，無枯梢，樹干無蛀干昆蟲產卵痕或刻槽的林木；所述亞健康木是指針葉部分變黃，有枯梢，樹干無蛀干昆蟲產卵痕或刻槽的林木；所述衰弱木是指針葉大部分變黃，樹干有蛀干昆蟲產卵痕或刻槽的林木；所述瀕死木是指針葉萎蔫，樹干失水，樹木趨于死亡的林木；所述枯倒木是指針葉枯黃或掉落，呈干枯狀的林木；然后按下列公式計算樣地的松類林分健康指數松類林健康指數=(5X健康木株數/總株數)+ (4X亞健康木株數/總株數)+ (3 X衰弱木株數/總株數)+ (2 X瀕死木株數/總株數)+ (I X枯倒木株數/總株數)；(4)建立松類林健康評價模型將全部樣地內獲得的松墨天牛為害指標和松類林健康指數通過統計學的相關和回歸分析，建立松墨天牛為害指標與松類林健康指數間的回歸模型；(5)松類林健康評價模型的應用調查待評價的松類林內的松墨天牛為害指標，將此松墨天牛為害指標代入步驟
(4)建立的回歸模型中，計算出待評價的松類林健康指數，按下述標準評價該待評價的松類林的健康狀況待評價的松類林健康指數在4. 5 5之間的為健康林，待評價的松類林健康指數在3. 5 4. 4之間的為亞健康林，待評價的松類林健康指數在2. 5 3. 4之間的為衰弱林， 待評價的松類林健康指數在2. 4以下的為瀕死林或枯死林。作為本發明方法的優選方案所述步驟⑵中的引誘劑誘集法包括以下步驟在林間郁閉度為O. 5左右的林地內選擇I. 8-2. 5m高度處懸掛誘捕器，以蛀干類害蟲引誘劑為誘芯，誘集松墨天牛，定期收集統計誘集到的松墨天牛數量；所述步驟(2)中的餌木誘集法包括以下步驟在林間選取針葉綠、無枯梢和枯枝、 樹干直立且無蛀干害蟲攻擊痕跡的活立木，伐倒后堆放于林內作為餌木，吸引松墨天牛成蟲取食、產卵和定殖，定期對餌木進行解析調查，統計餌木上松墨天牛的取食痕數、產卵痕數和羽化孔數；所述步驟(2)中的為害痕跡調查法是指調查林間活立木和枯立木樹干上松墨天牛的產卵痕數和羽化孔數；上述取食痕數是指松墨天牛在樹皮上取食形成的不規則斑塊數，產卵痕數是指樹干上由松墨天牛雌蟲啃咬形成的橫向刻槽中心處由產卵器戳刺而成的針孔狀的產卵孔數， 羽化孔數是指松墨天牛成蟲羽化時由樹干木質部中鉆出形成的直徑為Icm的規則圓孔數。作為本發明方法的進一步優選方案
所述步驟(5)中的松類林健康評價模型為Y = AX1 ± BX2 土 CX3 土 DX4 ± E式中Y為松類林健康指數，X1為松墨天牛誘集數量,X2為松墨天牛取食痕數,X3為松墨天牛產卵痕數，X4為松墨天牛羽化孔數，A、B、C、D均為系數，E為常數。作為本發明方法的優選方案所述步驟(I)中的松類林的樹種為云南松；所述步驟(5)中的松類林健康評價模型為Y = 3. 717+0. 242Χ「0· 108Χ2_0· 077Χ3式中Y為松類林健康指數，X1為誘集到的松墨天牛數量,X2為天牛產卵痕數,X3為天牛取食痕數。作為本發明方法的優選方案所述步驟⑴中的松類林的樹種為馬尾松或華山松。松墨天牛對松類寄主樹的攻擊行為具有選擇性，天牛成蟲能夠敏感地識別和選擇亞健康和衰弱樹木取食、產卵和定殖，天牛的危害與亞健康和衰弱林木具有明顯的對映關系，而林間衰弱林木的數量和比例直接反應了森林的健康水平，這正是本發明利用松墨天牛為害指標診斷森林健康的理論基礎。本發明基于松墨天牛成蟲能夠敏感識別和選擇攻擊亞健康和衰弱的云南松寄主的生物學特性，以云南松林及林內的松墨天牛為研究對象，通過開展林間多指標的云南松森林健康調查和松墨天牛為害狀況調查，選取代表性的松類林分，包括原始林、次生林、人工林開展調查，確立了森林健康量化指數，并應用統計學方法建立云南松森林健康指數與松墨天牛為害指標間的回歸模型，利用建立的回歸模型即可針對性地方便快捷地評價相應的原始林、次生林、人工林林分的健康狀況，免除了費時費力的林間每木健康判斷。由于生態系統的多樣化，組成各種生態系統中的物種之間的相互作用也是復雜多樣的，需要針對各種具體情況，具體問題具體分析。根據研究發現，不同森林類型的云南松林，其健康狀況均與林內松墨天牛的為害指標間存在顯著或極顯著相關關系，也都能夠建立回歸模型。其中，在云南松天然林中，森林健康指數與松墨天牛為害指標呈正相關關系，即松墨天牛數量和為害越多，森林健康狀況越好，這與天然林中植物物種多樣性有關， 同時，松墨天牛也起到加速樹木優勝劣汰的作用；而在云南松人工林中，森林健康指數與松墨天牛為害指標呈負相關關系，即松墨天牛數量和為害越多，森林健康狀況越差。因此，針對不同森林類型，可建立不同的健康評價模型，如原始林用原始林模型，次生林用次生林模型，人工林用人工林模型。本發明的優點在于現有的森林健康評估方法需要從森林活力、組織結構、抗逆能力、恢復力和生態服務功能等方面進行評價，采集指標過多，耗時耗力，不易操作，實際應用上有較大困難，難以實現對森林健康的早期診斷和動態監測。本發明利用松墨天牛對亞健康和衰弱林木的敏感識別的生物學特性，只需要調查林分內松墨天牛的為害指標，即可根據建立的評價模型評價森林的健康狀況；由于松墨天牛為害特征明顯，為害的森林類型和地域范圍廣，蟲害的調查方法較為成熟且簡單易行，因此建立的評價模型具有較廣泛的適用性，可以實現對森林健康的快速評價和動態監測，對于以松屬植物為優勢樹種的森林類型的健康評價具有指導意義，為森林的科學經營管理提供了科學依據，經多地驗證，可操作性強，評價結果的準確度和可靠性較高，適合于大面積推廣應用。


圖I為本發明方法的實施示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明方法進一步說明。本發明的實施包括兩個步驟一是建立適合于某一類林分的森林健康評價模型， 并結合林分的生長發育和生理指標對模型進行修正；二是應用該評價模型對同類型林分進行健康評價。具體實施步驟為I.森林健康評價模型的建立選取代表性的松類林分開展調查，建立適合于該林分類型的森林健康評價模型。(I)松墨天牛為害指標的調查按常規調查方法設置樣地，從下列蛀干昆蟲調查方法中選擇1-2種方法，調查林間松墨天牛的為害指標。①引誘劑誘集法，在林間郁閉度為O. 5左右的林地內選擇I. 8-2. 5m高度處懸掛誘捕器，以蛀干類害蟲引誘劑為誘芯，誘集松墨天牛，定期收集統計誘集到的松墨天牛數量；②餌木誘集法，在林間選取健康中等的活立木，伐倒后堆放于林內作為誘餌，吸引松墨天牛成蟲取食、產卵和定殖，定期對餌木進行解析調查，統計餌木上松墨天牛的取食痕數、產卵痕數和羽化孔數，其中，取食痕為樹皮上取食形成的不規則斑塊；產卵痕為一橫向刻槽，刻槽中心處的針孔狀孔洞即為產卵孔；羽化孔為一規則圓孔，圓孔直徑可達Icm左右；③為害痕跡調查法，調查林間活立木和枯立木樹干上松墨天牛的產卵痕數和羽化孔數，可以調查樹干2m以下的數量，通過測量樹高、胸徑等指標，根據天牛在樹干上的分布公式計算出整株樹的蟲口數量。(2)林木健康狀況的初步評估在松類林分內進行完(I)中所述的松墨天牛為害指標調查后，對樣地內的松樹進行每木調查，以云南松為例，按下列標準將松類林木的健康狀況劃分為5個等級健康木針葉翠綠，枝條舒展，無枯梢，樹干無蛀干昆蟲產卵痕或刻槽。亞健康木針葉部分變黃，有枯梢，樹干無蛀干昆蟲產卵痕或刻槽。衰弱木針葉大部分變黃，樹干有蛀干昆蟲產卵痕或刻槽。瀕死木針葉萎蔫，樹干失水，樹木趨于死亡。枯倒木針葉枯黃或掉落，呈干枯狀。統計每個等級的林木株數和總株數。(3)森林健康指數的計算從健康木到枯倒木按5、4、3、2、1依次分別賦予系數,按下列公式計算林分的健康指數森林健康指數=(5 X健康木株數/總株數)+(4 X亞健康木株數/總株數)+(3 X 衰弱木株數/總株數)+ (2 X瀕死木株數/總株數)+ (I X枯倒木株數/總株數)(4)森林健康評價模型的建立和修正
采用統計學的回歸分析方法，將(I)中調查獲得的松墨天牛為害指標數據與(3) 中得到的森林健康指數進行分析，得到松墨天牛為害指標與森林健康指數間的回歸模型。 通過實地調查驗證，結合林木生長發育指標、光合和水分生理指標、生物多樣性指標等對模型參數和系數進行修正、優化，得到與實際調查的森林類型擬合度較好的森林健康評價模型。森林健康評價模型的一般模式為森林健康指數ΠΠ = AX1 土 BX2 土 CX3 土 DX4式中X1為松墨天牛誘集數量；X2為松墨天牛取食痕數；X3為松墨天牛產卵痕數；X4 為松墨天牛羽化孔數;A、B、C、D均為系數。針對不同的森林類型如云南松天然林或人工林有不同的評價模型，經修正優化后可以得到不同精度的評價模型，將相關性不大的參數設置為缺省，給應用上提供更多的選擇。2.應用模型開展森林健康評價選取一片新的代表性松類森林，先調查林內的松墨天牛為害指標，然后代入已經建立的森林健康評價模型，計算出森林健康指數，即FHI，就可以評價該林分的健康狀況。(I)松墨天牛為害指標調查采用常規蛀干昆蟲調查方法如引誘劑誘集法、餌木誘集法或為害痕跡調查法，調查林間松墨天牛的為害指標，包括誘集到的松墨天牛數量，餌木上松墨天牛的取食痕數、產卵痕數和羽化孔數,林木樹干上的松墨天牛產卵痕數和羽化孔數等。(2)森林健康指數的計算將上步調查中獲得的松墨天牛為害指標數據代入森林健康評價模型FHI = AX1 土 BX2 土 CX3 土 DX4，計算得出森林健康指數。(3)森林健康的評估森林健康指數的取值范圍在1-5之間，4. 5 5之間為健康林，3. 5 4. 4之間為亞健康林，2. 5 3. 4之間為衰弱林，2. 4以下為瀕死或枯死林。發明人于2009年I 6月在云南省滇中地區選擇云南松天然林開展森林健康評價，通過建立森林健康評價模型，對目標林分評價和結果驗證，表明本方法簡單易行，結果可靠。滇中地區云南松天然林健康評價模型的建立發明人于2009年I 5月在云南省滇中地區的昆明、楚雄、玉溪等地通過大范圍篩選樣地，開展松墨天牛為害指標調查、林木健康狀況評價和森林健康指數計算，最終采用回歸分析方法擬合出適合于滇中地區云南松天然林健康狀況評價的回歸模型為Y = 3. 717+0. 242Χ「0· 108Χ2_0· 077Χ3式中Y為森林健康指數，X1為誘集到的松墨天牛數量,X2為天牛產卵痕數,X3為天牛取食痕數；通過逐步回歸分析，得到適合于滇中地區云南松天然林健康狀況評價的優化模型為Y = 3. 531+0. 181Χ式中Y為森林健康指數，X為松墨天牛誘集數量。I.應用模型開展滇中地區云南松天然林健康評價
發明人于2009年6月在云南省玉溪市易門縣金竹箐地區應用模型選擇云南松天然林進行森林健康評價。在天然林內沿海拔梯度分別選取了三塊樣地開展森林健康評價， 每塊樣地大小為25. 8mX 25. 8m,面積為666m2,即為I畝。(I)松墨天牛為害指標調查分別在每塊樣地中懸掛誘捕器2個，以浙江省林科院和中國林科院亞林所共同研制生產的蛀干類害蟲引誘劑為誘芯，30天后，調查樣地誘捕器內松墨天牛的誘集數量，數量平均到每天；(2)健康指數計算和森林健康評價將松墨天牛誘集數量數據代入經修正優化的云南松天然林森林健康評價模型中，得到3塊樣地的森林健康狀況如下表
樣地號松墨天牛誘集數(只)森林健康評價模型森林健康指數FHI森林健康評價IOY=3.531+0.181X (X為松墨天牛誘集數量)3.53亞健康2I3.71亞健康364.62健康注森林健康指數FHI在4. 5 5之間為健康,3. 5 4. 4之間為亞健康,2. 5 3. 4之間為衰弱，2. 4以下為瀕死或枯死。為了驗證評價結果的可靠性，發明人按公式森林健康指數=(5 X健康木株數/總株數)+(4 X亞健康木株數/總株數)+(3 X 衰弱木株數/總株數)+ (2 X瀕死木株數/總株數)+ (2 X枯倒木株數/總株數)對上述3塊樣地內云南松林進行每木健康評價和健康指數計算，結果得到3塊樣地的森林健康指數分別為3. 50,3. 75,4. 61。與回歸模型計算結果相比較評價結果的準確率為99. 8%，證明本評價方法結果可靠。
權利要求
1.一種基于松墨天牛為害指標的松類林健康評價方法，其特征在于包括以下順序步驟(1)篩選樣地篩選多塊面積相同的松類林分樣地，對每一塊樣地按照下述步驟(2)和步驟(3)進行調查；(2)調查松墨天牛為害指標在每一塊樣地中，采用引誘劑誘集法、餌木誘集法或為害痕跡調查法中的一種或兩種以上方法來獲得松墨天牛為害指標；所述松墨天牛為害指標是指誘集到的松墨天牛數量，和/或餌木上松墨天牛的取食痕數、產卵痕數、羽化孔數，和/或林木樹干上的松墨天牛產卵痕數、羽化孔數；(3)調查松類林分健康指數在每一塊樣地中進行每木健康調查，將林木的健康狀況分為健康木、亞健康木、衰弱木、瀕死木和枯倒木5個等級；所述健康木是指針葉翠綠，枝條舒展，無枯梢，樹干無蛀干昆蟲產卵痕或刻槽的林木； 所述亞健康木是指針葉部分變黃，有枯梢，樹干無蛀干昆蟲產卵痕或刻槽的林木；所述衰弱木是指針葉大部分變黃，樹干有蛀干昆蟲產卵痕或刻槽的林木；所述瀕死木是指針葉萎蔫，樹干失水，樹木趨于死亡的林木；所述枯倒木是指針葉枯黃或掉落，呈干枯狀的林木；然后按下列公式計算樣地的松類林分健康指數松類林健康指數=(5 X健康木株數/總株數)+(4 X亞健康木株數/總株數)+(3 X 衰弱木株數/總株數)+ (2 X瀕死木株數/總株數)+ (I X枯倒木株數/總株數)；(4)建立松類林健康評價模型將全部樣地內獲得的松墨天牛為害指標和松類林健康指數通過統計學的相關和回歸分析，建立松墨天牛為害指標與松類林健康指數間的回歸模型；(5)松類林健康評價模型的應用調查待評價的松類林內的松墨天牛為害指標，將此松墨天牛為害指標代入步驟(4)建立的回歸模型中，計算出待評價的松類林健康指數，按下述標準評價該待評價的松類林的健康狀況待評價的松類林健康指數在4. 5 5之間的為健康林，待評價的松類林健康指數在3.5 4. 4之間的為亞健康林，待評價的松類林健康指數在2. 5 3. 4之間的為衰弱林，待評價的松類林健康指數在2. 4以下的為瀕死林或枯死林。
2.根據權利要求I所述的基于松墨天牛為害指標的松類林健康評價方法，其特征在于所述步驟(2)中的引誘劑誘集法包括以下步驟在林間郁閉度為O. 5左右的林地內選擇I. 8-2. 5m高度處懸掛誘捕器，以蛀干類害蟲引誘劑為誘芯，誘集松墨天牛，定期收集統計誘集到的松墨天牛數量；所述步驟(2)中的餌木誘集法包括以下步驟在林間選取針葉綠、無枯梢和枯枝、樹干直立且無蛀干害蟲攻擊痕跡的活立木，伐倒后堆放于林內作為餌木，吸引松墨天牛成蟲取食、產卵和定殖，定期對餌木進行解析調查，統計餌木上松墨天牛的取食痕數、產卵痕數和羽化孔數；所述步驟(2)中的為害痕跡調查法是指調查林間活立木和枯立木樹干上松墨天牛的產卵痕數和羽化孔數；上述取食痕數是指松墨天牛在樹皮上取食形成的不規則斑塊數，產卵痕數是指樹干上由松墨天牛雌蟲啃咬形成的橫向刻槽中心處由產卵器戳刺而成的針孔狀的產卵孔數，羽化孔數是指松墨天牛成蟲羽化時由樹干木質部中鉆出形成的直徑為Iem的規則圓孔數。
3.根據權利要求I或2所述的基于松墨天牛為害指標的松類林健康評價方法，其特征在于所述步驟(5)中的松類林健康評價模型為Y= AX1 ± BX2 ± CX3 ± DX4 ± E式中Y為松類林健康指數,X1為松墨天牛誘集數量,X2為松墨天牛取食痕數,X3為松墨天牛產卵痕數，X4為松墨天牛羽化孔數，A、B、C、D均為系數，E為常數。
4.根據權利要求I或2所述的基于松墨天牛為害指標的松類林健康評價方法，其特征在于所述步驟(I)中的松類林的樹種為云南松；所述步驟(5)中的松類林健康評價模型為Y= 3. 717+0. 242Xr0. 108X2_0. 077X3式中Y為松類林健康指數，X1為誘集到的松墨天牛數量，X2為天牛產卵痕數，X3為天牛取食痕數。
5.根據權利要求3所述的基于松墨天牛為害指標的松類林健康評價方法，其特征在于所述步驟(I)中的松類林的樹種為馬尾松或華山松。
全文摘要
一種基于松墨天牛為害指標的松類林健康評價方法，屬于森林保護、森林經營和森林生態系統健康領域，包括以下步驟(1)篩選樣地；(2)調查樣地內的松墨天牛為害指標；(3)調查樣地內的松類林分健康指數；(4)建立松墨天牛為害指標與松類林健康指數間的回歸模型；(5)松類林健康評價模型的應用。本發明確立了松類林分健康的量化指數，利用建立的回歸模型即可以方便快捷地評價相似林分的健康狀況，可操作性強，評價結果的準確度和可靠性較高。
文檔編號A01M1/02GK102577851SQ20121002373
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月3日 優先權日2012年2月3日
發明者劉娟, 楊子祥, 王健敏, 陳曉鳴 申請人:中國林業科學研究院資源昆蟲研究所