生态系统健康理论及其评价——松树萎蔫病适应性评价及其发生的空间分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 张志诚 |
| 答辩日期 | 2004-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 孙江华 |
| 关键词 | 生态系统健康 松材线虫 松墨天牛 松树萎蔫病 中心化趋势 扩散 格局 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 人口增多、能源短缺、环境污染、生物多样性锐减、土地退化等是人类目前所面临的主要问题. 全球监测的数据分析也显示：在地球上主要的生态系统类型正在或已经出现和经历着明显的系统结构和功能的退化. 对不同类型生态系统结构和功能等状况的有效的监测是遏制当前这种趋势的有效方法的第一步. 鉴于此, 这就需要对生态系统在生态系统水平, 景观水平和生物圈水平等不同尺度上进行生态系统健康和生态系统管理的研究. 生态系统健康评价是生态系统管理的基础. 生态系统健康的研究是当前国际上生态学研究领域内的一个热点. 生态系统健康是一个应用性的生态学研究领域，对具体问题的深入研究是生态系统健康研究和发展的生命所在. 对具体的生态学问题的深入探讨是推动生态系统健康研究发展的根本. 本论文是生态系统健康研究与具体实际的生态学问题相结合的一个典范，是生态系统健康理论与方法在具体问题上的一个定量化的尝试. 基于生态学理论以及生态系统健康的理论与方法，论文主要是以典型胁迫作为生态系统健康的状态变化的诱导因子，以中国典型的危害最为严重的外来有害生物松材线虫---------［Bursaphelenchus xylophilius Steiner &Buhrer, 1934, Nickle , 1970 (=B. Lignicolus & Kiyohara) ］作为典型胁迫的主要因子，结合其所产生的生物学效应及其产生的生态学效应，来研究典型胁迫下的生态系统健康问题.主要结论如下： 一 生态系统健康理论与其研究方法探讨 1, 面对地球上主要的生态系统类型正在或已经出现和经历着明显的系统结构和功能的退化，对不同类型生态系统结构和功能等状况的有效的监测是遏制当前这种趋势的有效方法的第一步. 在这一点上，生态系统健康评价研究是可以做出巨大贡献的. 生态系统健康已被在国家层面和社会各个阶层受到重视. 生态系统健康已经成为一个社会发展的目标.生态系统健康评价研究能为环境管理提供一个目标，为生态系统的状态评估提供一个尺度，为决策者、大众以及专业人士之间的交流提供一个“平台”. 2, “健康”的生态系统是一个没有生态胁迫综合症Ecosystem Distress Syndrome (EDS)的生态系统. 通常可以用活力(Vigor)（包括初级生产力、养分循环等生态系统基本功能的正常维持）；组织性(Structure)（包括R 选择种和K 选择种的比率、长寿命物种和短寿命物种的比率、外来物种和本地物种的比率、互利的程度、本地物种存在的状况、及生物多样性等）；恢复力(Capacity resilience)（即生态系统的“弹性”,可保持系统的内稳定性的能力）等定性的指标来描述和衡量. 对于中尺度生态系统健康纵向上的定量化“健康”评价研究的主要瓶颈在于找到“健康”生态系统的标准. 这种标准需要考虑多种生态学过程和格局的变化，以及需要综合考虑多种生态学效应的影响. 这种“健康”的生态系统的标准是在的纵向上的时间尺度上的生态系统“健康”评价的难点.它需要有长的时间序列上的生态系统监测的在面上和点上的数据累计. 3, 生态系统健康是一个应用性的生态学研究领域，对具体问题的深入研究是生态系统健康研究和发展的生命所在. 对具体的生态学问题的深入探讨是推动生态系统健康研究发展的根本. 胁迫作为干扰的一种主要形式，是与生态系统的消长变化紧密相连的.对生态系统健康的研究选择从生态系统受到的典型的主要胁迫因素入手是一种定量化的尝试，因为胁迫是作为一种与生态系统发展紧密相关的干扰，它与生态系统状态和行为息息相关.研究胁迫的状态动态变化和胁迫响应的变化，通过对胁迫和胁迫响应之间的这种数学上的逻辑关系探索，来对生态系统健康的状态动态变化进行分析和尝试性评价研究. 二 基于松材线虫为典型胁迫下的生态系统健康适应性评价 1, 松材线虫（Pine wood nematode, Bursaphelenchus xylophilus (Steiner & Buhrer ,1934)Nickle,1970）,在中国被认为是最具有破坏性的，和有威胁性的外来入侵生物种. 松材线虫潜在性的区域扩散不论是从环境保护的角度还是从经济损失的角度都会对森林生态系统健康的服务功能和美学价值产生很大的影响. 在中国存在着很多的松材线虫容易感染的寄主植物，在这其中， 日本黑松（Pinus thunbergii Parl.）和马尾松 (Pinus massoniana Lamb.) 已经被证明是最容易感染的, 损失最为严重的树种. 西黄松（Pinus ponderosa Douglas ex Lawson& C. Lawson 1836），日本赤松 (Pinus densiflora Sieb.et Zucc)，黄山松（台湾五针松）(Pinustaiwanensis Hayata.) 等的感染性也很高.2, 在中国的辽宁部分地区， 河北，山西， 陕西，甘肃和新疆在理论上都适合于松材线虫的发育和繁殖. 年均温度大于9.5 ℃的区域包括辽宁的部分地区，河北， 新疆，以及山东，江苏，安徽，浙江，湖北，湖南，福建，广东，广西，贵州，四川，台湾和云南部分地区. 发生极为严重的区域为15℃等温线以南的区域，包括当前发生严重的安徽省部分地区，江苏省部分地区， 浙江省，广东省以及香港和台湾. 在理论上华南地区为松材线虫发育，繁殖和发生的最为严重的地区. 3, 媒介昆虫松墨天牛（又称松褐天牛）（Monochamus alternatus Hope），是松材线虫病在中国传播的主要媒介昆虫. 这种天牛主要分布在河北及河北南部以下的大部分中国省份.因为这种媒介昆虫的大范围存在使得松材线虫病在中国更大区域的传播和扩散成为极大的可能. 4, 在中国大部分地区，温度等气候要素不是松材线虫病向更大范围扩散和传播的限制因素.在中国的广东省大部，广西省大部，福建部分地区在理论上存在着松树萎蔫病严重发生的所有条件：适合的气候条件（温度和积温）；大面积分布的寄主树木，特别是感病性很强的马尾松纯林；一年发生两代到三代的媒介昆虫松墨天牛；以及发育可以很迅速的病原线虫，本地区应该是松树萎蔫病在理论上发生最为严重的地区. 在这个区域以上（以北）的地区，包括安徽，浙江，江苏，上海，湖北，湖南，贵州，四川，河南，山东部分地区等，理论上是松树萎蔫病发生的适宜区， 其中安徽，江苏，浙江等地区为当前报道的松树萎蔫病得发生非常严重区域， 这一部分地区目前应当是松树萎蔫病重点监测和林木制品运输重点检疫的区域. 在适宜区以上的北部和西部地区，松树萎蔫病发生和流行的几率不是很大，因为病原线虫生长发育和繁殖的限制，有限的寄主树木和潜在寄主树木的分布，以及有限的病原线虫媒介昆虫的存在，这三个方面限制着松树萎蔫病在本地区的大范围流行和扩散. 虽然在西部的部分地区有适合病原线虫发育的温度范围存在(新疆部分地区)，但松树萎蔫病的发生的几率应该是很小的. 但是严格的区域间检疫和监测以及科学的森林管理对这些地区来说还是非常有必要的. 三，松材线虫病在安徽侵染的历史及其发生的气候分布研究 1, 安徽省是当前国内松树萎蔫病发生危害面积比较严重的省份之一. 松材线虫病在安徽省的发生有比较长的历史. 从1988 年的三个发病疫情点到2002 年十几个县区的严重发生，对安徽省森林资源产生了严重的危害和不可估量的损失. 1988 年, 在嘉山县管店国营林场发生的松材线虫萎蔫病是第一个报道在安徽省发现松材线虫的地方. 在当时, 日本黑松大面积的死亡, 是被认为最为感病的树种. 在其后的几年中, 大面积的马尾松也受到松材线虫的侵染. 总结松材线虫病在安徽发生的历史及其在安徽发生的空间分布表明:马尾松纯林或黑松纯林或马尾松和黑松混交林地有极大的几率被松材线虫感染. 大的国营林场由于经营等问题, 是松材线虫病发生侵染和扩散的主要区域. 2, 安徽省松材线虫病的发生主要发生在年均温在15℃到15.5℃，干燥度为0.9-1.0, 年降水量为在1000 毫米等降水线和1400 毫米等降水线之间，7 月份平均温度为28℃-29℃，日平均气温大于0℃积温发生的区域主要集中在5500℃到5700℃，日平均气温大于10℃积温发生的区域主要集中在4900℃到5000℃的区域的范围内，在此区域内有比较大的侵染和扩散的危害. 四安徽省滁州 & 马鞍山地区松树枯萎病发生的地学分析滁州地区和马鞍山地区为多年以来安徽省松树萎蔫病长期严重发生的区域. 通过对滁州地区和马鞍山地区植被分布特点，松树萎蔫病发生的分布特点，以及结合松树萎蔫病发生的空间信息，对松树萎蔫病发生空间关联关系，松树萎蔫病发病林型点分布中心化趋势和扩散模式以及主要森林类型林型几何重心分布格局等进行了研究. 分析得出： 1, 在安徽省滁州 & 马鞍山地区松树萎蔫病的发病率从0.18%到46%不等. 严重发病的区域主要集中在明光县管店林业总厂及其相邻的鲁山林厂和老嘉山林场等地区，发病率都在40—46%；其次发病严重的地区为马鞍山地区的横山林场及其附近的薛津镇等. 在安徽滁州地区和马鞍山地区松树萎蔫病的发病有良好的生境条件, 滁州和马鞍山地区的植被分布有集聚分布的特点. 通过对主要植被类型和松材线虫病发生率的空间信息进行了基于空间网格为单元的空间相关分析，空间相关系数R=29.60%. 2, 松树萎蔫病的发生与地理要素关系密切，滁州和马鞍山地区平均海拔较低，多为平原低地. 地形坡向也对松树萎蔫病的发生有较大的贡献，通过对格网分辨率相同的grid 格式的坡向空间数据和发病率的空间数据的空间相关分析，得出其空间相关系数为26.60%. 3, 松树萎蔫病对侵染的树龄也有一定的选择性，在安徽省滁州地区和马鞍山地区松材线虫侵染的松树的林龄分布有比较明显的规律：在24-30 年生的松树发病枯萎所长的比率比较大，其中林龄为23-24 年左右的林型发病所占的份额为最大. 4, 松树萎蔫病的发生会对植被指数产生较大的影响，整体上，植被指数与发病有一定的空间相关，与发病寄主树木的林龄，死亡寄主的数量等也有一定的空间关联. 通过对发病区内的植被指数的空间信息与松树萎蔫病的发病率的空间信息的空间相关的分析，得出植被指数与发病率的空间相关关系为20.29%, 与萎蔫死亡的树木数量的空间相关为18.5%，与发病的林龄的空间相关为21.19%. 5, 在安徽省滁州地区和马鞍山地区，松树萎蔫病发病林型点分布中心化趋势和扩散模式的研究上，使用标准化离均差椭球参数（Standard Deviational Ellipse）比标准化距(StandDistance)对松树萎蔫病发病点扩散趋势有更好的表达效果. 松树萎蔫病发生的标准化离均差椭球参数角度参数值为62.37 度. 研究结果显示，松树萎蔫病发生的扩散和发展的方向为西北方向（Northwest）和东南方向(Southeast). 6, 松树萎蔫病是有一定强度的传染性的线虫病害, 松树萎蔫病在滁州地区和马鞍山地区的发生有高度的空间自相关性，发病的Moran’I 的空间自相关指数高达74.85%(0.05 水平的检验)，Z score 检验的值>1.96, 可以说在95%的置信间内推断在安徽滁州和马鞍山地区1316 个以林型为发病单元的发病点的分布格局为高度聚集型，同时也证明，松树萎蔫病在安徽滁州和马鞍山地区的发生具有一定强度的传染性. 在可以预见的一段时期内，松树萎蔫病将会在本地区继续存在. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-12-16 |
| 页码 | 142 |
| 源URL | [http://192.168.22.105/handle/311030/424]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张志诚. 生态系统健康理论及其评价——松树萎蔫病适应性评价及其发生的空间分析[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院研究生院. 2004. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。