三峡库区松材线虫病的景观生态学分析

摘要

松材线虫病是世界范围内的一种毁灭性极强的松树病虫害，已对全球森林生态系统和环境造成不可逆的破坏。自上世纪80年代进入我国后，导致我国松林资源和质量降低，景观格局遭到破坏、生态功能严重失衡，己成为我国最具危险性的检疫性森林有害生物之一。松材线虫病的寄主多，分布范围广，经过近四十年的治理，虽有一定效果，但仍没很好的方法控制松材线虫病扩散蔓延，己造成全国多省受到侵害。三峡库区是我国重要水利水电工程项目地，生态地位尤为重要，然而三峡库区马尾松林长期遭受松材线虫病等有害生物的侵害，松林资源和质量严重下降，对三峡库区的生态安全产生极大威胁。景观生态学是一门理论意义和实用意义较强的交叉学科，它的研究尺度介于个体、种群、群落、生态系统之上，研究尺度较大，涉及范围较广，是研究松材线虫病这种多元复合侵染病虫灾害的流行扩散的重要理论基础和技术手段。　　本研究以三峡库区宜昌市和重庆市为研究对象，利用景观生态学的知识和理论，将研究区的景观时空格局和松材线虫病的流行扩散进行关联分析，从土地利用规划和区域生态发展的角度，根据松材线虫病和松墨天牛生物学特性，将研究区的土地利用类型进行重新归类划分，从三个不同空间尺度进行研究分析。以区县为研究背景，研究不同景观类型空间格局与松材线虫病的关系，并对研究区现状进行风险评估;以地市为研究背景，研究松材线虫病与寄主斑块和人文景观斑块之间的关系，并基于主要因子对研究区进行现状分析;再从区域范围(省市间)研究松材线虫病与人为活动强度之间的关系，并基于主要因子对未来疫情进行风险预测，同时提出基于研究地的预防控制思路。并形成如下研究成果:　　1.以区县为研究对象，对宜昌市夷陵区进行专项研究分析。夷陵地区景观类型总面积和平均斑块面积最大的是其他林地景观类型，其中针叶林是林地景观类型中主要类型，面积最大;在夷陵地区，景观破碎化程度(Ci)最高的是水域景观类型;景观分离度(S)最大的是交通道路景观;景观优势度(Di)最高的是其他林地景观类型，其次是针叶林景观;利用景观牛态安全评价标准，基于媒介昆虫松墨天牛的飞行扩散能力，分析异质性斑块的相对安全性。由于交通道路景观是路网密度的主要因子，路网密度和松材线虫病疫情呈显著正相关，在阻碍松墨天牛飞行扩散能力方面，相对安全性从大到小的景观类型依次为水域景观、人文景观、其他林地景观、农业景观和交通道路景观。夷陵地区疫情总体趋势为中部生态风险值高，往边缘地区生态风险值趋向变小，这与夷陵的森林林地和马尾松林地覆盖密切相关;沿长江地区，生态风险值较高，这可能是因为靠近长江及其支流，人为活动强度较高进而引发的携带传播威胁:其次在三峡大坝周边，风险等级高。研究结果表明当邻近两个固定样区距离大于50km，邻近采样点或观测点和生态风险值不具备相关性;而在50km内则存在明显的线性相关性，即风险值越大。　　2.利用景观生态学的经典景观指数分析法，以地市级为研究对象，对宜昌市市辖区、宜都市、夷陵区和全区四个区域进行了景观格局分析，并从寄主斑块和人为活动斑块的格局分析了与松材线虫病疫情的关系。研究发现疫情的发生和扩散与寄主斑块的形状复杂程度呈正相关。而人为活动景观斑块属性值和松材线虫病疫情没有显著相关性。从区县和全市行政区两个不同空间尺度的研究结果表明，寄主马尾松林是影响松材线虫病发生的主要因子，其分布面积和形状复杂程度和疫情有显著正相关。人为活动被认为是影响松材线虫病的重要因子，然而人为活动区斑块属性却与疫情没有显著的相关性，这可能还要考虑人为活动强度等更进行为深入的研究。　　3.为研究人为活动强度对松材线虫病疫情的作用，因而选取区域为研究对象，研究松材线虫病疫情的发展和扩散与人为活动强度的关系。通过分析近十年的疫情数据和经济增长数据表明，三峡库区松材线虫病疫情形势依然严峻。宜昌地区人为活动强度相关因子分析结果表明，宜昌地区全市GDP、货运周转总量和通车公路路网密度呈现增长的趋势，且GDP和货运周转总量增幅明显;人口总数上，十年间变化不大。重庆地区和宜昌地区情况类似，全市GDP、货运周转总量和通车公路路网密度呈现增长的趋势，部分指标增幅更大。而松材线虫病疫情在此时期扩散趋势明显。通过因子分析表明路网密度和人口总数的变化能够反映松材线虫病发病率的情况，特别是和路网密度相关性较高。据此为基础，模拟未来十年松材线虫病在三峡库区发生趋势发现，宜昌市松材线虫病疫情发生的趋势较大，特别是随着路网密度和人口总数的上升，模拟值显示出直线上升的趋势;重庆市松材线虫病疫情总体趋势依然呈现上升的趋势，且增幅更大。　　4.廊道是景观中十分重要的组成元素，在不同时空和空间尺度研究中，廊道都是不可或缺的景观组分，能影响景观中生物种群变动。通过分析2006年直到2015年十年间，三峡库区的景观利用类型的变化及其转换关系，借助景观格局指数定量化描述数量变化，并基于此和疫情进行关联分析，三峡库区廊道主要包括水域景观廊道、人文景观廊道、农业景观廊道和草地景观廊道等。结果表明水域景观廊道的生态作用尤其突出，从水域廊道的景观格局变化可以看出，疫区增加和拔除的地区在总面积、总边缘长度变化方面有着截然相反的趋势;从农业景观边缘总长度变化看出，新疫区边缘总长度增加，拔除区边缘总长度减小。草地景观和人文景观廊道的各项指标变化趋势没有出现不一致现象，没有明显的差异，因此暂不能作为衡量疫情发生扩散与廊道效应的因子。　　5.基于以上研究结论，提出了研究区预防松材线虫病的策略和思路。对于遭受到松材线虫病疫情侵入的马尾松林斑块，在可操作原则下，从降低斑块形状指数方面着手，提高寄主林地斑块抵御松材线虫病能力。其次对于其他自然景观类型，如农业景观，也应在符合可操作原则下，降低斑块形状指数。结合路网密度对松材线虫病疫情的影响作用，在人文景观方面，可以发挥水域廊道等类型的作用，降低松材线虫病传播扩散可能。建议在跨区域位置，关卡和重点道路设置检查站，杜绝疫木及其制成品流窜。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．1．1松材线虫病及其发展

1．1．2影响松材线虫病的因素

1．1．3疫情的治理

1．1．4景观生态学及其发展

1．1．5景观生态学研究内容和方法

1．1．6景观生态学应用与森林保护

1．1．7景观安全格局及风险评价

1．1．8土地利用规划和生态安全

1．2研究目标和主要研究内容

1．2．1关键的科学问题与研究目标

1．2．2研究的主要内容

1．3研究技术路线

1．4课题来源

第二章景观异质性与松材线虫病的关系及生态风险分析

2．1研究地简介

2．2数据来源和处理

2．3研究方法

2．3．1异质性景观变化与松材线虫病

2．3．2基于景观类别对松材线虫相对阻碍力

2．3．3基于景观格局指数的分析

2．3．4数据分析方法

2．4结果与分析

2．4．1松材线虫病疫情和景观格局变化的关系

2．4．2基于景观格局指数的生境评价

2．4．3异质性景观类型对松材线虫的脆弱度评价

2．4．4生态风险总体特征评价

2．5小结

第三章景观空间格局和松材线虫病的相关性研究及插值分析-以市为例

3．1研究地概况

3．2数据来源和预处理

3．3分析方法

3．4结果与分析

3．4．1生境景观评价

3．4．2相关性分析

3．4．3基于主要因子的插值分析

3．5小结

第四章松材线虫病的扩张与人为活动强度的关系研究一

4．1研究地概况

4．2数据来源和方法

4．2．1数据来源

4．2．2分析方法

4．3结果和分析

4．3．1三峡库区松材线虫病扩张趋势

4．3．2人为活动强度变化及主成分分析

4．3．3松材线虫病的疫情预测

4．4分析讨论

第五章景观异质性对松材线虫病疫情扩散的影响一以廊

5．1材料和方法

5．1．1研究地概况

5．1．2研究方法

5．2数据来源与处理

5．3结果

5．3．1疫情空间格局变化

5．3．2廊道层面时空格局转换

5．3．3研究区景观层面格局变化

5．4分析

5．4．1廊道变化与松材线虫病

5．4．2研究区廊道景观变化与松材线虫病

5．5讨论

第六章基于景观安全格局的松材线虫防控策略

6．1区县空间尺度防控策略

6．2地市空间尺度防控策略

6．3区域空间尺度防控策略

6．4廊道屏障作用

第七章结论与讨论

7．1结论

7．2创新点

7．3讨论

7．4展望

参考文献

附录

在读期间学术研究

致谢