经过50多年的引种栽培，日本落叶松(Larix kaempferi)因其生长快、适应性广、病虫害少等优势，在鄂西亚高山地区得到了快速推广和发展，成为该地区主要的造林树种。建始县是我国南方日本落叶松基地，全县日本落叶松人工林面积3万hm²，占全县人工林总面积的64%，有效地提高了当地森林面积和森林覆盖率，并促进了森林活立木蓄积的快速增长。

2008年1月以来，我国南方遭遇了历史上罕见的特大冰雪灾害，大部分主要造林树种受灾严重。日本落叶松人工林大多地处海拔1 200 m以上高寒地带，是湖北省受灾程度最严重的用材树种之一。建始县日本落叶松人工林受灾面积6 000 hm²，严重受灾面积2 100 hm²，受灾林木170多万株，折合蓄积14.5万m³。

林木冰雪灾害是严重的自然灾害之一，对林业生产和发展具有重大的破坏作用，不仅因木材质量和产量降低带来直接的经济损失，而且对森林生态系统、生物多样性、森林结构、林地生产力造成难以恢复的破坏，另外还会增加森林病虫害、森林火灾的潜在危险，将对森林生态系统的稳定造成进一步的损害(贺庆棠，2000；李秀芬等，2005)。研究林木冰雪灾害对于保护森林资源和指导林区的经营管理具有重要的意义。由于林木冰雪灾害的成因较为复杂，强烈依赖于气候条件、地形地势、林木生长状况和林分结构等多种因子间的互相作用，该方面目前还缺乏较为全面和系统的研究(李秀芬等，2004；2005)。本研究探讨了立地因子、林分结构特征和林木生长特性等因子对日本落叶松人工林雪灾程度的影响，以期为预防雪灾和提高雪灾抵御能力提供参考和借鉴。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区位于湖北恩施州建始县长岭岗、高岩子和肖家坪国营林场及其联合林场，该地处于云贵高原向东延伸部分，属亚高山地貌，海拔1 300~2 090 m，坡度10°~25°。气候为内陆性冷凉气候带高山多雨潮湿区，年均温7~8 ℃，最低温为－9.4 ℃，最高温为33.3 ℃，年降水量1 600~1 800 mm，全年相对湿度在80%以上，全年无霜期160 d左右，雨热同季。主要成土母岩为石灰岩、泥质岩及石英砂岩，成土岩质为坡积母质和残积母质，土壤为山地黄壤、黄棕壤，腐殖质层多在2.0~3.0 cm之间，土壤质地疏松，土层较厚，多在60 cm左右，土壤pH值5.2~6.5，呈酸性至微酸性反应，有机质含量较高。

1.2 调查方法 1.2.1 雪灾普查

将林木受灾情况分为断梢、折干、倾伏3个类型，以小班(面积0.5~22.3 hm²)为单位，调查统计各受灾类型的株数和面积，并核查海拔、坡度、坡位、坡向等立地因子，调查林木树高、胸径等生长因子，以及林龄、保留株数等经营因子，共计取得300块小班雪灾及相关因子调查数据(表 1)。

1.2.2 典型样地调查

在不同海拔、不同密度、不同林龄、不同受灾程度的林分中设置42块20 m×20 m典型样地，每木实测树高、胸径、冠幅等生长因子，统计样地林木株数和各受灾类型林木株数，在7块样地中抽查了部分倒伏木和未受损木的根系数量和侧根粗度。

1.3 分析方法 1.3.1 各受灾类型数据的换算

将各小班(样地)各类型受灾林木株数换算成比值：y_i=x_i/m，式中：i=1，2，3，分别代表断梢、折干、倾伏3个类型；x_i为各受灾类型株数；m为小班(样地)总株数；y_i为各类型受灾率。在方差分析中，对各类型受灾率进行反正弦变换： (北京林学院，1979)。

1.3.2 受灾程度的计算

参照国家林业局《雨雪冰冻灾害森林资源损失调查评估实施方案》，根据实际调查中不同受灾类型对林分的破坏程度，将各类型受灾率按不同分值换算成该小班受灾程度变量值：y₄=0.25y₁+0.5y₂+y₃, 式中：y₁、y₂、y₃、y₄分别为断梢率、雪折率、倾伏率和受灾程度。

1.3.3 统计分析方法

应用SAS9.0软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析 2.1 立地因子对林木受灾程度的影响 2.1.1 海拔对林木受灾程度的影响

为了分析不同海拔对雪灾程度的影响，首先在调查资料中剔除林分密度小于1 000株·hm^-2和大于2 000株·hm^-2的小班，以降低因林分密度对雪灾影响而产生的误差，再将林分密度在1 001~2 000株·hm^-2的276块小班调查材料，按100 m高度划分为1 700 m以下、1 701~1 800 m、1 801~1 900 m和1 900 m以上4个海拔等级，按海拔等级统计林木受灾情况。

方差分析结果(表 2)表明，不同海拔间断梢率、雪折率存在显著差异，倾伏率则存在极显著差异。在不同受灾类型中，断梢率只在海拔1 801~1 900 m和1 900 m以上2个海拔级之间差异显著(图 1)，雪折率在海拔1 801~1 900 m与其他海拔范围差异显著，而倾伏率则在海拔1 800 m上下区域之间存在显著差异。在海拔1 900 m以下，随着海拔的升高，林木的断梢、雪折和倾伏灾害逐级加重，但海拔超过1 900 m时，林木受灾类型主要表现为倾伏，断梢和雪折灾害的比例较小。

从以上分析可以看出，林分的受灾程度随着海拔的升高而加剧，海拔与受灾程度关系紧密。但以海拔1 800 m为区分线，上下区域间存在显著差异，海拔1 800 m以上的受灾程度明显较严重，是海拔1 800 m以下的2倍。这一结果与日本落叶松在该地区的适生特性相一致。

2.1.2 坡向对林木受灾程度的影响

根据42块典型样地的调查数据，按表 3进行坡向分类，分别对不同坡向和不同坡向类别的雪灾程度进行方差分析，结果(图 2)表明，不同坡向的雪灾程度具有显著差异(P=0.011 4)，东坡受灾程度最为严重，西南坡受灾程度最轻，两者相差6倍之多；而不同坡向类型之间的雪灾程度差异极为显著(P=0.000 7)，半阴半阳坡最为严重，与阳坡和阴坡存在显著差异，阳坡的受灾程度略重于阴坡，但两者差异不显著。

2.2 林分结构特征与受灾程度的关系

人工纯林的林分结构比较单一，但不同的林龄和不同的林分密度管理，林木个体的生长发育状况和形态结构存在一定差异，从而直接或间接地影响到林分的整体质量和抵御风雪灾害的能力。海拔1 600~1 800 m是日本落叶松的最适宜和主要栽培区域，该区域海拔因子对雪灾程度的影响不显著，利用该区域163个小班调查资料进行林分结构特征与受灾程度的相关分析。

2.2.1 林龄、密度与林木受灾程度的相关分析

对林龄、密度(保留株数)、高径比(树高与胸径比值)和受灾程度进行简单相关和偏相关分析(余家林，1993)(表 4)。结果显示密度与高径比、受灾程度为极显著正相关，林龄与受灾程度为极显著负相关，林龄与高径比、高径比与受灾程度间相关均不显著。林木受灾程度主要受林龄和林分密度的影响，随林龄的增长而降低，但随林分密度的增大而增大。

2.2.2 林龄、密度对林木受灾程度的影响

为了进一步分析不同林龄和不同林分密度对雪灾的影响程度，在海拔1 600~1 800 m范围内将林龄按5年分为10~15年、16~20年、21~25年、26~30年4个林龄级，将密度按500株·hm^-2分为1 000株·hm^-2以下、1 001~1 500株·hm^-2、1 501~2 000株·hm^-2和2 000株·hm^-2以上4个密度级，对受灾程度进行林龄和密度双因素方差分析(表 5)。结果表明，不同林龄级和不同密度级间受灾程度均存在极显著差异，林龄和林分密度对林木受灾程度均有极显著影响，两者的交互作用对受灾程度的影响也极为显著。

多重比较(表 6)表明，在中幼林期(10~15年)，由于林木高生长较快，树干木材强度较差，林木抵御雪灾能力较弱，受灾程度较为严重，但随着林龄的增长，林木高生长比直径生长衰退较快，且木材强度随之增加，受灾程度也随之减轻，特别到了成熟林(26~30年)，受灾程度相当轻微。

从表 6可以看出，适宜的林分密度(1 500株·hm^-2左右)能增强林木对积雪的共同负荷，且林内风速较小，林木较为稳定，比密度1 000株·hm^-2以下的林分具有更强的抵御雪灾的能力。但随密度的增加，高径比相应增大(张更新，1997)，当林分密度过大(2 000株·hm^-2以上)，林木胸径和树高失去均衡生长，林木纤细高长而重心偏高，加之林木受灾时的多米诺骨牌效应，林分的受灾程度特别严重，其平均值达到0.725 5，是密度1 500株·hm^-2以下林分的近3倍。

2.2.3 不同林龄中不同密度林木受灾程度比较

将不同林龄级中密度在1 000~2 000株·hm^-2范围内的小班进一步按200株分成5级，以比较不同林龄中不同密度对雪灾程度的影响。经过多重比较，林龄16~20年密度1 400~1 600株·hm^-2和1 200~1 400株·hm^-2、林龄21~25年密度1 200~1 400株·hm^-2和1 400~1 600株·hm^-2、林龄26~30年密度1 000~1 200株·hm^-2的5类林分受灾程度较轻，受灾程度平均值均小于0.1，与其他林龄和密度林分的受灾程度存在显著差异。而10~15年的林分中不同密度的林木受灾程度均较严重(图 3)。

2.3 林木特征与受灾程度的关系

林木个体的形态特征和生长状态，包括树冠特性、高径比(尖削度)、茎干强度、根系特征、健康状况等，都显著影响着林木对风雪灾害的敏感程度。

2.3.1 高径比对林木受灾程度的影响

选择雪折和倾伏较均衡的样地，分别单株计算包括未受损林木在内的高径比，按未受损、雪折和倾伏3个类型进行方差分析。由于断梢林木树高测量误差较大，该类型未纳入分析。

方差分析结果P=0.011 8，倾伏、雪折和未受损3类型林木高径比存在显著差异。多重比较(表 7)显示倾伏木的高径比最大，雪折木次之，未受损木最小，倾伏木与未受损木间有显著差异，高径比小的林木具有较强的抵御雪灾能力，特别是抗倒伏的能力较强。

2.3.2 根系对林木受灾程度的影响

日本落叶松属浅根性树种，主根不发达，而侧根粗度和长度明显超过主根，是主要的根土盘固力和树体支撑力。在根系的调查资料中，分别按样地求算林木侧根的平均粗度，将大于平均粗度的侧根作为受力的主要侧根，按倒伏木和未倒伏木分单株统计数量，并计算其平均粗度。

未倒伏木主要侧根平均数量为4.4根，而倒伏木则为3.0根，仅为未倒伏木的68%。方差分析结果(表 8)显示两者之间存在显著差异，样地间差异不显著。倒伏木主要侧根的平均粗度为11.3 cm，未倒伏木主要侧根的平均粗度为13.0 cm，方差分析结果显示两者之间存在极显著差异，样地间存在显著差异。

在同一年龄同一胸径的条件下，分别选取倒伏木和直立木进行根系生物量测定，分析结果(图 4)表明，根平均干质量随着年龄的增加而增加，而根干质量占总生物量的比例随着林龄的增加有逐渐递减的趋势。但在同一年龄中，倒伏木的根平均干质量和根生物量占总生物量的比重均要小于未倒伏木，进一步说明了根系发达的林木具有更强的抗倒伏能力。

从以上分析结果可以看出，主要侧根的数量和粗度对林木倾伏灾害具有显著影响，数量较多、平均粗度较粗的林木的抗倒伏能力明显较强。主要侧根的数量和粗度不仅能丰富林木根系的分级，增加根系的长度、深度和根幅，而且能提高根系分布的均匀度，从而加大根系的固土力和对树体的支撑力，更能保证树体均衡受力并提高其稳固性。

3 结论与讨论

本文研究结果表明：1)海拔和坡向对日本落叶松人工林雪灾受害程度具有极显著影响，以海拔1 800 m为区分线，上下区域雪灾程度存在显著差异，高海拔区域受灾程度是低海拔区域的2倍。在不同坡向和不同坡向类型中，东坡受灾程度最为严重，而半阴半阳坡>阳坡>阴坡。2)林龄和林分密度对雪灾程度具有极显著影响，林分抵御雪灾的能力随着林龄的增长而增强，25年生以上的林分的受灾程度明显较轻；林分密度2 000株·hm^-2以下的林木受灾程度差异不显著，但密度超过2 000株·hm^-2的林分受灾程度极为严重，是密度1 000株·hm^-2以下林分的近3倍。3)倾伏木与未受损木间有显著差异，高径比小的林木具有较强的抗倒伏能力；主要侧根的数量、粗度，以及根系的生物量，对林木倾伏灾害具有显著影响，数量较多、平均粗度较粗、根系生物量较大的林木的抗倒伏能力明显较强。

森林雪灾是在极端天气下由积雪的机械作用造成的气象灾害，是气象条件、立地因子、林分特征及其共同作用的结果，而天气条件是引起森林雪灾的最直接因素，降雪量、降雪类型、温度、风速等气象因子与林木的受灾程度存在十分密切的关系(Solantic et al.，1980；Solantic，1994)，但气象资料的缺乏和天气条件的复杂多变，以及各因子间复杂的内在关系及其相互影响(李秀芬等，2005)，使得森林雪灾研究还存在诸多难点，还有待探索更系统科学的研究方法。

地形条件显著地影响着林木的受灾类型和程度，但不同研究者得出的结论并不完全一致。Dobbertin (2002)认为坡度越大林木受灾程度越严重，坡度在8°~35°之间更容易发生森林雪灾，而坡向的影响尚不能确定；Zhu等(2006)认为雪折从南坡到东南到西坡到西北逐渐增大，但在本调查研究中，不同坡向的林木受灾程度以半阴半阳坡最为严重，其中东坡林木的受灾程度显著超过其他坡向，而坡度和坡位对日本落叶松人工林雪灾程度的影响不明确，山脊、沟谷及坡下平缓地带均有严重受灾情况发生，可能与亚高山地区的特殊气象条件、复杂的地形条件和山谷风槽等因素有关，尚需作进一步分析。李秀芬等(2004)、Zhu等(2006)在对辽东山区天然次生林雪风灾害成因分析指出，林木受害程度与林分密度呈线性负相关，其研究对象的密度范围在1 500株·hm^-2以下，这与本研究中密度2 000株·hm^-2以下林分受灾程度的趋势一致；但Peltola等(1997)认为在密度较大的林分中生长的树木由于其尖削度小更容易遭到风雪灾害的破坏，这一结论与本研究密度超过2 000株·hm^-2的林分的受灾情况一致。如果在更大密度范围内研究，随着林分密度的增大，林木形态结构受到不良影响，林木受灾程度总体趋于严重，而保持林木胸径和树高均衡生长的合理密度的林分具有较强抵御风雪灾害的能力。Dobbertin(2002)认为胸径越大，树高越高，越容易受灾，但大部分研究发现树木直径增加将明显地减少风害，并且认为尖削度可能是影响树木抗风能力最重要的因子之一(李秀芬等，2004；Dobbertin，2002；Wilson et al.，2001；Peltola et al., 1997；Nykänen et al.，1997)。

森林雪灾除与天气和立地条件有关外，还与林分的造林措施和经营管理状况密不可分，可通过改变这些可控因子加强人工林抵抗风雪灾害的能力。适地适树不仅是人工造林的基本法则，同样也是预防雪灾最有效的基本措施。日本落叶松人工用材林更适于在海拔1 800 m以下的亚高山区发展。在林分不同的生长阶段控制适宜的林分密度，保持林木个体的均衡生长，能有效提高林分抵御雪灾的能力。根据洪信谱等(1995)的研究，长岭岗林场日本落叶松胸径总平均生长量较大的年龄在9~16年，速生期大约在4~l2年。由此，可在8~10年生时进行第1次间伐，以后再过3~5年进行第2、第3次间伐，间伐强度15%左右，15年时保留株数约1 500株·hm^-2，林分郁闭度保持在0.7左右(潘志刚，1994)，到林分成熟时保留株数约1 000株·hm^-2。中幼龄林可不进行疏伐或仅作卫生伐，但初植密度较大的林分宜早行疏伐，避免因密度过大影响林木胸径生长。间伐强度不宜过大，每次间伐下降的疏密度应小于0.2，力求保持林木分布均匀，间伐方式应以择伐为主，且应以纤细林木为主要择伐对象(贺庆棠，2000)。间伐方式不宜作块状或行间间伐，避免因风的穿透增加边缘林木的风雪荷载，削弱林分的稳定性(李秀芬等，2005)。除了加强密度管理外，注重选育胸径生长量较大的品系，在生产中应推广容器育苗和无性繁殖技术，从苗木着手改善根系发育，促进林木根系发达，均能有效提高林木抵御雪灾的能力。