当前世界环境

介绍

众所周知，强风会改变森林生态系统、农林系统和人工林的结构和功能。强风事件的强度和频率可能会加剧森林的恶化。重要的是要了解这些干扰的物种和底物特异性效应。热带气旋的直接影响——落叶、断肢、折断树干和连根拔起树木——对热带森林有着深远的影响。^{1 - 4}这些灾难性的干扰造成了树冠间隙，这可能导致林下和树冠的森林小气候发生重大变化，^{5 - 9}以及复杂的植被和动物对新创造的光线、温度和湿度的反应。^{10 - 12}由此产生的环境条件的改变可以引发森林的其他变化。飓风破坏造成的碎片堆积加上干燥的天气;有火灾侵入森林的危险。¹³林隙导致的地表光强增加可以释放被抑制的先锋种/需要光的物种的幼苗，从而改变植物区系组成。⁴风暴强度、地形保护和扰动历史都可能影响气旋的破坏，而树木的某些功能特征也可能很重要。⁴严重的气旋会导致冠层树木大面积落叶、葡萄藤和附生植物被刮走、树冠茎断裂以及相关的树木倒下。^{3、4、8、14 - 17}气旋扰动也被证明会加速外来树种的入侵，导致本地物种的生物多样性下降。¹⁸

飓风改变了结构成分，包括剥离树枝上的叶子和树枝、根和茎的断裂。¹⁹减轻这些影响的因素包括植物的特性，比如木材的特性，^20.叶和叶柄;^{21 - 22日}根和扶壁，^{23 - 24日}森林地貌;^{25日- 27日}风事件本身的性质，²⁸以及资源的可用性。^{29 - 30日}

旋风对森林结构和生产的影响往往是物种特有的。^{月19日至20日,25日,28日,33节}物种的抗风能力(阻力)、抵消伤害的能力(耐受性)和从伤害中恢复的能力(恢复力)各不相同。任何一个分类单元都不可能表现出这三种特征(抗性、弹性、耐受性)。这是因为特定地点和栖息地的资源限制将迫使它们之间进行权衡。^3、19

强风事件，包括旋风、龙卷风、台风和雷暴骤雨，发生在全世界几乎所有的森林系统中。森林的组成、结构和功能受到这些事件的严重程度和频率的影响。虽然已经从加勒比、北美、南美森林系统和澳大利亚热带雨林收集了许多关于风的影响的资料，但是旧世界热带地区的数据仍然有限，特别是印度南部，即泰米尔纳德邦和本地治里的数据仍然有限(为了提供救济资金，已经编制了旋风对作物损害的经济回报的影响和经济前景中的一般损害)。然而，从泰米尔纳德邦和普杜切里的生态角度来看，关于破坏的科学数据几乎为零)。早先的飓风尼莎、杰尔和现在的塔纳飓风影响了泰米尔纳德邦和本地治里。目前还没有尼沙和杰尔飓风造成树种破坏的资料。因此，本研究产生的数据将成为进一步比较和预测气旋强度未来影响的基线数据。“塔恩”这个名字是气象记者简单地取的，以便更容易地联系到人们。由于飓风，Neyveli褐煤公司的电力生产受到影响，因为矿井被淹没。普杜切里与邻近的泰米尔纳德邦的维鲁布拉姆和库德洛尔地区隔绝。³⁴由于大风的影响，道路上的几棵树被刮倒了。在泰米尔纳德邦和普杜切里，没有关于飓风对树木死亡率和损害影响的公开资料。因此，本研究旨在评估强热带气旋“Thane”对印度普杜切里本地治里大学校园森林树种损害的影响。本研究还将解决以下问题:a)在红壤条件下，哪些树种适合在热带沿海地区附近种植人工林?b)木材密度是否能抵抗强风?

研究范围及描述

本地治里大学(12^°0.97´n 79^°51.33´E)，位于印度科罗曼德尔海岸普都切里镇以北10公里处(图1)。面积780英亩。气候类型为热带不对称型，东北季风(10 - 12月)降水最多，西南季风(6 - 9月)降水少且不稳定。近20年(1990-2010)年平均降雨量为1282毫米。旱季持续约六个月(1月至6月)，但在此期间也有夏季阵雨。年平均最高和最低气温为32.58^°C和24.51^°C是Puducherry。土壤呈红铁氧体，质地沙质，排水严重。历史上，本地治里大学780英亩的土地，在不同的部分，是由热带干燥的常绿灌木和棕榈稀树草原在校园的西部和南部，腰果种植园，水稻，和甘蔗和花生种植在东部。在过去的四分之一世纪里，这里的景观经过了建筑、道路、草坪和装饰的改造。校园地形多样，如森林、灌木丛、稀树草原、风景秀丽的大峡谷般的Cuddalore砂岩地层和红土帽，是植物物种高度多样性的原因。校园自然区域由热带干常绿林、干常绿灌丛、灌丛稀树草原和热带荆棘林组成。大学校园的植物群由Parthasarathy等人绘制。³⁵

强热带风暴“领主”

“塔恩”是2011年12月最后一周在孟加拉湾形成的一场非常强烈的气旋风暴。它在上午6点30分至7点30分之间穿过泰米尔纳德邦北部和普杜切里海岸^th2011年12月，风速120 -140公里/小时。³⁶联合台风警报中心(JTWC)于12月25日对该系统发出热带气旋形成警报，并于当天晚些时候将其指定为热带气旋06B，因为该系统中心附近的1分钟风速达到65公里/小时(40英里/小时)，相当于热带风暴。印度气象部门(IMD)也在12月25日报告说，当它位于印度金奈东南约1000公里处时，扰动已经组织充分，并被宣布为低气压BOB 05。12月26日早间，IMD报告称，低气压已增强为深度低气压，随后又增强为气旋风暴，并命名为“塔恩”。据JTWC报道，26日早些时候，塔恩已经达到了萨菲尔-辛普森飓风风速等级的一级飓风，1分钟持续风速为120公里/小时(75英里/小时)^th在微波图像上可以看到一个眼睛的特征。后来IMD证实了同样的情况，3分钟的持续风速为120公里/小时(75英里/小时)。28日，塔纳继续增强，形成了一个直径约20公里(10英里)的小针孔眼^th12月。JTWC报告称，塔恩在12月29日早些时候达到峰值，1分钟持续风速为150公里/小时(90英里/小时)。据IMD报道，该系统的峰值为一场非常严重的气旋风暴，持续3分钟的风速为140公里/小时(85英里/小时)。系统继续向西移动，并在开始与陆地相互作用时略有减弱，然后于12月30日在库德洛尔和本地治里之间的泰米尔纳德邦北部海岸登陆。登陆后，摩擦力使塔恩迅速减弱为低气压。^{36 - 37}根据JTWC的最佳路径数据，塔纳气旋是台风，将在台风1级(基于相关风速)。³⁸

受气旋风暴影响，海浪高达1.5米。这场气旋风暴给普杜切里造成了巨大的破坏。30日雨量达15厘米^th31上是10厘米^圣2011年12月。³⁶在Cuddalore和Puducherry港口悬挂了11号旗(根据IMD信息，港口官员表示严重气旋将越过海岸)。强风和暴雨破坏了房屋，连根拔起了树木。这次飓风是普都切里历史上最严重的一次。³⁴这是自20世纪50年代以来第一次高强度气旋袭击联邦领土。即使在普杜切里和库达洛尔，贫民窟地区渔民的茅草屋和木制框架也被完全摧毁。在私人椰子种植园和腰果种植园，有几棵树倒了下来。飓风对本地治里大学校园的破坏更为严重，几棵树被连根拔起，折断，电线杆受损，公交车站受损，清理校园内的道路也花了三天多的时间。

方法

在本研究中，整个大学校园被划分为三个子站点，即站点I(位于校园内沿海地带附近，即距离大学校园东部复合墙500米的区域)，站点III距离大学校园东部复合墙1公里，站点II位于站点I和站点III之间。

采用样方法，通过目测或记录本地治里大学校园内每个研究地点的连根拔起和最大断裂树枝和直立阶段来评估飓风对每棵树的影响。每个站点都铺设了大量10 m X 10 m的样方(site I-161样方;Site II-156个样方;站点III-93个样方)，并记录每棵树的状态，并测量胸围(数值转换为胸径)。

由于树木被旋风塔恩连根拔起，这是一个从主干收集木材的好机会。从连根拔起的树木中采集主干木片，测量绿体积，然后在105 °C±5 °C下烘箱干燥72小时，测量木片干重。为了确定木材比重，我们考虑了本地治里大学校园内以≥3.2 cm胸径为代表的树种。木材比重测定采用在主干处砍下的茎(2 ~ 8 cm长，8.9 ~ 29 cm直径)样品。根据ASTM标准规范，每个样品的体积是根据其在淹没时排水量来确定的。³⁸基本比重计算为烘箱干重除以体积。^40-41

采用单因素方差分析(One Way ANOVA)检验树种间木材比重差异是否显著。采用线性回归分析方法研究了木材比重与树木损伤的关系。

结果

“塔恩”气旋导致本地治里大学校园内1181棵(19.59%)树(>3.2 cm DBH)被连根拔起(表1)。在校园内分布的树种中，金合欢auriculiformis死亡率最高(27%被连根拔起)，其次是Tectona茅(18%)和小叶桉(11%)。在大学校园内，因塔纳飓风而折断的树木(部分树木被折断)为929棵(15.5%)。在六种优势树种中Azadirachta indica显示出较高的(28%)伤害率，由于折断(树枝掉落)，其次是Mangifera籼和Peltophorum pterocarpum．然而，优势物种，金合欢，金合欢和小叶桉在校园中，与其他物种相比，在断裂方面表现出更少的损害。林分毁损和落叶较少的树种占总数的58%以上臭椿excelsa和Anacardium occidentale。

在所有研究地点和整个校园汇总数据中，在9.7 - 22.3 cm DBH之间的大小类别中观察到的最大死亡(连根拔起)和折断(折断)树木数量(图2)。然而，气旋对所有大小类别的树种都造成了损害。塔纳气旋对不同大小类别树木的影响见图3a和3b。在金合欢auriculiformis在9.8 ~ 28.7 cm胸径范围内观察到最大的树木死亡(连根拔起)，而在6.5 ~ 25.5 cm胸径范围内观察到最大的折断(折断)。类似的趋势也发生在Tectona茅除III样地的其他物种死亡(连根拔起)外，其余样地均有其他物种死亡。然而，飓风的破坏仍在继续桉树树木在大小类别上没有表现出任何特定的趋势。

与站点II相比，站点I和站点III对所有树木的飓风破坏更大(图4)。站点I和站点III的飓风导致的死亡率都高于站点II，而站点I比其他研究站点更多地观察到折断(断裂)。上也观察到类似的趋势金合欢和桉树树种。然而,在Tectona茅和Azadirachta indica,site I的损伤程度大于site II。

本研究估算的木材比重范围为0.559 ~ 0.812 g/cm^3.(表3)。最大木材比重为Albizia odoratissima紧随其后的是印楝，印楝和金合欢auriculiformis。然而，最少的是Anacardium occidentale．单因素方差分析表明，本研究中各树种的木材比重存在显著差异(f值:5.27;P >0.001)。回归分析表明，图5中木材比重与树木的气旋破坏(连根拔起和折断)之间没有显著的关系。

讨论

灾难性风暴“塔纳旋风”带来的强风和强降雨导致泰米尔纳德邦普杜切里和库德洛尔地区的树木落叶、连根拔起和折断树枝，就像之前在其他地方进行的研究一样。^{1、2、15日,42}要么是直接的风害(风吹散或落叶)，要么是风的间接影响(大树和树枝损坏小树)。⁴³在本研究中，中型成树(6.5 ~ 22.3 cm DBH)因“塔纳”气旋的强风受损。科隆班加拉的大风也损坏了中等大小的树木。⁴⁴相比之下，德克萨斯州和波多黎各的森林中某些物种的直径较大的树木死亡率更高。^2、45在本地治里大学校园内，树木大小(胸径)并没有增加或减少对飓风“塔恩”破坏的抵抗力。同样，Curran等人也没有得出具体的关系。⁴⁶从“拉里”飓风中得出的马比森林树木的大小等级和破坏类别用于分析。这些结果是出乎意料的，因为几项研究发现，越大的树木遭受的风害更大，^47-50尽管这些发现并不普遍^20.树木的大小对牙买加的死亡率没有影响。^3.Everham and Brokaw⁴综述了许多关于风害森林植被的研究。他们认为，在所有研究中，树木大小和损害之间缺乏一致的趋势，这可能归因于诸如物种之间和物种内部关于树木高度(与风暴露更直接相关)和直径之间关系的变化，以及研究人员使用的不同的损害测量方法和不同的大小类别。此外，埃弗汉姆和布罗考⁴提出诸如冠大小之类的性状可以提供更准确的抗性估计。对常见马比林树种的初步研究表明，破坏与平均冠层展布之间存在一定的关系。⁴⁶目前的研究表明，与柚木和桉树相比，金合欢树的连根拔根量最大。这可能归因于高度和冠层铺展，因为金合欢树的高度比柚木高，冠层铺展也比桉树大。

受塔纳气旋影响，本地治里大学校园内20棵树(1181棵)被连根拔起。这一数值更大于飓风雨果过后波多黎各亚热带湿林地块的总体死亡率⁴⁸在牙买加的低山地雨林，为了应对飓风吉尔伯特，^51-52虽然它在灾难性风暴的范围内。⁴

本地治里大学校园内树木的死亡率(连根拔起)和破坏(折断)表明金合欢auriculiformis比其他物种对塔纳气旋的反应更多。其他研究也表明，在严重风暴期间，不同树种对死亡或破坏的易感性存在差异。^{14日,25日,42岁的53岁}这些差异可能与木材的特性有关^{2, 47}或者树形建筑。²⁵

木材密度似乎是抗旋风的基本特性。⁵⁴然而，在本研究中，木材密度在破坏(折断)和死亡率(连根拔起)之间没有显示出任何显著的关系。同样，在牙买加森林中，没有发现抗性和木材密度之间的关系，^3.夏威夷的森林,^20.也没有在飓风拉里之后穿过昆士兰州北部的各种森林类型。⁵⁰然而，木材密度和抗风能力之间的关系已经在许多森林类型和环境中被发现，包括:巴罗科罗拉多岛的热带潮湿森林，⁴⁷波多黎各的亚热带潮湿森林²以及昆士兰北部的热带雨林。⁵⁴梅特卡夫等人。⁵⁰根据他们的观察，一些木材密度不同的树种遭受的损害类型相似，而另一些木材密度相似的树种遭受的损害程度与其他同域物种不同。同样，在本研究中，闭合木密度的树种对Thane气旋的响应也不同。

叶片性状也可以在抗气旋的情况下决定损害程度。⁴⁶在本研究中，叶片性状也可能受到塔纳气旋对树木死亡(连根拔起)的影响大木桉，巨角桉和金合欢auriculiformis与其他树种相比。同样，叶片的大小(如面积、长度或宽度)和叶柄的长度可以通过改变在风暴中经历的阻力来影响落叶。²¹与叶片强度有关的性状可能也是如此。例如，比叶面积(SLA)(单侧面积除以干质量，⁵⁵55 Westoby 1998)是一个很好的、容易测量的叶片强度属性，因为它与叶片断裂力和叶片韧性(断裂力/叶片厚度)呈负相关。⁵⁶这决定了在抵抗旋风时的破坏程度。

热带气旋对森林的物理破坏可能在森林边缘或边缘比例较高的小碎片中最大。⁵⁷同样，森林与海岸带的距离也是决定气旋影响的一个重要特征。与站点II和站点III相比，站点I的树木受到塔纳气旋的破坏更大。各研究地点的破坏程度差异可归因于与海岸带的距离。然而，III样地的树木死亡率高于I和II样地，尽管该样地远离海岸带。这可能是由于单位面积的树木密度更高，而这些树木大多在开放空间中。研究地点1，由于大学校园复合墙降低了几米高的强风，死亡率较低。然而，研究地点I的折断(折断)树枝较多，因为地点I的部分树冠暴露在强旋风中。在研究场地II中，一些建筑物可能会降低风速或改变或改变风向。这可能是遗址II相对于遗址I和遗址III的损害较小的原因。严重热带气旋带来的高强度风力很可能超过了周围森林提供的适度风力保护。 Similarly, the results of the present study also indicate that the tree damage effects of cyclone are patchy at local scale of 0.05 km. The main effect of cyclone Larry at forests was to increase the spatial heterogeneity of forest structure at local scales.⁵⁷在局地尺度(0.5 ~ 1.0 km)上，气旋的影响具有高度的斑块性，导致森林结构的站点间变异增加，而在气旋之前存在的大型残余边缘-内部站点对之间显著的空间自相关性消失。⁵⁷

目前的研究表明，塔恩飓风造成了沿途树木的高落叶率，连根拔起，折断树干和树枝，特别是在印度普杜切里的本地治里大学校园。金合欢auriculiformis更容易受到塔恩飓风的影响Tectona茅。然而,Azadirachta indica和Mangifera籼我们对旋风的抵抗力更强。这可能是由于所有引进物种的根都不能深入到坚硬的红壤中。相反，根据Narasimhan和Oppili的报道，他们传播自己的根。⁵⁸

确认

我们感谢匿名审稿人对本文提出的宝贵意见和建议。我们也感谢Madurai Kamaraj大学语言学系A. Munian博士的语言更正。

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