当前的世界环境

简介

众所周知，大风会改变森林生态系统、农林业系统和种植园的结构和功能。强风事件的强度和频率可能加剧森林的恶化。了解这些扰动的种类和底物特异性效应是重要的。热带气旋的直接影响- -落叶、断肢、折断树干和连根拔起树木- -对热带森林产生深远影响。^{1 - 4}这些灾难性的干扰造成了树冠间隙，这可能导致林下层和树冠层的森林小气候发生重大变化，^{5 - 9}以及复杂的植被和动物群对新创造的光线、温度和湿度的反应。^{10 - 12}由此产生的环境条件的改变会引发森林的其他变化。气旋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林冠间隙导致林地光照强度增加，可释放先锋种/光需求种受抑制的幼苗，从而改变区系组成。⁴风暴强度、地形保护和扰动历史都可能影响气旋损害，而树木的某些功能特征也可能很重要。⁴严重的气旋导致冠层树木大面积落叶，藤蔓和附生植物被刮走，伴随而来的是冠干断裂和相关的树木倒下。^{3、4、8、14 - 17}气旋扰动也被证明加速外来树种的入侵，导致本地物种的生物多样性下降。¹⁸

气旋改变了植物的结构成分，包括树叶从树枝上脱落，枝、根和茎断裂。¹⁹减轻这些影响的因素包括植物属性，如木材的属性，^20.叶和叶柄，^{21 - 22日}树根和扶壁，^{23 - 24日}森林层面的地貌，^{25日- 27日}风事件本身的特性，²⁸以及资源可用性。^{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(抵抗)、抵消伤害的影响(容忍)和从伤害中恢复(恢复力)的能力可能各不相同。任何一个分类单元都不太可能全部表现出这三个特征(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，包括气旋、龙卷风、台风和雷暴下暴，几乎发生在世界各地的所有森林系统中。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。虽然已从加勒比、北美、南美洲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，但关于旧世界热带地区的资料仍然有限，特别是关于南印度，即泰米尔纳德邦和本迪治里的资料(从经济回报和经济前景的一般损害角度来看，气旋对作物损害的影响已产生，以便提供救济基金。然而，关于泰米尔纳德邦和普杜切里邦生态破坏的科学数据几乎为零)。早期的气旋是妮莎、贾奥和现在的塔纳气旋已经影响了泰米尔纳德邦和本地治里。现时并无有关妮莎及嘉尔气旋对树种造成损害的公开资料。因此，本研究所得的数据可作为进一步比较和预测气旋强度未来影响的基线数据。“塞恩”这个名字是气象记者简单地取的，以便人们能更容易地接触到它。由于内韦利褐煤公司的矿井被淹没，由于烷旋风，电力生产受到影响。普杜切里被切断了与泰米尔纳德邦邻近的Villupuram和Cuddalore地区的联系。³⁴由于大风的影响，几棵树倒在了马路上。泰米尔纳德邦和普杜切里邦没有关于气旋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破坏的影响。本研究还将解决以下问题:a)在红壤条件下，哪种树种适合在热带沿海地区种植?b)木材密度是否能抵抗强风?

研究区域及描述

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Puducherry镇以北10公里(图1)。占地780英亩。气候为热带不对称型，东北季风(10 - 12月)降水最多，西南季风(6 - 9月)降水偏少且不均匀。过去20年(1990-2010年)的年平均降雨量为1282毫米。旱季大约持续6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代表Puducherry。土壤呈红铁质，质地呈沙质，排水严重。历史上，本迪治里大学780英亩的土地，在不同的部分，是由热带干燥的常绿灌木，棕榈稀树草原在校园的西部和南部，腰果种植园，水稻，甘蔗和花生种植在东部。在过去的四分之一个世纪里，这里的景观被建筑、道路、草坪和装饰物所改变。校园内各种各样的地形，如森林、灌木丛、稀树草原、风景如画的大峡谷般的Cuddalore砂岩层和红土帽，是植物物种多样性的重要原因。校园自然区由热带干常绿森林、干常绿灌丛、灌丛稀树草原和热带刺林组成。大学校园的植物群由Parthasarathy等人绘制。³⁵

强热带风暴“领主”

“塔纳”是2011年12月上周在孟加拉湾形成的一个非常严重的气旋风暴。它在30分钟的06.30 - 07.30小时内穿过了泰米尔纳德邦北部和普杜切里海岸，介于普杜切里和Cuddalore之间^th2011年12月，风速120 -140公里/小时。³⁶联合台风警告中心(JTWC)在12月25日发布了热带气旋形成警报，并在当天晚些时候指定为热带气旋06B，因为中心附近1分钟的风速达到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，这次扰动的组织程度足以被宣布为BOB 05型低压，而它位于印度金奈东南约1000公里处。12月26日早些时候，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，并被命名为“塔那”。JTWC报告称，在26日早些时候，塔纳已经变成了萨菲尔-辛普森飓风级别的一级飓风，1分钟持续风速为120公里/小时(75英里/小时)^th12月，微波图像上可以看到眼睛的特征。随后，IMD证实了同样的情况，3分钟持续风速为120公里/小时(75英里/小时)。塔纳继续加强，并在28日形成了一个约20公里(10英里)的小针孔眼^th12月。JTWC报告称，塔纳在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，该系统的峰值是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)。台风继续向西移动，并在12月30日开始与陆地相互作用时轻微减弱，随后在泰米尔纳德邦北部海岸Cuddalore和本地治里之间的边界登陆。在它登陆后，摩擦力使塔纳迅速减弱成一个洼地。^{36 - 37}根据JTWC的最佳跟踪数据，Thane气旋是台风，将属于1级台风(根据相关风速)。³⁸

由于气旋风暴，海浪高达1.5米。普杜切里在热带风暴中造成了广泛的破坏。30日降雨量为15厘米^th31号是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成本的危险信号)。狂风暴雨毁坏了房屋，连根拔起树木。这次飓风是普杜切里历史上最严重的一次。³⁴第一次高强度的气旋袭击联邦领土是在20世纪50年代。甚至在Puducherry和Cuddalore，渔民的茅草屋和贫民窟的木架也被完全摧毁。在私人椰子种植园和腰果种植园，有几棵树倒下了。飓风对本地治里大学校园的破坏更为严重，几棵树被连根拔起并折断，电线杆受损，公交车站受损，清理校园道路花费了三天多的时间。

方法

就目前的研究而言，整个大学校园被分为三个子地点，即第I点(位于校园内的海岸地带附近，即距离大学校园东围墙500米的地方)、第III点距离大学校园东围墙1公里，而第II点位于第I点和第III点之间。

在本地治里大学校园的每个研究地点，通过可视化估计或记录连根拔起和最大的断枝和站立阶段，评估旋风对每棵树的影响，采用样方法。在每个场地铺设了大量10米× 10米的样方(I-161场地样方;Site II-156样方;Site III-93样方)，并记录每棵树的状态，并测量胸围(值转换为胸围直径(DBH))。

由于这些树被塞恩飓风连根拔起，这是一个从主干上收集木材的好机会。从连根拔起的树木中采集主干木材，测量其生绿体积，然后用105 â℃±5 â℃的烘箱干燥72小时，测量干重。为了确定木材比重，考虑了本地治里大学校园中个体胸径≥3.2 cm的树种。木材比重的测定采用树干(长2-8厘米，直径8.9-29厘米)在主干上切割的样本。根据ASTM标准规范，每个样品的体积由淹没时置换的水的体积决定。³⁸基本比重用烘箱干重除以体积计算。^40-41

采用单因素方差分析(One Way ANOVA)检验不同树种间木材比重是否存在显著差异。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

本迪治里大学校园共有1181棵(19.59%)树(直径为3.2厘米)因塔恩气旋而被连根拔起(表1)。在校园内分布的树木品种中，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%)。在大学校园里，有929棵(15.5%)因塔那气旋而折断的树木(部分树木被折断)。在六种优势树种中Azadirachta indica显示了更高的(28%)的伤害率，由于折断(树枝掉落)紧随其后Mangifera籼而且Peltophorum pterocarpum．然而，优势物种，金合欢，大金合欢而且小叶桉与其他物种相比，在断枝方面表现出较小的损害。受轻微破坏及落叶的树种占总数目的58%以上臭椿excelsa而且Anacardium occidentale。

在所有研究地点及整个校园收集的数据中，观察到直径在9.7 - 22.3厘米之间的树木死亡(连根拔起)和折断(折断)的最高数目(图2)。然而，气旋对所有大小类别的树种都造成了损害。图3a和3b显示了Thane旋风对不同大小类别树木的影响。在金合欢auriculiformis在所有研究地点，直径在9.8 - 28.7 cm之间的树的死亡率(连根拔起)最高，而直径在6.5 - 25.5 cm之间的树的死亡率(折断)最高。类似的趋势发生在Tectona茅除第III点的其他物种死亡率(连根拔起)外，其余各研究地点的其他物种均有下降。然而，旋风的破坏就在上面桉树树木在大小分类上没有表现出任何特定的趋势。

与地点II相比，地点I和地点III对所有树木的损害都更大(图4)。气旋在地点I和地点III造成的死亡率都高于地点II，而在地点I观察到的折断(折断)比其他研究地点更多。也观察到类似的趋势金合欢而且桉树树种。然而,在Tectona茅而且Azadirachta indica,观察到I部位比II部位损伤更大。

本研究估计的木材比重为0.559至0.812克/厘米^3.(表3)。木材比重最大值在Albizia odoratissima紧随其后的是翼果木香，印楝而且金合欢auriculiformis。然而，最少的是Anacardium occidentale．单因素方差分析表明，本研究中不同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，在图5中，木材比重与树木的气旋损伤(连根拔起和折断)之间没有显著关系。

讨论

灾难性风暴“塔那气旋”的强风和高降雨造成了普杜切里和泰米尔纳德邦Cuddalore地区树木的落叶、连根拔起和折断，就像其他地方早期的研究所做的那样。^{1、2、15日,42}要么是直接的风损害(风吹或落叶)，要么是风的间接影响(大树和树枝损害小树)。⁴³在本研究中，由于坦气旋的强风，中等大小的成树(6.5 - 22.3 cm DBH)受到了破坏。科隆班加拉的大风也破坏了类似的中等大小的树木。⁴⁴相比之下，在德克萨斯州和波多黎各的森林中，某些树种的直径较大的树木死亡率较高。^2、45树的大小(DBH)并没有增加或降低本迪治里大学校园内树木对气旋塔那破坏的抵抗力。同样，Curran等人也没有得到具体的关系。⁴⁶当用于分析的树木大小等级和损害类别时，从马比森林树木中的气旋拉里。这些结果是出乎意料的，因为几项研究发现，较大的树遭受的风损害更大，^47-50尽管这样的发现并不普遍^20.在牙买加，树的大小并不影响死亡率。^3.埃弗汉姆和布罗考⁴回顾了许多关于风对森林植被损害的研究。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，可能是由于物种之间和物种内部关于树高(与风暴露更直接相关)和直径之间关系的差异，以及研究人员使用的不同的损害测量方法和不同的尺寸级别。此外，埃弗汉姆和布罗考⁴提出象树冠大小这样的性状可以更准确地估计抗性。对马比常见林种的初步研究表明，林冠平均扩张与损害程度存在一定的关系。⁴⁶目前的研究表明，与柚木和桉树相比，金合欢树的连根拔起最多。这可能归因于高度和冠层扩张，因为金合欢树比柚木更高，冠层扩张比桉树更大。

在本地治里大学校园，20棵(1181棵)树木被塔那气旋连根拔起。在飓风“雨果”之后，波多黎各亚热带湿润森林的小块地的总死亡率较低⁴⁸在牙买加的低山雨林中，吉尔伯特飓风的影响，^51-52尽管它在灾难性风暴的范围内。⁴

本迪治里大学校园的树木死亡率(连根拔起)和损伤(折断)表明，个体的价值更大金合欢auriculiformis对塞恩气旋的响应明显高于其他物种。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敏感度不同。^{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}或者树结构。²⁵

木材密度似乎是气旋阻力的基本特征。⁵⁴然而，在本研究中，木材密度没有显示出损害(破坏)和死亡率(连根拔起)之间的任何显著关系。同样，在牙买加森林中也没有发现阻力和木材密度之间的关系，^3.夏威夷的森林,^20.在气旋拉里之后，昆士兰北部的各种森林类型也没有发生变化。⁵⁰然而，在许多森林类型和环境中发现了木材密度和风阻力之间的关系，包括:巴罗科罗拉多岛的热带湿润森林，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他们根据观察得出的结论是，一些具有不同木材密度的树种经历了类似类型的损害，而其他具有相似木材密度的树种则相对于其他同类型的树种经历了不同程度的损害。同样，在本研究中，密木密度不同的树种对Thane cyclone的响应也不同。

叶片性状也可以决定在气旋阻力的背景下的损害程度。⁴⁶在本研究中，叶性状也可能是由Thane气旋对树木死亡率(连根拔起)的影响引起的巨木树，桉树而且金合欢auriculiformis与其他树种相比。同样，叶的大小(如面积、长度或宽度)和叶柄的长度可以通过改变风暴期间所经历的阻力来影响落叶。²¹与叶子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这决定了气旋抵抗期间的破坏程度。

热带气旋的物理破坏可能在森林边缘或边缘比例高的小碎片中最为严重。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。塔恩气旋对I区树木的破坏较II区和III区大。研究地点之间的破坏差异可归因于与海岸带的距离。然而，地点III的树木死亡率高于地点I和地点II，尽管该地点远离海岸带。这可能是由于单位面积的树木密度更大，而大部分是在开放的空间。研究现场一，通过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的树枝折断(折断)较多，因为研究地点I的部分树冠暴露在强气旋风中。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比遗址I和遗址III受损更小的原因。严重热带气旋带来的高强度风很可能会盖过周围森林提供的适度防风作用。 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0.5-1.0 km的局地尺度上，气旋的影响具有高度的斑块性，导致森林结构在站点间的变异增加，而在气旋之前就存在的大量残余的边缘-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，塔那气旋造成了很高的落叶率，将沿途树木的茎和树枝连根拔起并折断，尤其是在印度普杜切里的本地治里大学校园。金合欢auriculiformis更容易受到塞恩气旋的影响，其次是Tectona茅。然而,Azadirachta indica而且Mangifera籼对烷旋风的阻力更大。这可能是由于所有外来物种的根系都没有深入坚硬的红色土壤。相反，就像Narasimhan和Oppili所报道的那样，他们将自己的根传播开来。⁵⁸

确认

我们感谢匿名审稿人对稿件提出的宝贵意见和建议。我们还要感谢马杜赖·卡马拉吉大学语言学系A. Munian博士对语言的纠正。

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