马尾松毛虫灾害是我国南方各省非常严重的一种森林虫害［1］，严重影响着森林林木的生长，也危害着林区居民的正常生活。影响马尾松毛虫灾害发生程度的因素很多，如马尾松毛虫的生物学特性［2］、气候因素［3－4］、森林景观结构［5］、生态系统的退化［6］、松林和松林节肢动物群落结构的多样性［7］等多方面，其中马尾松毛虫本身的生物学特性、气候等因素难以人为进行改变，但是人类可以调整群落结构、生物多样性、立地类型等生态环境因素，如果能确定影响马尾松毛虫灾害的关键生态环境因子，将能更有针对性、更有效地控制马尾松毛虫灾害。生态环境因素包含很多因子，各种因子对马尾松毛虫灾害的影响程度并不一样，而且很多因子之间存在一定相关性，如果不加以筛选和提炼，往往会增加分析问题的复杂性。本研究以湖南省长沙县松林生态系统为研究对象，采取主成分分析、逐步回归分析、偏相关分析等多元统计方法分析影响马尾松毛虫灾害的关键生态环境因子，将复杂的多个生态因子进行综合、降维和简化，为分析马尾松毛虫灾害与生态环境的关系提供新的途径和方法，试图能为防治马尾松毛虫灾害提供新的思路。 1研究区域概况与试验方法 1．1研究区域概况 长沙县位于湖南省东部偏北湘江下游东岸，为省会近郊，属湘中丘陵，27°55'～28°40'N、112°56'～113°36'E。长沙县林业用地面积9．08万hm2，有林地面积7．84万hm2，其中松林面积占总林分的79．5%。由于松林面积比重大，加上松林的林分组成结构较差，人类干扰严重，因此长沙县是马尾松毛虫的常灾县。 1．2试验方法 1．2．1生态环境因素调查 根据长沙县森林分布图、长沙县马尾松毛虫发生情况表，分别对马尾松毛虫灾害重度发生区、中度发生区、轻度发生区进行初步探查，将每种类型分成多个样地区域，然后查取随机数表随机抽取样点进行调查。本研究在虫灾重度发生区选取7个测点，16个样方;中度发生区选取7个测点，17个样方;轻度发生区选取7个测点，18个样方;共调查51个样方，每个样方面积为400m2(20m×20m)。详细调查每个样方的单株虫口密度、坡度、坡向、海拔、林分郁闭度、平均树高、平均胸径、冠幅、林分起源、林木组成、优势树种等因子。 1．2．2数据分析方法 1．2．2．1数据的量化 计算中因变量Y为单株虫口密度，自变量X项中包括坡度(X1)、坡向(X2)、海拔(X3)、林分郁闭度(X4)、平均树高(X5)、平均胸径(X6)、冠幅(X7)、林分起源(X8)、林木组成(X9)、优势树种(X10)。各质量指标均经数量化转换后输入，转换以各因子对马尾松毛虫发生程度的影响为依据，参照周国娜的量化方法［8］进行改进，各指标转换方式如下:坡度(X1):0～5°为平坡、6～15°为缓坡、16～25°为斜坡、26°以上为陡坡，分别以1、2、3、4表示。坡向(X2):坡向不同，林间的温湿度条件有明显的区别，从马尾松毛虫分布的密度看，一般阳坡高于阴坡［6］。所以阳坡、半阳坡、半阴坡、阴坡分别用1、2、3、4表示。海拔(X3)分4组:0～100m、101～200m、201～300m、301～400m，分别以1、2、3、4表示。林分郁闭度(X4)分4组:0．3～0．5、0．5～0．7、0．7～0.8、0．8～1，分别以1、2、3、4表示。林分起源(X8):人工林多属纯林，树种单一，杂灌木少，林分结构简单，马尾松毛虫危害较天然林严重。所以天然林、人工林分别用1、2表示。林木组成(X9)分4组:纯松林、松杉混交林、松阔混交林、阔叶林、松杉阔混交林，分别用1、2、3、4、5表示。优势树种(X10)分4组:马尾松树;松树、杉树;松树、阔叶树;阔叶树，分别用1、2、3、4表示。 1．2．2．2主成分分析法 根据主成分分析原理，利用SPSS17．0软件对10个变量、51个样本的数据进行处理，设置为基于特征值大于1的方式进行提取，并按最大方差法进行旋转，计算各因子的负荷量、特征值及贡献率，提取综合因子，分析不同因素对马尾松毛虫发生程度产生的影响。 1．2．2．3逐步回归分析方法 利用SPSS17．0软件，以单株虫口密度为因变量，X1～X10为自变量进行逐步回归分析，筛选出对马尾松毛虫发生程度影响较大的关键因子，得出回归方程。 1．2．2．4偏相关分析方法 采取偏相关分析方法，即固定其中9个自变量，分析因变量与另外1个自变量的相关性，分析马尾松毛虫发生程度与10个生态环境因子的关系。 2结果与分析 2．1主成分分析 通过对10个自变量进行主成分分析，得出表1、表2的结果。从表1、表2可以看出，按特征值r＞1的方式能提取3个主成分，它们能解释总方差的75．065%，基本上保留了原来指标的信息。旋转后3个主成分的贡献量分别为33．127%、28．239%、13．699%。 第1主成分对林分郁闭度、林木组成、优势树种、林分起源有绝对值较大负荷系数，它主要概括了林分相关情况的因子，因此可以命名为林分因子。马尾松毛虫群落结构与林分群落结构密切相关，随着林分群落结构条件的改变，森林生态环境的改善，马尾松毛虫群落结构也相应发生了显著的变化［9］。林分起源可分为天然林和人工林，研究区域的人工林多为松林纯林，林分结构简单，生物多样性低，天敌的制约力小，常易暴发大面积马尾松毛虫灾害。而天然林中生物多样性较高，能形成较复杂的生物网，生物之间的相互制约力较大，生态系统更稳定，增强了马尾松毛虫种群的自控潜能，故灾害程度较轻。 第2主成分对平均胸径、平均树高、冠幅有绝对值较大负荷系数，这些因素直接反映植物的长势，因此可以命名为树势因子。植物的树势情况越好，对病虫害的抵抗能力越强。#p#分页标题#e# 第3主成分对海拔、坡度、坡向有绝对值较大负荷系数，反映出林分的立地情况，可以命名为立地因子。海拔、坡向的不同，森林内的温度、湿度情况有明显区别，海拔的高度对马尾松毛虫的分布与发生有很大的影响。马尾松毛虫一般发生在海拔600m以下的地区，其猖獗地带就是海拔在200m以下的丘陵地区，此处常为大面积纯松林，一般生长差、林木稀疏、植被少，人畜活动频繁，干扰强度大，气温高而干燥，天敌少，有利于松毛虫大发生，是松毛虫经常发生的基地、虫源地。坡向直接影响到小生境的温度与湿度，以及阳性树种与阴性树种分布情况，所以也间接地影响马尾松毛虫发生情况。一般阳坡松毛虫发生高于阴坡，西坡高于东坡［9］，特别是虫源地和害虫初发期、征兆期更明显。坡向不同，马尾松毛虫完成2～3代的比例也存在差异，如2002年9月湖南省长沙县的调查，在南坡松林的松毛虫能完成2代生活史的幼虫为18.1%，而北坡只有0．45%，南坡为北坡的40倍，这显然与阳坡阳光充足、气温高、松毛虫发育快等原因有关。坡度的大小，可以加强或减弱坡向的影响，坡度小的区域(尤其是疏残林)能削弱坡向的影响，而坡度大的山地，能加强坡向的影响。另外坡度越大的山地小生境更复杂，生物多样性更丰富，不易发生严重的马尾松毛虫灾害。 2．2逐步回归分析 以单株虫口密度为因变量，X1～X10为自变量进行逐步回归分析，得出表3。通过逐步筛选、剔除不重要的因素，简化模型，最终确定林分郁闭度和林木组成2个因子为关键因子。得出回归方程为:Y=80．940－6．896X4－6．377X9;R=0.842，P=0．000。该回归模型达到极显著水平，具有较高的估计精度。 2．3偏相关分析 采取偏相关分析方法，分析马尾松毛虫发生程度(单株虫口数)与10个生态环境因子的关系得表4。从偏相关系数值可看出，对单株虫口数影响较大的因子依次为林分郁闭度、坡向、林木组成、坡度与冠幅。只有林分郁闭度与单株虫口数达到极显著相关(P=0．000)，其他因子与单株虫口数之间的关系不显著。 3结论与讨论 通过主成分分析，可提取林分因子、树势因子和立地因子3个综合因子，说明影响马尾松毛虫发生程度最重要的生态环境因素是林分因素，包括林分群落结构和林分起源;其次为树势因素，林木生长状况的好坏直接影响到植物的抵抗力和恢复力;再次为立地因素，不同的立地位置影响到气候调节及人类活动的大小，从而间接影响森林系统的生物多样性，影响马尾松毛虫灾害的发生程度。 通过逐步回归分析可知林分郁闭度和林木组成是影响单株虫口密度的最主要的2个生态环境因素。通过偏相关分析显示林分郁闭度与单株虫口数呈极显著相关。主成分分析中提取的3个主成分能反映所有变量的75.065%的信息，与一般要求的85%的比重偏低。分析时也尝试了使所提取的主成分的累积贡献率达85%以上，此时需要提取5个主成分，分别可命名为树势因子、立地因子、林分群落结构因子、坡度因子和林分起源因子，旋转后5个主成分的贡献量分别为26．261%、22．055%、17．909%、10.613%、10.515%，后2个主成分的特征值均小于1。主成分分析的结果与后面进行的逐步回归分析和偏相关分析的结果有些出入，故本试验最终还是选择按特征值大于1的原则进行主成分提取，提取为3个主成分。 总的来说，可以通过改善林分群落结构，特别是增加林分郁闭度来达到降低马尾松毛虫灾害发生程度。