張 恒 王 軒 張 鑫 于宏洲 周 梅 王玉霞

( 1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特，010018；2. 東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大，已成為21世紀(jì)全球生態(tài)安全的最大威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1998年全球年均發(fā)生森林火災(zāi)次數(shù)達(dá)20多萬起，燒毀森林面積約占全世界森林總面積的百分之一以上[1]。我國是森林火災(zāi)較為嚴(yán)重的國家之一，林火給我國森林資源帶來巨大的損害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1952—2008年全國共發(fā)生森林火災(zāi)76.65萬次，年均受害森林面積77.82萬hm2[2]，林火在破壞生態(tài)環(huán)境的同時(shí)也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為更好的防范林火的發(fā)生，并合理地利用森林資源，對特定區(qū)域進(jìn)行火險(xiǎn)區(qū)劃具有重要的意義。

森林火險(xiǎn)等級評價(jià)及火險(xiǎn)區(qū)劃研究是森林防火策略制定的主要依據(jù)[3]。各國都非常重視森林火險(xiǎn)區(qū)劃，并根據(jù)各地的林火和自然環(huán)境特點(diǎn)提出了不同的規(guī)劃方法[4]，近年來，研究成果較多的國家主要有澳大利亞、美國和加拿大等。20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)科學(xué)家梅列蕾夫?qū)⑹澜鐒澐譃?個(gè)火災(zāi)帶[5]；加拿大于1968年提出以建模形式研究森林火險(xiǎn)，構(gòu)建了加拿大森林火災(zāi)天氣指標(biāo)系統(tǒng)[6]；80年代末，應(yīng)用遙感和地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)手段開辟了火險(xiǎn)區(qū)劃的新方法[7]。我國的森林火險(xiǎn)區(qū)劃工作始于20世紀(jì)50年代中期[8]，根據(jù)森林燃燒環(huán)和數(shù)理化理論，以縣為單元?jiǎng)澐至?個(gè)火險(xiǎn)等級[9]；80年代以后，我國的學(xué)者對森林火險(xiǎn)區(qū)劃方法展開了大量的研究工作。例如，楊美和等[10]利用1950—1994年吉林省森林火災(zāi)次數(shù)進(jìn)行周期性分析，研究表明吉林省年度森林火災(zāi)次數(shù)存在17a周期；高兆蔚[11]指出省級森林防火區(qū)劃應(yīng)主要依據(jù)緯度地帶性引起水熱條件差異和經(jīng)度地帶性的地段類型組合引起干濕條件差異。Chuvieco等[6]利用遙感和地理信息系統(tǒng)的理論與方法研究森林火險(xiǎn)；張恒等[12]運(yùn)用聚類分析法對內(nèi)蒙古巴林右旗森林火險(xiǎn)情況區(qū)劃及火險(xiǎn)等級進(jìn)行了研究，為該地區(qū)的森林火險(xiǎn)管理提供重要依據(jù)。

掌握內(nèi)蒙古赤峰市火險(xiǎn)等級及火災(zāi)危險(xiǎn)性是對赤峰市森林火災(zāi)預(yù)報(bào)、監(jiān)測的基礎(chǔ)。本研究以內(nèi)蒙古赤峰市為調(diào)查區(qū)域，研究赤峰市森林火險(xiǎn)等級及火險(xiǎn)區(qū)劃，旨在為當(dāng)?shù)氐牧只鸸芾砗头阑鹳Y源配備提供參考，并采取更有針對性的防范措施。

1 研究區(qū)概況

赤峰市是內(nèi)蒙古自治區(qū)下轄地級市，位于內(nèi)蒙古東南部，地處北緯 41°17′10″～45°24′15″，東經(jīng) 116°21′07″～120°58′52″[13]，蒙冀遼三省區(qū)接壤處，區(qū)域國土面積為90275 hm2。該市年平均氣溫為0～7 ℃，最冷月平均氣溫為-10 ℃，最熱月平均氣溫在20～24 ℃。而年降水量分布受地形影響明顯，呈300～500 mm不等。赤峰市森林資源總量不足，人均綠地率低，天然森林植被主要分布于北部大興安嶺山地及南部的努魯爾虎-七老圖山脈，且以天然次生林為主。該地區(qū)內(nèi)含國家級自然保護(hù)區(qū)10處，全市森林面積約為2.61×106hm2，森林覆蓋率30.83%，活立木總蓄積約為4.9×107m3。

2 研究方法

2.1 森林火險(xiǎn)等級評價(jià)方法

根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)草原局提供的內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市7個(gè)旗、2個(gè)縣、2個(gè)區(qū)、1個(gè)鎮(zhèn)的原始森林火險(xiǎn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法計(jì)算出森林火險(xiǎn)因子權(quán)值之和并計(jì)算出3項(xiàng)綜合得分值，計(jì)算方法分別見式（1）～（4）。

式中：YGM表示有林地、灌木林地和未成林造林地面積之和；TGM表示有林地、灌木林地和未成林造林地面積之和與該地區(qū)總面積之比

火險(xiǎn)因子權(quán)值可由各項(xiàng)火險(xiǎn)因子的實(shí)際數(shù)值對照森林火險(xiǎn)因子權(quán)重表（表1）獲取，進(jìn)而計(jì)算出火險(xiǎn)因子權(quán)值之和及3項(xiàng)綜合得分。最后參照《全國森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級》LY/T 1063—2008中的火險(xiǎn)等級閾值表（表2），評價(jià)各個(gè)旗縣的森林火險(xiǎn)等級。

2.2 火災(zāi)危險(xiǎn)性評估方法

本研究采用聚類分析法對赤峰市森林火災(zāi)進(jìn)行危險(xiǎn)性評估，聚類分析是對于一類數(shù)據(jù)中多個(gè)變量相似性歸類的統(tǒng)計(jì)方法[14]。本研究使用的是系統(tǒng)聚類法，在研究的統(tǒng)計(jì)總體中，各樣品之間存在著程度不同的相似性，開始時(shí)每個(gè)樣本自成一類，然后將每次最相似的兩類進(jìn)行合并，合并成為新的一類后再計(jì)算與其他樣本的相似性，再次進(jìn)行合并分類[15]。本研究中選取2個(gè)火險(xiǎn)因子做變量，通過這2個(gè)火險(xiǎn)因子聚類得出各個(gè)因子之間的差距，并將差距較小的地區(qū)歸為一類，直至分類完畢。

表1 森林火險(xiǎn)因子權(quán)重表Table 1 Weight of forest fire risk factor

表2 火險(xiǎn)等級閾值表Table 2 Threshold of fire danger rating

2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Origin軟件進(jìn)行繪圖，聚類分析采用SPSS軟件進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林火險(xiǎn)等級評價(jià)

3.1.1 火險(xiǎn)因子分析

1）樹種燃燒類別。根據(jù)赤峰市12個(gè)旗縣樹種類型的調(diào)查，各旗縣的樹種類型為樟子松（Pinus sylvestrisvar.mongolica）、油松（Pinus tabuliformis）、落葉松 (Larix gmelinii)、蒙古櫟(Quercus mongolica)、白樺(Betula platyphylla)等。該地樹種大部分是易燃樹種，并且這些樹種在當(dāng)?shù)厮急壤?5%，根據(jù)全國森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，樹種燃燒類型以優(yōu)勢樹種燃燒的難易程度作為劃分依據(jù)，因此將該地樹種的燃燒類別均劃為可燃類。

2）人口密度狀況。人口密度的多少直接影響森林火災(zāi)發(fā)生率的大小。對赤峰市防火部門提供的人口土地面積原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到赤峰市各旗縣人口密度狀況，見圖1。

圖1 赤峰市各旗縣人口密度狀況Fig. 1 The population density of each banner and county in Chifeng

由圖1可知，紅山區(qū)、元寶山和寧城縣人口密度較高分別為1.50、1.50、1.42人/hm2，又因人為因素對森林火災(zāi)發(fā)生概率影響較大，所以紅山區(qū)、元寶山和寧城縣的森林火險(xiǎn)最高?？咂?、敖漢旗、松山區(qū)人口密度相對較低，分別是0.90、0.71、0.90人/hm2，對森林火災(zāi)發(fā)生概率影響相對較低，因此上述3個(gè)地區(qū)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)相對較低。而克什克騰旗、巴林右旗、巴林左旗、阿魯科爾沁旗、翁牛特旗和林西縣人口密度都極低，分別為0.12、0.18、0.45、0.30、0.40、0.62 人/hm2，使得該地區(qū)的人為因素影響最小，致使這2個(gè)地區(qū)森林火險(xiǎn)最低。

3）氣象因子狀況。赤峰市氣象因子數(shù)據(jù)詳見圖 2～4。

圖2 赤峰市各旗縣防火期月平均風(fēng)速Fig. 2 The average monthly wind speed during fire prevention period in each banner and county of Chifeng

圖3 赤峰市各旗縣防火期月平均降水量Fig. 3 The average monthly precipitation during fire prevention period in each banner and county of Chifeng

從風(fēng)速因子來看，阿魯科爾沁旗、巴林右旗、林西縣、克什克騰旗、翁牛特旗、寧城縣敖漢旗、紅山區(qū)、元寶山和松山區(qū)的平均風(fēng)速較高，對火災(zāi)的影響最大，巴林左旗和喀喇沁旗的平均風(fēng)速最低，分別為2.05、2.20 m/s，表明對火災(zāi)的影響最小。從降水量方面看，克什克騰旗的火災(zāi)危險(xiǎn)性較小，為40.05 mm。而阿魯科爾沁旗、巴林左旗、巴林右旗、林西縣、翁牛特旗、喀喇沁旗、寧城縣、敖漢旗、紅山區(qū)、元寶山和松山區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性最大。從氣溫方面來看，巴林左旗、林西縣平均氣溫較高，為10.19、9.40 ℃，火災(zāi)危險(xiǎn)性較高。綜合3項(xiàng)氣象因子的數(shù)據(jù)，巴林左旗和林西縣的森林火災(zāi)危險(xiǎn)性較高，而喀喇沁旗、寧城縣、松山區(qū)的森林火災(zāi)危險(xiǎn)性較低，其他地區(qū)的森林火災(zāi)危險(xiǎn)性中等。

圖4 赤峰市各旗縣防火期月平均降氣溫Fig. 4 The average monthly temperature drop during the fire prevention period in each banner and county of Chifeng

4）路網(wǎng)密度狀況。路網(wǎng)密度高，人為因素影響較強(qiáng)，火災(zāi)發(fā)生的幾率較大。赤峰市各旗縣路網(wǎng)密度狀況見圖5。

圖5 赤峰市各旗縣路網(wǎng)密度狀況Fig. 5 The road network density of each banner and county of Chifeng

由圖5可知，阿魯科爾沁旗、喀喇沁旗、元寶山的路網(wǎng)密度高，分別為1.60、2.40、2.40 m/hm2，其火災(zāi)危險(xiǎn)性最高；翁牛特旗、紅山區(qū)、林西縣、敖漢旗、松山區(qū)、巴林左旗、巴林右旗、克什克騰旗和寧城縣的路網(wǎng)密度很低，分別為0、0、0.02、0.06、0.08、1.50、1.56、1.25、1.30 m/hm2，因此其火災(zāi)危險(xiǎn)性最低。

3.1.2 綜合得分值分析

通過對赤峰市12個(gè)旗縣森林火險(xiǎn)因子數(shù)據(jù)的分析，并參照森林火險(xiǎn)因子權(quán)重表，確定各個(gè)旗縣6個(gè)火險(xiǎn)因子的權(quán)值及權(quán)值之和，見表3。

表3 森林火險(xiǎn)因子權(quán)值之和Table 3 The sum of the weights of forest fire risk factors

根據(jù)火險(xiǎn)因子權(quán)值之和結(jié)合赤峰市防火單位提供的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得出各旗縣3項(xiàng)綜合得分值，具體見圖6。

圖6 赤峰市各旗縣3項(xiàng)綜合得分值Fig. 6 Three comprehensive scores of each banner and county in Chifeng

由圖6可知，敖漢旗與克什克騰旗第1項(xiàng)綜合得分值最高，紅山區(qū)最低，致使這項(xiàng)綜合得分值有差異是因?yàn)楦髌炜h灌木林地、未成林造林地和有林地面積之和不同。第2項(xiàng)綜合得分值最高的是克什克騰旗，最低的是紅山區(qū)，這項(xiàng)綜合得分值的差異主要體現(xiàn)在各旗縣的活立木蓄積量不同。第3項(xiàng)綜合得分值最高的是紅山區(qū)，最低的是阿魯科爾沁旗和克什克騰旗，這項(xiàng)綜合得分值差異的主要原因是各旗縣的人口密度、灌木林地、未成林造林地和林地面積之和不同而導(dǎo)致的。各個(gè)旗縣的林木蓄積量、火險(xiǎn)因子數(shù)據(jù)的不同使得每個(gè)旗縣的森林火險(xiǎn)等級有所差異。

3.1.3 森林火險(xiǎn)等級

根據(jù)上述綜合得分值結(jié)果對照中國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全國森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級》（LY/T 1063—2008）最終進(jìn)行火險(xiǎn)等級劃分，取3項(xiàng)綜合得分值中火險(xiǎn)等級最高一級作為各旗縣最終森林火險(xiǎn)等級，結(jié)果見表4?；痣U(xiǎn)等級Ⅰ級表示森林火災(zāi)危險(xiǎn)性大，森林可燃物極易燃燒，火勢極易蔓延。火險(xiǎn)等級Ⅱ級表示森林火災(zāi)危險(xiǎn)性中等，森林可燃物較易燃燒，火勢較易蔓延。

根據(jù)3項(xiàng)綜合得分值，對照表2中的標(biāo)準(zhǔn)分值，取其中對應(yīng)值高的火險(xiǎn)等級作為該地區(qū)的森林火險(xiǎn)等級。如果該地區(qū)內(nèi)有國家級風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)和森林公園，經(jīng)國家森林防火行政主管部門審批后，其火險(xiǎn)等級可提高1級。

表4 赤峰市火險(xiǎn)等級評價(jià)Table 4 Fire danger rating in Chifeng

赤峰市火險(xiǎn)等級評價(jià)結(jié)果見圖7。由圖7可知，巴林右旗、克什克騰旗、喀喇沁旗、寧城縣、敖漢旗和紅山區(qū)的森林火險(xiǎn)等級是Ⅰ級，其森林火災(zāi)危險(xiǎn)性很高，巴林左旗、寧城縣、翁牛特旗、阿魯科爾沁旗、松山區(qū)和元寶山的森林火險(xiǎn)等級為Ⅱ級，其森林火災(zāi)危險(xiǎn)性中等。

圖7 赤峰市各旗縣火險(xiǎn)等級Fig. 7 Fire danger rating in each banner and county of Chifeng

3.2 森林火災(zāi)危險(xiǎn)性分析

運(yùn)用聚類分析法對內(nèi)蒙古赤峰市森林火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行分析。以原始火險(xiǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取權(quán)值之和與活立木總蓄積量2項(xiàng)火險(xiǎn)因子進(jìn)行聚類，通過分析不同火險(xiǎn)因子之間的差異距離，逐漸將差異小的地區(qū)劃分為一類，以此類推最終將所有地區(qū)劃分為差距明顯的類別，最后進(jìn)行類別分析。聚合系數(shù)隨分類數(shù)變化曲線見圖8。由圖8可知，當(dāng)分類數(shù)為4時(shí)，能滿足聚類的要求。因此該區(qū)域火災(zāi)危險(xiǎn)性劃分為4類[16]，具體結(jié)果見圖9。由圖9可知，紅山區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性最高為聚類1，阿魯科爾沁旗的火災(zāi)危險(xiǎn)性較高為聚類2，巴林左旗、元寶山、寧城縣、喀喇沁旗、敖漢旗、林西縣的火災(zāi)危險(xiǎn)性中等為聚類3，而其他地區(qū)森林火災(zāi)危險(xiǎn)性較低為聚類4。

圖8 聚合系數(shù)隨分類數(shù)變化曲線Fig. 8 Variation of polymerization coefficient with classification number

圖9 聚類分析圖Fig. 9 Cluster analysis diagram

對各地區(qū)原始火險(xiǎn)數(shù)據(jù)和區(qū)域狀況進(jìn)行分析可得：聚類1和聚類2的區(qū)別是因?yàn)槎呷丝诿芏扰c路網(wǎng)密度差異過大造成的，因此紅山區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性大；聚類1和聚類3的區(qū)別是由于路網(wǎng)密度和平均氣溫的不同所導(dǎo)致的，平均氣溫高的地區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)性大；聚類1和聚類4的差異表現(xiàn)在二者路網(wǎng)密度與人口密度的不同；聚類2和聚類3的區(qū)別是由于其火險(xiǎn)因子不同致使的；聚類2和聚類4的差異也是由于火險(xiǎn)因子不同導(dǎo)致的，降水量大的地區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)性較??；而聚類3和聚類4的區(qū)別是由于人口密度與平均氣溫差異較大引起的，由此聚類4所表示的旗縣火災(zāi)危險(xiǎn)性最小。

根據(jù)聚類結(jié)果得到赤峰市森林火災(zāi)危險(xiǎn)性分布圖（圖10）。

圖10 赤峰市森林火災(zāi)危險(xiǎn)性Fig. 10 Forest fire hazard in Chifeng

由圖10可知，紅山區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性最高；阿魯科爾沁旗的火災(zāi)危險(xiǎn)性較高；巴林左旗、元寶山、寧城縣、喀喇沁旗、敖漢旗、林西縣的火災(zāi)危險(xiǎn)性中等；巴林右旗、翁牛特旗、克什克騰旗和松山區(qū)的森林火災(zāi)危險(xiǎn)性較低。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

1）根據(jù)《全國森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級》（LY/T 1063—2008）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)蒙古赤峰市森林火險(xiǎn)等級評價(jià)結(jié)果為：將赤峰市劃分為2個(gè)火險(xiǎn)區(qū)，巴林右旗、克什克騰旗、喀喇沁旗、寧城縣、敖漢旗和紅山區(qū)的火險(xiǎn)等級是Ⅰ級，為高等火險(xiǎn)區(qū)；巴林左旗、寧城縣、翁牛特旗、阿魯科爾沁旗、松山區(qū)和元寶山的森林火險(xiǎn)等級為Ⅱ級，為中等火險(xiǎn)區(qū)。

2）以聚類分析的結(jié)果為依據(jù)，將內(nèi)蒙古赤峰市劃分為4個(gè)火險(xiǎn)區(qū)：紅山區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性最高；阿魯科爾沁旗的火災(zāi)危險(xiǎn)性較高；巴林左旗、元寶山、寧城縣、喀喇沁旗、敖漢旗、林西縣的火災(zāi)危險(xiǎn)性中等；巴林右旗、翁牛特旗、克什克騰旗和松山區(qū)的森林火災(zāi)危險(xiǎn)性較低。

4.2 討論

通過對不同區(qū)域的森林進(jìn)行火險(xiǎn)區(qū)劃，要充分利用火險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果對不同地區(qū)的火險(xiǎn)狀況酌情處理，要有針對性的加強(qiáng)各個(gè)地區(qū)的森林防火工作。Ⅰ級重點(diǎn)火險(xiǎn)區(qū)林業(yè)資源豐富，林業(yè)區(qū)與農(nóng)業(yè)區(qū)相互交錯(cuò)，對于此類地區(qū)防火工作的開展首先要解決森林內(nèi)部的可燃物堆積問題[17]，要進(jìn)行專業(yè)的計(jì)劃燒除[18]，組織有經(jīng)驗(yàn)的防火工作人員進(jìn)行有目的燒除，減少森林火災(zāi)隱患。其次要加強(qiáng)防火宣傳工作，定期開展森林防火宣傳講座，不定時(shí)進(jìn)行森林滅火演練，強(qiáng)化當(dāng)?shù)厝罕姷南腊踩庾R。另一方面，要建立完善的林火監(jiān)測體系，運(yùn)用高新科技將監(jiān)測工作科技化、智能化，綜合提高火災(zāi)預(yù)警能力，將火災(zāi)消滅于無形之中[19]。

Ⅱ級森林火險(xiǎn)區(qū)林業(yè)用地面積少，對于林業(yè)發(fā)展的關(guān)注不足，林火方面管理欠缺。此類地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)林業(yè)經(jīng)濟(jì)投入，例如赤峰市林業(yè)局所提出的《赤峰市百萬畝經(jīng)濟(jì)林建設(shè)規(guī)劃》方案，為提升林業(yè)資源效益，確定了發(fā)展100萬畝經(jīng)濟(jì)林的規(guī)劃。由此赤峰市林業(yè)發(fā)展將由現(xiàn)在的生態(tài)效益發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)效益發(fā)展，將林業(yè)傳統(tǒng)優(yōu)勢與現(xiàn)有城市建設(shè)需求結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)與城市建設(shè)相互促進(jìn)。其次還可以開展全國生態(tài)文化村、全國生態(tài)文化示范基地等活動，使群眾自覺維護(hù)當(dāng)?shù)厣仲Y源，自覺防范森林火災(zāi)的發(fā)生。