張今奇 周梅 趙鵬武 舒洋 李威 郭嬌宇 管立娟

摘 要：可燃物是林火發(fā)生發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)條件，構(gòu)成林火行為的主體。定量評價不同火燒程度火燒跡地死可燃物載量的影響對于理解火因子在生態(tài)系統(tǒng)中的作用具有重要意義。以恢復(fù)了10 a的內(nèi)蒙古根河林區(qū)2009 年火燒跡地為研究區(qū)域，于2019 年6 月對研究區(qū)展開調(diào)查，沿海拔梯度設(shè)置9 塊20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)樣地，在每個標(biāo)準(zhǔn)樣地中沿對角線設(shè)置 5 個小樣方（1 m× 1 m），共 45 個。調(diào)查和測定環(huán)境因子、林分因子，計算在不同程度火燒跡地內(nèi)死可燃物載量，采用逐步回歸法建立死可燃物載量多元回歸模型。結(jié)果表明：10 a恢復(fù)期對火燒跡地可燃物載量產(chǎn)生了一定的影響，重度和輕度火燒跡地中100 h 時滯死可燃物載量較多，分別為：（1.26±0.20） kg/m2、（1.50±0.10） kg/m2，受火災(zāi)后擇伐影響，重度火燒跡地，燒死木、站桿大量減少，100 h 時滯死可燃物載量呈現(xiàn)輕度火燒大于重度火燒;建立死可燃物載量預(yù)測模型，1 h 死可燃物載量估測模型為Y1=1.794+0.166X1-0.004X2-0.278X3（R2=0.821）;100 h 時滯死可燃物載量估測模型為Y3=1.950-0.310X3+0.015X5-0.008X6+0.081X7（R2=0.710），影響因子中火燒程度（相關(guān)系數(shù)為-0.799）、平均樹高（相關(guān)系數(shù)為0.689）、平均胸徑（相關(guān)系數(shù)為0.474）3個因子相關(guān)性最高，擬合了100 h 時滯死可燃物載量的估測模型，經(jīng)檢驗后發(fā)現(xiàn)100 h 時滯死可燃物載量的估測模型精度較為理想。

關(guān)鍵詞：火燒程度;可燃物載量;預(yù)測模型;環(huán)境因子;林分因子;大興安嶺;郁閉度;樹高

中圖分類號：S762.2 ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? 文章編號：1006-8023（2021）03-0021-07

Abstract：Combustible material is the basic condition of forest fire occurrence and development and constitutes the main body of forest fire behavior. Quantitative evaluation of the effects of different fire degrees on the amount of dead fuel is of great significance for understanding the role of fire factors in the ecosystem. In June 2019， the study area was investigated in Genhe Forest District of Inner Mongolia， which was burned in 2009 and restored for 10 years. Nine 20 m × 20 m standard plots were set along the elevation gradient， and five small plots （1 m × 1 m） were set along the diagonal in each standard plot， a total of 45 plots were set. The environmental factors and stand factors were investigated and measured to calculate the dead fuel load in different degrees of fire. The multiple regression model of dead fuel load was established by stepwise regression method. The results showed that： the 10 a recovery period had a certain effect on the fuel load of the burned area. The 100 h time-delayed dead fuel load was higher in the heavy and mild burned areas， which were （1.26 ± 0.20） kg/m2 and （1.50 ± 0.10） kg/m2， respectively. Under the influence of postfire logging， dead burned wood and litter reduced greatly in heavy burned area， and the 100 h timedelayed dead fuel load of the mild burned area was higher than the heavy burned area. The prediction model of dead fuel load was established， the estimation model of 1 h dead fuel load was ?（R2=0.821）; the estimation model of 100 h dead fuel load was ?（R2=0.710）. Among them， three influencing factors： burning degree （correlation coefficient -0.799）， average tree height （correlation coefficient 0.689） and average diameter at breast height （correlation coefficient 0.474） had the highest correlation. The estimation model of 100 h timedelayed death fuel loads was fitted， and it was found that the accuracy of this model was ideal after testing.

Keywords：Burning degree; fuel load; prediction model; environmental factor; stand factor; Daxinganling; canopy closure; tree height

0 引言

森林火災(zāi)是世界性的林業(yè)重大災(zāi)害，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織確認為世界八大自然災(zāi)害之一，對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，而中國是世界森林火災(zāi)最嚴(yán)重的國家之一[1]。森林火災(zāi)，特別是森林特大火災(zāi)的頻繁出現(xiàn)，與森林可燃物載量的積累有密切的關(guān)系[2]。可燃物是林火發(fā)生發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)條件，構(gòu)成林火行為的主體[3-6]。只有對可燃物的特征進行深入研究，才能把握可燃物屬性，從而對可燃物進行可持續(xù)管理[6]。

目前，國內(nèi)外通過數(shù)學(xué)模型和遙感影像等研究方法，對可燃物載量的研究手段已趨于成熟。田野等[7]研究了火干擾后影響因子與冀北遼河源油松（Pinus tabuliformis）林地死可燃物間的關(guān)系，研究表明胸徑、燒死木百分比等影響可燃物載量的分布。寧吉彬等[8]對溝塘草甸內(nèi)小葉樟（Deyeuxia angustifolia）及草本可燃物載量進行研究，構(gòu)建地表可燃物載量估測模型，表明以地表可燃物高度對載量進行預(yù)測，擁有較高的精確度;劉趙東[9]對北京地區(qū)不同森林類型地表可燃物載量及影響因子進行研究，運用多元逐步回歸分析，建立林下地表可燃物載量與影響因子的多元線性回歸模型，回歸方程與研究數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)度較高;隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，李明澤等[10]利用野外調(diào)查，結(jié)合遙感影像數(shù)據(jù)和 DEM 地形數(shù)據(jù)，建立了森林地表可燃物載量估測模型。國外，Rothermel等[11]對森林可燃物載量在時間尺度上的變化進行研究，建立了可燃物載量動態(tài)模型;Pere等[12]利用間隙光分析儀（ GLA ）估測半球形林冠照片森林覆蓋度，估測火燒 8～9 a林下可燃物載量;BraAndis等[13]利用遙感影像和火災(zāi)歷史資料，運用植物分類法估算可燃物載量;胡海清[14]利用物種特異性方程估算可燃物載量，運用兩步間接估算方法（IE）和直接估算法（DE），將可燃物載量估算與（TLS）數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，結(jié)果表明直接法的擬合優(yōu)度更為均衡。

大興安嶺地區(qū)雷擊火頻發(fā)，在可燃物充足的條件下，容易再次發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致森林群落逆行演替[15]。由于受多種因素影響，不同環(huán)境因子影響下的可燃物載量并非一成不變，因此，需要加強研究森林地表死可燃物及其對森林火災(zāi)的響應(yīng)機制。本文選取恢復(fù)了10 a的內(nèi)蒙古根河林區(qū)不同程度火燒跡地為研究對象，將火燒程度加入影響因子進行研究，建立載量預(yù)測回歸模型，探究該地區(qū)再次發(fā)生火災(zāi)的可能性，以期為森林火災(zāi)預(yù)報預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)[16]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古大興安嶺重點國有林管理局根河林業(yè)局，該林業(yè)局2009 年火燒跡地地理坐標(biāo)為：50°56′58.10″～50°57′02.96″ N，122°05′13.18″～122°06′26.12″ E。海拔 761～1 200 m，屬低山丘陵地帶，氣候?qū)俸疁貛駶櫺蜕謿夂?，年平均氣溫?5.3 ℃，極端最低溫度-53 ℃，年日照時數(shù) 2 500 h，無霜期 90～100 d，生長期為 110 d，生長季 5—9 月，年降水量 500 mm，年輻射總量 2 670～2 700 MJ/m2。本地區(qū)為棕色針葉林土，典型植被類型為興安落葉松（Larix gmelinii），其他樹種有樟子松（Pinus sylvestris）、白樺（Betula platyphylla）、山楊（Populus davidiana）和蒙古櫟（Quercus mongolica）等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

2019 年 6 月份，在根河林業(yè)局 2009 年火燒跡地設(shè)置樣地，選取輕度火燒、重度火燒、對照樣地跡各 3 塊樣地（ 20 m× 20 m），共 9 塊樣地?；馃潭葮?biāo)準(zhǔn)參考秦可珍等[17]的研究表明，根據(jù)樹木燒死比例劃分火燒程度為：輕度火燒（燒死木比例小于等于 30%）、重度火燒（燒死木比例小于等于 70%），以臨近未受火燒影響與火燒跡地立地條件一致的林地作為對照區(qū)[17]。記錄：樣地海拔、坡度等環(huán)境因子，郁閉度、平均胸徑、平均樹高等林分因子，樣地概況見表（1）。

在每個標(biāo)準(zhǔn)樣地中沿對角線設(shè)置 5 個小樣方（ 1 m× 1 m），共 45 個。采用Burrows等[18]提出的時滯可燃物三級分類方法進行分類取樣，直徑小于 0.64 cm的小枝、樹葉以及枯死的雜草為 1 h時滯可燃物;直徑為 0.64～2.54 cm小枝為 10 h時滯可燃物;直徑為 2.54～7.62 cm的枯枝為 100 h時滯可燃物。在盡量保持表層可燃物結(jié)構(gòu)的前提下，用刻度尺記錄樣地內(nèi)半腐殖質(zhì)層厚度及枯落物層厚度。用電子天平（精度：千分之一）現(xiàn)場稱量樣方內(nèi)不同死可燃物類型鮮質(zhì)量（kg），自封袋密封后帶回實驗室備用。

3.3 不同程度火燒跡地死可燃物載量相關(guān)性分析

不同程度火燒跡地死可燃物載量與環(huán)境、林分因子相關(guān)系數(shù)見表5，其中坡度與 1 h時滯可燃物載量呈正相關(guān)，與其他可燃物載量不明顯，不同于梁瀛等[3]的研究，本研究區(qū)林地陡坡地帶，土層較薄，多為灌木、草本連片區(qū)域，使得 1 h時滯可燃物載量增加;海拔與 1、 10 h滯可燃物載量呈負相關(guān)，與死可燃物總載量呈顯著負相關(guān)，與 100 h時滯可燃物載量不明顯，與 Webster等[21]、孫龍等[22]研究結(jié)果一致，即隨著海拔的升高、溫度降低、風(fēng)速加大、立地環(huán)境差導(dǎo)致雜草和灌木減少甚至消失，不利于凋落物的積累;坡位（ 1表示坡上， 2表示坡中， 3表示坡下）與 10 h時滯可燃物載量呈正相關(guān)，與其他可燃物載量不明顯。即坡下受地形因素影響，喬、灌木生長旺盛形成密林， 10 h時滯可燃物載量增加，但未見 100 h可燃物載量明顯變化，還需進一步觀測研究。

平均樹高與 1、 10、 100 h時滯可燃物載量及死可燃物總載量呈顯著正相關(guān)，平均胸徑與 1、 10 h時滯可燃物載量呈正相關(guān)，與 100 h時滯可燃物載量及死可燃物總載量呈顯著正相關(guān)，與周志權(quán)[23]、陳宏偉等[24]、吳志偉等[25]研究結(jié)果一致，即隨著林分內(nèi)樹高和胸徑的增加，冠幅逐漸增加，進而導(dǎo)致枯枝落葉增加;郁閉度與 1、 10 h時滯可燃物載量呈正相關(guān)，與 100 h時滯可燃物載量和死可燃物總載量呈顯著正相關(guān)，不同于陳宏偉等[24]研究結(jié)果， 1 h時滯可燃物載量成分為枯死的雜草和枯枝落葉，林分郁閉度增加時，草本植物減少，但枯枝落葉相對增加，使得 1 h時滯可燃物載量相對增加， 10、100 h時滯地表可燃物的主要組分為干樹枝丫，郁閉度高的林分樹枝越多，林內(nèi)光線較弱，草本及灌木生長受限，郁閉度越高，受樹木個體間競爭，林內(nèi)產(chǎn)生大量受壓木、枯死幼樹和倒木，因而高郁閉度林分， 10、100 h可燃物載量明顯增加;枯枝落葉層厚度、半腐殖質(zhì)層厚度與 1、 10、 100 h時滯可燃物載量及死可燃物總載量呈顯著正相關(guān)，受火干擾影響，林內(nèi)積攢大量半腐殖質(zhì)，林內(nèi)細小可燃物堆積，形成大量枯落物，為林區(qū)植被生長提供大量營養(yǎng)物質(zhì)，林區(qū)內(nèi)1、10 、100 h時滯可燃物載量積累提供有利條件。

4 討論

本研究中，不同程度火燒跡地死可燃物載量差別較大，這是由于火燒引起樹木大面積死亡，灌木被全部燒毀，枯枝落葉層、半腐殖質(zhì)層和腐殖質(zhì)層被全部燒掉。但隨著時間的推移，可燃物再次積累，火燒跡地已經(jīng)在一定程度上得到恢復(fù)。 10 a恢復(fù)期對火燒跡地可燃物載量產(chǎn)生了一定的影響，其中重度和輕度火燒跡地中 100 h時滯可燃物載量較多，分別為： （1.26±0.20） kg/m2、（1.50±0.10） kg/m2，由于可燃物載量變化隨火燒跡地環(huán)境條件及動物、人為活動影響，火燒跡地形成特殊小氣候[15]。重度火燒跡地受火干擾影響，大量葉片消失，缺少枝葉保護，形成大量站桿，使得林下光照增加，風(fēng)速增大，燒死木含水率進一步下降，受環(huán)境影響，站桿易傾倒，易落下枯枝等凋落物對100 h可燃物載量造成影響。100 h時滯可燃物載量呈現(xiàn)重度火燒小于輕度火燒的現(xiàn)象，這是由于火燒后，對該區(qū)域進行過火燒木搶救性擇伐，重度火燒跡地，燒死木、站桿大量減少，在10 a恢復(fù)期內(nèi)，由于缺少高大喬木，更新栽種的喬木幼苗生長緩慢，100 h時滯可燃物載量積累緩慢，輕度火燒由于受擇伐影響較小，樣地內(nèi)殘留了部分站桿及火燒木，在10 a恢復(fù)期內(nèi)，森林郁閉度降低，產(chǎn)生了林間空隙或形成林窗，同時火燒促進了土壤層養(yǎng)分循環(huán)，這些都為群落林下植被更新和生長提供了有力的條件[26]，林下灌木、喬木生長，100 h可燃物載量得到了相對積累。

影響火燒跡地死可燃物載量的因子很多，如森林群落的多樣性和復(fù)雜性、地理環(huán)境的差異性、人為或自然干擾的嚴(yán)重性等，這些因子作用程度不一，且彼此之間的相互作用關(guān)系也很復(fù)雜[22]。本研究結(jié)果表明，研究區(qū)火燒跡地位于人跡罕至的偏遠林區(qū)，雖然受到火干擾，但10 a恢復(fù)時間較長，林區(qū)內(nèi)風(fēng)倒木遍布，枯枝落葉大量積累，隨時間推移，研究區(qū)火燒跡地死可燃物載量不斷增加，其潛在發(fā)生森林火災(zāi)的危險性也在不斷增加。森林可燃物受諸多因子共同影響，本文只考慮了一部分環(huán)境因子（海拔、坡度、坡位），林分因子（平均樹高、平均胸徑、郁閉度）等對可燃物載量的影響，還有很多因子未考慮到，如枝下高、林齡、草本蓋度、坡向、土壤微生物情況和氣象因子等，以后在研究中需要考慮。

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