植物生态学报 2010, 34 (6): 741–752 doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.06.013Chinese Journal of Plant Ecology ——————————————————收稿日期Received: 2008-10-08 接受日期Accepted: 2009-04-23 * E-mail: heh@森林可燃物及其管理的研究进展与展望贺红士1,2* 常 禹1 胡远满1 刘志华1,31中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016; 2School of Natural Resources, University of Missouri, Columbia MO 65211 USA; 3中国科学院研究生院,北京 100049摘 要 森林可燃物是森林生态系统的基本组成部分, 是影响林火发生及火烧强度的重要因素之一, 因此, 受到国内外学者的广泛关注。
该文从以下4个方面综述了国内外可燃物研究的最新进展: 森林可燃物特性, 森林可燃物类型与火行为, 森林可燃物类型、载量的调查与制图, 森林可燃物管理。
同时提出了我国森林可燃物今后的研究方向: 开展多尺度可燃物研究; 可燃物类型与火行为的研究; 把以试验观测为基础的静态研究与以空间技术和生态模型为基础的动态预测相结合, 研究可燃物处理效果; 全球气候变化背景下可燃物处理与碳收支。
关键词 林火, 森林可燃物, 可燃物管理Contemporary studies and future perspectives of forest fuel and fuel managementHE Hong-Shi 1,2*, CHANG Yu 1, HU Yuan-Man 1, and LIU Zhi-Hua 1,31Shenyang Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 2School of Natural Resources, University of Missouri, Colum-bia MO 65211 USA; and 3Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, ChinaAbstractFuel is the basic component of forest ecosystems. It is one of the most important factors that influence forest fire ignition and fire severity. Hence, it has drawn much attention from researchers worldwide. We reviewed the cur-rent status of forest fuel studies from four aspects: 1) forest fuel properties, including physical and chemical prop-erties, and flammability of forest fuels, 2) fuel models and fire behaviors, 3) methodologies for inventory and mapping of fuel types and fuel loads, and 4) forest fuel management. We also discuss the future direction in forest fuel studies, including 1) forest fuel studies at site, regional, and country-wide scales, 2) fuel models and fire be-haviors, 3) combining observational and experimental studies with computer simulation and spatial analysis tech-nologies for long-term predictions of fuel treatment effects over large landscapes, and 4) fuel treatment and carbon budget under global climate change. There are significant implications for forest fire management and forest fuel research in China.Key words forest fire, forest fuel, forest fuel management自然火是森林生态系统的重要组成部分, 它以从地表火(surface fire)到树冠火(crown fire)的多种形态调整森林生态系统的树种组成、年龄结构和空间(景观)格局(Pringle & Marstall, 1995; 徐化成, 1998; 舒立福等, 1999a; Johnson & Miyanishi, 2001)。
地表火清除林下堆积物, 调整林分结构, 为存活树木创造成材的环境。
树冠火烧掉整片林木, 为早期演替树种创造生长条件, 使空间上存在着不同年龄镶嵌的异质森林景观结构(Johnson, 1996; Turner et al ., 2003a; Romme et al ., 2005)。
林火作用下产生的林分与景观结构既能有效地抵抗森林病虫害的传播(Sullivan et al ., 2003; Whitney & Irwin, 2005), 又为野生动物提供了宝贵的生境(王瑞君, 2005; Parker et al ., 2006; Greenberg et al ., 2007; Hood et al ., 2007)。
要科学地理解林火对森林生态系统的综合作用, 就必须对林火发生规律及行为进行充分研究。
森林可燃物是林火发生和燃烧的物质基础, 森林可燃物的研究是上述研究的重要基础。
森林可燃物管理是从根本上解决林火安全问题、改善森林结构、提高森林健康水平的途径。
国内外学者早就认识到森林可燃物在林火管理中的重要性, 在森林可742 植物生态学报Chinese Journal of Plant Ecology 2010, 34 (6): 741–752燃物研究领域做了许多基础工作, 主要集中在以下4个方面: 森林可燃物特性, 森林可燃物类型与火行为, 森林可燃物类型、载量的调查与制图, 森林可燃物管理研究。
本文主要介绍西方发达国家(包括北美、澳大利亚和欧洲国家)和我国在森林可燃物方面的最新研究进展, 并提出可燃物的未来研究展望, 以期为我国的林火管理提供科学依据。
1 森林可燃物研究进展1.1 森林可燃物特性森林可燃物的特性包括森林可燃物的理化性质和空间组合特征。
可燃物的理化性质描述可燃物植物部分的特性, 包括可燃物的化学性质以及密度、燃点、热值、含水率等物理性质, 主要用来解释燃烧现象(能量释放大小、火线强度和火焰长度等); 可燃物空间组合特征描述可燃物组合的各种特性, 包括可燃物的数量、大小、形状、密实度及连续性等, 主要影响火行为(扩散速率与强度)。
在国外一些发达国家, 森林可燃物的特性研究在20世纪中期就基本完成, 主要进行了森林可燃物热值测定(Byram, 1959; Anderson, 1970)、林木抽提物和灰分含量随林木年龄和季节变化规律的探讨、可燃物的水分含量(Blackmarr & Flanner, 1968)和载量估算(Brown, 1974)等; 从20世纪末至今, 我国学者针对中国森林生态系统的特点也开展了森林可燃物特性的研究, 主要包括森林可燃物含水量、燃点、灰分、热值、抽提物(油脂)含量等的分析测定(刘自强等, 1993a, 1993b; 何忠秋和李长胜, 1995; 寇晓军等, 1997; 高成德等, 2005; 刘菲和胡海清, 2005)。
这些研究一般以林型(胡海清, 1995; 王刚等, 1996)或树种(单延龙等, 2003)为对象。
研究结果表明, 森林可燃物的理化性质对其燃烧性有明显的影响是确定可燃物易燃性等级划分的基础(胡海清, 1995; 高国平和王月, 2004)。
1.2 森林可燃物类型与火行为森林可燃物种类复杂, 根据研究目的的不同, 森林可燃物类型的划分方法主要有下面几种(单延龙等, 2004): 1)按物种类别可以将可燃物分为死地被物、地衣、苔藓、草本植物、灌木、乔木、森林杂乱物等; 2)按可燃物分布的空间位置可以将可燃物分为地下、地表和空中可燃物; 3)按易燃程度可分为易燃可燃物、燃烧缓慢可燃物和难燃可燃物; 4)按燃烧时可燃物消耗可分为有效可燃物、剩余可燃物和总可燃物; 5)按可燃物挥发性将可燃物分为高挥发性可燃物、低挥发性可燃物和中挥发性可燃物; 6)按生活力将森林可燃物分为活可燃物和死可燃物。
根据含水量时滞的死可燃物分类是目前国际通用的死可燃物分类方法, 根据死可燃物含水率的恢复时间又分为1、10、100、1 000 h 时滞的死可燃物等。
森林可燃物类型划分研究的目的之一是预测火行为(fire behavior) (扩散速率与强度), 进而推测火效果及确定防火措施。
还可以通过与地形因子和气象因子耦合, 划分森林火险等级指数, 进行森林火险等级预报; 准确估算不同森林可燃物类型的载量和空间分布, 还可为可燃物管理提供指导, 保证林火安全。
然而森林可燃物不是单一的燃料, 而是一个复杂的多层体系(图1), 由地表到林冠包括半腐殖质层、细可燃物层、粗可燃物层、草本层、灌木层和乔木层, 每一层都有其独特的结构特征(Sandberg et al ., 2007)。
由于可燃物在层次、形态、数量及理化特征上的巨大变异性, 难以对其进行全面的描述。
因此将相类似的可燃物(体系)分为可燃物类型(fuel type)是可燃物分类的普遍方法, 每一种可燃物类型都与一套描述可燃物的标准参数或属性相对应, 通常将这些具有标准参数或属性的可燃物类型称为可燃物模型(fuel model), 火行为模型根据可燃物模型、气象和地形等来预测林火类型、扩散速率与强度, 管理部门据此信息来确定反应时间和扑救措施。