全 文 ：1953—2011 年小兴安岭森林火灾含碳
气体排放的估算*
胡海清1 摇 罗碧珍1 摇 魏书精1,2**摇 孙摇 龙1 摇 魏书威3 摇 文正敏2
( 1东北林业大学林学院, 哈尔滨 150040; 2桂林理工大学, 广西桂林 541004; 3兰州理工大学, 兰州 730050)
摘摇 要摇 根据 1953—2011 年小兴安岭森林调查数据和森林火灾统计资料,结合野外火烧迹
地调查与室内控制试验数据,估算了小兴安岭 1953—2011 年森林火灾的碳排放量和含碳气
体排放量.结果表明: 1953—2011 年小兴安岭森林火灾的总碳排放量为 1. 12伊107 t,年均排放
量为 1. 90伊105 t,约占全国年均森林火灾碳排放量的 1. 7% ;其中,含碳气体 CO2、CO、CH4和非
甲烷烃(NMHC)的排放量分别为 3. 39伊107、1. 94伊105、1. 09伊105和 7. 46伊104 t,相应年均排放
量 5. 74伊105、3. 29伊104、1. 85伊103、1. 27伊103 t 分别占全国年均森林火灾含碳气体排放量的
1郾 4% 、1. 2% 、1. 7%和 1. 1% .不同林型的燃烧效率和单位过火面积的碳排放量均为针叶林>
阔叶林>针阔混交林.最后提出了合理的林火管理措施.
关键词摇 森林火灾摇 碳排放摇 含碳气体排放摇 小兴安岭摇 林火管理措施
文章编号摇 1001-9332(2013)11-3065-12摇 中图分类号摇 Q143; S762. 1摇 文献标识码摇 A
Estimation of carbonaceous gases emission from forest fires in Xiao Xing爷 an Mountains of
Northeast China in 1953-2011. HU Hai鄄qing1, LUO Bi鄄zhen1, WEI Shu鄄jing1,2, SUN Long1,
WEI Shu鄄wei3, WEN Zheng鄄min2 ( 1College of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin
150040, China; 2Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China; 3Lanzhou Uni鄄
versity of Technology, Lanzhou 730050, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(11): 3065-3076.
Abstract: Based on the forest resources investigation data and the forest fire inventory in 1953 -
2011, in combining with our field research in burned areas and our laboratory experiments, this pa鄄
per estimated the carbonaceous gases carbon dioxide (CO2 ), carbon monoxide (CO), methane
(CH4), and nonmethane hydrocarbons (NMHC) emission from the forest fires in Xiao Xing爷 an
Mountains of Heilongjiang Province, Northeast China in 1953 -2011. The total carbon emission
from the forest fires in the Xiao Xing爷an Mountains in 1953-2011 was 1. 12伊107 t, and the annual
emission was averagely 1. 90伊105 t, accounting for 1. 7% of the annual average total carbon emis鄄
sion from the forest fires in China. The emission of CO2, CO, CH4, and NMHC was 3. 39伊107,
1郾 94伊105, 1. 09伊105, and 7. 46伊104 t, respectively, and the corresponding annual average emis鄄
sion was 5. 74 伊105, 3. 29 伊104, 1. 85 伊103, and 1. 27 伊103 t, accounting for 1. 4% , 1. 2% ,
1郾 7% , and 1. 1% of the annual carbonaceous gases emitted from the forest fires in China, respec鄄
tively. The combustion efficiency and the carbon emission per unit burned area of different forest
types decreased in order of coniferous forest > broad鄄leaved forest > coniferous broadleaved mixed
forest. Some rational forest fire management measures were put forward.
Key words: forest fire; carbon emission; carbonaceous gases emission; Xiao Xing爷 an Mountain;
forest fire management measure.
*国家自然科学基金项目(51208244,31070544)、黑龙江省科技攻关
重点 项 目 ( GA09B201鄄06 )、 国 家 基 础 研 究 发 展 计 划 项 目
(2011CB403203)、林业公益性行业科研专项(201004003鄄6)和霍英
东基金基础项目(131029)资助.
**通讯作者. E鄄mail: weishujing2003@ 163. com
2012鄄10鄄29 收稿,2013鄄08鄄20 接受.
摇 摇 人类活动引起的温室效应,以及由此造成的气
候变化和对全球生态环境的影响已受到国际社会的
普遍关注[1] . 《联合国气候变化框架公约》和《京都
议定书》的签订使得政府决策层、科研工作者及社
会公众越来越关注全球气候变化问题[2] . 作为森林
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 11 月摇 第 24 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2013,24(11): 3065-3076
生态系统重要的干扰因子,森林火灾对森林生态系
统碳循环和碳平衡产生的重要影响,以及对未来气
候变化的响应更是人们关注的重点[1] . 近年来,人
类活动引起的温室气体增加,使全球气温明显升高,
由此造成森林火灾频发、火灾强度加剧,过火面积扩
大,碳排放增加,对大气碳平衡产生重要影响[3] . 森
林火灾产生的各种含碳气体作为影响温室效应的重
要因子,亦越来越受到国内外学者的广泛关注.在全
球气候变暖背景下,探讨应对气候变化的森林经营
可持续管理策略,提出科学有效的林火管理策略,减
少森林火灾的次数,降低森林火灾的强度,减少森林
火灾碳排放,减缓全球气候变化,是科研工作者必须
考虑的问题.为此,加强气候变暖背景下森林火灾干
扰对森林生态系统碳循环的影响研究,了解气候变
暖、森林火灾干扰与森林生态系统碳循环之间的交
互作用关系,正确评价火干扰在全球碳循环和碳平
衡中的地位,加深火干扰对碳循环影响的认识,提高
森林生态系统可持续管理的水平,以更有效的方式
干预生态系统的碳平衡具有重要意义.
国内外有关森林火灾含碳气体排放的研究已大
量开展.早在 20 世纪 60 年代,Robinson[4]就开始探
索计量森林火灾气体排放量的问题. 随后,美国、加
拿大和俄罗斯等国的学者通过野外采样试验估算了
森林火灾排放的温室气体[5] . 通过室内模拟试验和
野外观测,Aulalr 和 Carter[6]对加拿大、俄罗斯和阿
拉斯加北方森林因森林火灾而排放的碳量进行了计
算. Amiro等[7]对 1959—1999 年加拿大森林火灾碳
排放进行估算. French 等[8]对北方森林碳排放中的
不确定性进行分析. 遥感平台与算法也不断应用到
森林火灾碳排放的估算中,对火灾面积、可燃物载
量、燃烧效率等进行估测[9-10] . Isaev 等[11]应用多光
谱高分辨率卫星图像来估算俄罗斯森林火灾碳排放
量. Zhang 等[12]应用 SPOT 卫星图像估算每月燃烧
区域和森林火灾碳排放量. Kasischke 等[13]利用遥
感影像估测了阿拉斯加 1990—1991 年的森林火灾
面积并估算碳排放量. Cahoon 等[9]采用遥感影像估
测 1987 年中国东北和西伯利亚的森林火灾碳排放.
国内学者对森林火灾排放的温室气体亦进行了探
讨.王效科等[14]用排放因子法和排放比法计算了我
国森林火灾排放的 CO2、CO 和 CH4量.吕爱锋等[15]
对森林火灾含碳痕量气体排放进行了全面阐述. L俟
等[16]估算了 1950—2000 年我国森林火灾排放的碳
量和含碳气体量.胡海清和孙龙[17]对大兴安岭林区
主要森林类型中灌木、草本和地被物因森林火灾排
放的碳量及主要含碳温室气体量进行了估算. 胡海
清和郭福涛[18]进行了大兴安岭森林火灾中主要乔
木树种含碳气体释放总量的估算.杨国福等[19]估算
了浙江省 1991—2006 年间年均森林火灾温室气体
排放量.田晓瑞等[20]估算了 2005—2007 年大兴安
岭森林火灾碳排放. 黄麟等[21]对 1950—2008 年江
西省森林火灾的碳排放进行估算. 胡海清等[1]对气
候变暖背景下森林火灾干扰对森林生态系统碳循环
的影响进行全面阐述.胡海清等[10,22-24]对森林火灾
碳排放计量模型、计量森林火灾碳排放中的不确定
性因子进行了论述,并在不同时间尺度(长期、中期
和短期)上对我国大兴安岭的森林火灾碳排放及含
碳气体进行了计量估算. 国内外有关森林火灾含碳
气体排放的研究工作,有利于人们进一步了解森林
火灾对大气碳平衡的影响,但各种计量参数的来源
存在多样性及不确定性,且许多研究不经过试验测
定而仅仅通过模型手段进行外推,导致碳排放计量
结果存在不确定性. 采用遥感影像估测森林火灾碳
排放,虽可减少地面调查的工作量,但其精度需进一
步提高[9-10] .小兴安岭作为重点火险区之一,在森林
火灾的含碳气体排放计量方面缺乏必要的计量参
数,为此,加强小兴安岭森林火灾含碳气体排放的研
究具有重要意义.本文根据小兴安岭森林资源调查
中各林型可燃物载量数据和实际测量数据,结合
1953—2011 年森林火灾统计资料,利用地理信息系
统 GIS(geographic information systems)技术,通过野
外火烧迹地调查与室内控制试验相结合的方法确定
各种计量森林火灾碳排放的参数,采用排放因子法,
从林分水平上估算了小兴安岭 1953—2011 年 59 年
间森林火灾碳排放和含碳气体排放量.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
位于我国黑龙江省东北部的小兴安岭林区
(46毅28忆—49毅21忆 N,127毅42忆—130毅14忆 E),是我国少
有的原始红松林区,有林地面积 3. 10伊106 hm2,森林
覆盖率为 80. 6% ,素有“红松故乡冶的美誉,是松嫩
平原和三江平原的天然屏障. 该区属于温带大陆性
季风气候,冬季寒冷漫长,夏季炎热多雨,春秋季大
风干燥,年均气温为-1 ~ 1 益,全年降水量 550 ~
670 mm,降水多集中于 7—8 月,占年降水量的 85%
以上[25] .土壤类型主要为棕色针叶林土、暗棕壤、灰
色森林土、草甸土和沼泽土等. 全区地势比较平缓,
海拔 400 ~ 1000 m. 该区地带性植被以红松(Pinus
6603 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
koraiensis)为主的温带针叶、阔叶混交林,其次是落
叶松(Larix gmelinii)、白桦(Betula platyphylla)、云杉
(Picea asperata)、臭冷杉(Abies nephrolepis),此外,水
曲柳(Fraxinus mandshurica)、黄波罗(Phellodendron
amurense)、胡桃揪 ( Juglans mandshurica)、蒙古栎
(Quercus mongolica)、山杨(Populus davidiana)、毛赤
杨(Alnus sibirica)、大青杨(Populus ussuriensis)、色木
槭(Acer mono)、紫椴(Tilia amurensis)等亦广泛分
布.小兴安岭作为国家的重点林区,亦是全国重点火
险区、森林火灾的高发区之一,是我国森林火灾危害
较为严重的地区.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 森林火灾统计资料摇 本文采用的 1953—2011
年小兴安岭森林火灾统计资料来自于黑龙江省人民
政府森林草原防火指挥部办公室.统计数据包括:每
次森林火灾起火点的地理坐标、行政区域、过火林地
面积、起火原因、林型、扑救信息和森林火灾损失等
内容. 1953—2011 年小兴安岭森林火灾次数与过火
面积见图 1. 1953—2011 年间,小兴安岭共发生森林
火灾 2426 次,年均 41. 12 次,总过火林地面积达
821219. 78 hm2, 年均过火林地面积为 1郾 39 伊
104 hm2 .该区的森林火灾分布特点是:森林火灾面
积与火灾次数年际间波动较大,二者基本上呈正相
关关系.
1郾 2郾 2 样地设置及森林可燃物载量调查摇 结合森林
资源清查资料和林分生长状况,选择森林火灾的典
型分布区域,在小兴安岭中部的五营林业局、南部的
带岭林业局,分别于 2011 年 6 月、10 月和 2012 年 5
月、9 月的森林防火期进行外业调查和采样.为了更
有效地获得森林可燃物载量,根据森林火灾所烧林
型的分布特征,结合林分生长状况,选择有代表性的
阔叶红松林、落叶松林、白桦林、落叶松鄄白桦混交
林、樟子松林、针叶林、阔叶林和针阔混交林 8 种林
型进行调查采样.根据林分生长状况及森林火灾历
史资料,采用随机布点法,每次在每种林型内设置
20 m伊20 m 的 3 块重复样地作为标准样地(相对火
烧迹地是对照样地),即每次设置 24 块样地,4 次共
96 块样地,调查各林型中乔木、灌木、草本、凋落物、
腐殖质和粗木质残体(coarse woody debris,CWD)等
组分.同时在当年火烧迹地上,分别设置重度火烧、
中度火烧、轻度火烧的重复样地 3 块,每次设置 72
块标准样地(8 种林型 伊3 种火强度等级 伊3 个重
复),4 次共设置 288 块样地.
1)乔木层生物量调查:在标准样地内,以 5 cm
为起测胸径,调查样木的胸径、树高、树种、郁闭度、
林龄、枝下高、冠幅和林分生长状况等信息,并分树
种统计各径级的平均值,在每个对照样地内选取各
径级的标准木 3 株,每个采样重复 3 次.主要采集乔
木的干、枝、叶和皮,其中干和皮分别从树干基部、胸
径和梢头 3 个部位进行取样,枝带皮从粗枝到小枝
按比例取样,叶亦分别从不同部位取样.采集的样品
野外称取鲜质量,标记好,带回实验室备测.
2)灌木层生物量调查:根据灌木分布的均匀程
度沿标准样地的对角线设置小样方. 当分布较为均
匀时设置 2 m伊2 m重复样方 5 个;当分布不均匀时
设置 5 m伊5 m 重复样方 5 个. 调查灌木层的盖度、
株数和平均高度,各树种数量、地径、高度等,然后按
灌木种类齐地面收割样方内的所有灌木,称量并
取样.
3)草本层、凋落物层和腐殖质层可燃物载量调
查:在标准样地内沿另一对角线设置 1 m伊1 m 的重
复样方 5 个,调查草本层的种类、盖度和平均高度,
然后全部齐地面收割、称量并取样.并在草本层样方
旁设置1 m伊1 m的重复样方5个,分别收集小样方
图 1摇 1953—2011 年小兴安岭森林火灾次数(玉)与过火林地面积(域)
Fig. 1摇 Forest fire number (玉) and burned area (域) in Xiao Xing爷an Mountain from 1953 to 2011.
760311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 胡海清等: 1953—2011 年小兴安岭森林火灾含碳气体排放的估算摇 摇 摇 摇 摇 摇
内的枯枝和落叶(针叶和阔叶分开),记录其鲜质量
并取样.收集完枯枝和落叶后,分别收集小样方内的
腐殖质(包括分解层和半分解层)的样品,记录其鲜
质量并取样.
4)粗木质残体可燃物载量调查:在标准样地内
进行粗木质残体调查,记录倒木、枯立木、树桩、腐朽
木等的长度和直径,取样方法与乔木层生物量调查
相同,但由于其异质性较强,每次在样地内取 10 根
不同径级较有代表性的粗木质残体. 粗木质残体的
定义为直径>7. 62 cm死木质物[26] .
用相对生长法测定乔木层生物量.根据小兴安
岭树种的生物量回归方程测定树种各部位的生物
量,根据林龄等因子估算单位面积生物量,并利用调
查样地的单位面积生物量外推到林分水平(粗木质
残体当作没有枝和叶的乔木进行载量估算).灌木、
草本的生物量,以及凋落物和腐殖质载量的测定方
法:采集到的样品经 80 益恒温烘干至恒量,粉碎、研
磨,过 60 目筛,然后取 50 g 样品在 105 益下连续烘
干 24 h至恒量,用精度 0. 01 g 的电子天平称量,计
算可燃物含水率: (湿质量 -干质量) /干质量 伊
100% ,并以此计算出单位面积的可燃物载量.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 可燃物含碳率的测定摇 按照一个比率(可燃
物的干质量中碳所占的比重)可将森林可燃物载量
转换为森林碳储量.对森林碳储量的计量,一般用直
接或间接测定植被生物量的现存量乘以生物量中含
碳率进行推算[10] .本文通过直接方法测定森林可燃
物的含碳率. 对采集的各种森林可燃物样品进行 3
次粉碎、制样,并用四分法进行取样,样品碳含量的
测定采用干烧法.用Multi N / C3000 分析仪(Analytik
Jena AG,Germany)测定含碳率,每次测 3 个平行样,
取平均值作为一个样本数,测量精度为 0. 01% ,误
差为依0. 2% [24] .用公式(样品含碳率=样品碳含量 /
样品干质量伊100% )计算样品的含碳率.
1郾 3郾 2 火强度的确定摇 火烧强度是林火行为的重要
标志之一, 通常划分为 3 个等级: 350 ~ 750
kW·m-2为低强度火;750 ~ 3500 kW·m-2为中强度
火;>3500 kW·m-2为高强度火.目前国外主要以火
线强度、火焰长度、火焰高度、可燃物载量和燃烧性,
以及火蔓延速度等指标对森林火灾的火烧强度及其
等级进行估算[27-28] .国内关于森林火灾火强度的估
算均来自于火烧迹地的实际调查. 其中以森林生态
系统不同层次在火灾中的受害程度判断火强度的方
法较为准确,但仅限于对火后短时间内开展的研
究[23-24] .本文把火强度分为重度、中度、轻度 3 个等
级,主要通过不同火强度消耗可燃物的不同,推算火
强度等级.划分火强度的标准为:玉:重度火烧:火灾
烧死木逸70% ,活立木(包括烧伤木)臆30% ,乔木
熏黑高度逸5 m,林下灌木全部烧毁,凋落物烧光,腐
殖质层全被烧掉;域:中度火烧:火灾烧死木在
30% ~70% ,活立木(包括烧伤木)在 30% ~ 70% ,
乔木熏黑高度在 2 ~ 5 m,林下灌木几乎被烧毁
(>50% ),凋落物几乎被烧毁(>50%),腐殖质层几
乎被烧毁(>50%);芋:轻度火烧:火灾烧死木臆30%,
活立木(包括烧伤木)逸70%,乔木熏黑高度臆2 m,林
下灌木部分被烧毁(臆50%),凋落物部分被烧毁
(臆50%),腐殖质层部分被烧毁(臆50%).
1郾 3郾 3 燃烧效率的测定摇 燃烧效率是指可燃物被燃
烧的部分占总干质量的比例,是可燃物燃烧时计量
碳排放量的关键因子[10,15] .通过火烧迹地火后的残
余可燃物载量进行采样,计算出不同火强度下可燃
物消耗剩余量.同时,通过估测火烧迹地附近未烧样
地的可燃物载量,将未烧样地的可燃物载量(M)减
去不同火强度下可燃物消耗剩余的量,得到可燃物
的消耗量(Mi),可燃物的燃烧效率(茁)计算公式为:
茁=Mi / M (1)
式中:Mi 的 i表示可燃物消耗中的不同样本(t).
1郾 3郾 4 排放因子的测定摇 近年来我国学者对森林火
灾的研究中,所用的排放因子均系国外学者在不同
地区的实测数据[10] .本文采用动态燃烧系统进行含
碳气体排放的测定. 该系统由燃烧室、恒温加热系
统、电子秤、 KM9106 综合烟气分析仪 ( KM9106,
KANE,Welwyn Garden City,English)、烟气罩、计算
机、红外分析模块和 FIREWORKS 烟气分析处理软
件组成,应用 KM9106 综合烟气分析仪进行含碳气
体的连续分析,然后通过可燃物所排放的某种含碳
气体量和可燃物燃烧过程中碳排放量的比例,推算
出不同含碳气体的排放因子(E fs) [29-31] . 其计算公
式为:
E fs =Es / C t (2)
式中:Es 为森林火灾排放的某种含碳气体;C t 为可
燃物燃烧过程中碳消耗量.
1郾 4摇 碳排放计量方法
1郾 4郾 1 碳排放量计量模型摇 Seiler 和 Crutzen[32]提出
了森林火灾燃烧损失可燃物载量的计量方法. 后来
经过许多学者的发展[3,7,13],并充分考虑到地上(乔
木、灌木、草本)可燃物部分,以及地表凋落物、腐殖
质和粗木质残体对碳排放量的贡献[10,14,33] .在小兴
8603 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
安岭温带林,每次火灾燃烧损失的可燃物量平均有
2 / 3 来自地表[17] .本文充分考虑到地表可燃物中凋
落物、腐殖质和粗木质残体不同的燃烧效率,森林火
灾碳排放的表达式可表示为:
C t =A(Ba fca茁a+C l茁l+Cd茁d+Cc茁c) (3)
式中:C t 为可燃物燃烧过程中排放的总碳量( t);A
为森林火灾的燃烧面积(hm2);Ba 为未燃烧前某一
单位面积内平均的可燃物载量(t·hm-2);fca为可燃
物中的含碳率;茁a 为可燃物的燃烧效率;C l 为地表
凋落物的碳密度(t·hm-2);茁l 为地表凋落物的燃烧
效率;Cd 为腐殖质的碳密度(t·hm-2);茁d 为腐殖质
的燃烧效率;Cc 为粗木质残体的碳密度( t·hm-2);
茁c 为粗木质残体的燃烧效率.
1郾 4郾 2 含碳气体排放量计量方法摇 森林火灾含碳气
体排放量的计量是利用可燃物燃烧过程中碳排放
量,再利用排放因子法进行含碳气体排放量的计
量[10] .排放因子法是指单位质量干可燃物在燃烧过
程中所排放的某种气体量. 森林火灾中某种含碳气
体的排放量,为该气体的排放因子与燃烧过程中排
放的碳量之积,某种含碳气体的排放量是基于式
(3)提出的森林火灾燃烧损失可燃物载量的计量方
法,其表达式[34]为:
Es =E fs伊C t (4)
式中:Es 为某种含碳气体的排放量(g);E fs为某种含
碳气体的排放因子(g·kg-1);C t 为可燃物燃烧所排
放的碳量(kg).
把式(3)代入式(4):
Es =A(Ba fca茁a+C l茁l+Cd茁d+Cc茁c)E fs (5)
利用式(5)可对可燃物各组分的含碳气体排放
量进行计量.
森林火灾碳排放量和含碳气体排放量计量估算
模型流程图见图 2.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 1953—2011 年小兴安岭林区不同林型的森林
火灾面积分布
由表 1 可以看出,小兴安岭 1953—2011 年间森
林火灾总面积为 821219 hm2 .各林型森林火灾总面
积的大小顺序为:阔叶红松林>针阔混交林>落叶松鄄
白桦混交林>白桦林>落叶松林>阔叶林>针叶林>樟
子松林.其中,阔叶红松林的过火面积最大,占总过
火面积的28 . 9% ,其次为针阔混交林,占21 . 7% ,
图 2摇 森林火灾碳排放量和含碳气体排放量估算模型流
程图
Fig. 2 摇 Flowchart of the estimation model of carbon emission
and carbonaceous gases emission from forest fires.
樟子松林过火面积最小,只占总过火面积的 2. 4% .
针阔混交林(包括阔叶红松林和落叶松鄄白桦混交
林)的森林火灾面积占总过火面积的 66. 4% ,而阔
叶林(包括白桦林)占 17. 2% ,针叶林(包括落叶松
林、樟子松林)占 16. 4% . 单因素方差分析结果表
明,虽然 8 种林型过火面积之间差异较大,但在总体
上林型对森林火灾面积的影响并不明显.
2郾 2摇 1953—2011 年小兴安岭林区不同林型的单位
面积可燃物载量
单位面积可燃物载量地上部分主要包括乔木
(干、枝、叶、皮)、灌木、草本、凋落物、腐殖质、粗木
质残体等.调查结果表明,不同林型各组分的森林可
燃物样本数量为:乔木 96 个样本,灌木、草本、凋落
物、腐殖质均为 288 个样本,粗木质残体 288 个样
本.由图 3 可以看出,阔叶红松林可燃物载量最大,
达到 184. 87 t·hm-2,落叶松鄄白桦混交林其次,为
160. 85 t · hm-2,针叶林可燃物载量最小,仅有
129郾 69 t·hm-2 .
2郾 3摇 1953—2011 年小兴安岭林区各林型中森林可
燃物的含碳率
由表2可以看出,不同林型各组分中的含碳率
960311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 胡海清等: 1953—2011 年小兴安岭森林火灾含碳气体排放的估算摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 1953—2011 年小兴安岭森林火灾的过火面积和火烧强度
Table 1摇 Burned area and fire intensity of forest fires in Xiao Xing爷an Mountain from 1953 to 2011 (hm2)
火烧强度
Fire intensity
林 型 Forest type
A B C D E F G H
总和
Total
玉 116618. 07 19356. 97 24145. 59 59638. 48 3880. 96 8765. 71 23319. 59 95265. 30 350990. 67
域 85516. 75 18033. 25 24702. 79 40210. 85 1775. 48 10275. 35 11107. 08 51417. 56 243039. 11
芋 35279. 82 29128. 59 39596. 99 29821. 27 13642. 22 29657. 27 18213. 52 31850. 32 227190. 00
总和 Total 237414. 64 66518. 81 88445. 37 129670. 60 19298. 66 48698. 33 52640. 19 178533. 18 821219. 78
玉:轻度 Low; 域:中度 Moderate; 芋:重度 High. A:阔叶红松林 Pinus koraiensis forests; B:落叶松林 Larix gmelinii forests; C:白桦林 Betula
platyphylla forests; D:落叶松鄄白桦林 Betula platyphylla-Larix gmelinii forests; E:樟子松林 Pinus sylvestris var. mongolica forests; F:针叶林 Conifer鄄
ous forests; G:阔叶林 Broad鄄leaved forests; H:针阔混交林 Coniferous broad鄄leaved mixed forests. 下同 The same below.
图 3摇 小兴安岭不同林型各组分单位面积可燃物载量
Fig. 3摇 Fuel load per unit area of different forest types in Xiao Xing爷an Mountain (mean依SD, t·hm-2).
表 2摇 小兴安岭林区不同林型各组分的可燃物含碳率
Table 2摇 Carbon content of fuel in different forest components in Xiao Xing爷an Mountain (mean依SD, %)
组分
Component
林型 Forest type
A B C D E F G H
平均值
Mean
乔木 Trees 50. 95依3. 04 52. 15依2. 56 48. 33依1. 68 50. 24依2. 35 50. 18依2. 95 51. 34依1. 71 47. 14依2. 84 50. 02依3. 44 50. 04依1. 62
灌木 Shrubs 49. 75依1. 14 49. 23依1. 48 48. 12依3. 13 49. 24依0. 96 49. 12依2. 38 49. 21依1. 99 46. 87依1. 46 49. 03依2. 59 48. 82依0. 91
草本 Herbs 46. 23依1. 56 47. 12依1. 95 45. 32依0. 97 47. 33依1. 85 46. 18依1. 16 46. 65依1. 32 45. 66依1. 28 46. 12依1. 46 46. 33依0. 68
凋落物 Litter 48. 63依1. 54 48. 34依1. 43 47. 17依1. 34 46. 25依1. 12 47. 46依2. 59 47. 34依1. 67 44. 95依0. 93 48. 15依2. 67 47. 29依1. 21
腐殖质 Humus 45. 50依0. 94 46. 31依0. 97 45. 41依0. 98 45. 23依0. 46 45. 24依1. 34 45. 13依0. 54 44. 35依1. 24 45. 11依0. 83 45. 29依0. 54
粗木质残体 Coarse woody debris 48. 16依1. 87 47. 67依1. 57 46. 29依1. 63 47. 31依1. 79 47. 33依1. 96 47. 02依1. 38 45. 42依1. 08 46. 51依1. 54 46. 96依0. 84
平均值 Mean 48. 20依2. 09 48. 47依2. 06 46. 77依1. 31 47. 60依1. 86 47. 58依1. 82 47. 78依2. 18 45. 73依1. 08 47. 49依1. 88 47. 45依0. 86
从高到低的排列顺序依次为:乔木层>灌木层>凋落
物层>粗木质残体层>草本层>腐殖质层. 同时针叶
林型各组分及林分水平上的含碳率普遍高于阔叶林
型的含碳率.各林型不同组分中的木质部分(乔木、
灌木)的平均含碳率比较接近 0. 5,而非木质部分
(草本、腐殖质)的平均含碳率比较接近 0. 45,凋落
物和粗木质残体由于受外部环境的影响较大,不同
林型中的平均含碳率波动较大.在林型上,针叶林的
含碳率高于针阔混交林,针阔混交林高于阔叶林的
含碳率,其中落叶松林的平均含碳率最高,其次为阔
叶红松林,阔叶林含碳率最低.国际上对各种树种常
采用 0. 5 作为平均的含碳率,国内外研究者大多也
0703 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
采用 0. 5 作为所有树种的平均含碳率,对凋落物、草
本、腐殖质等非木质部分采用 0. 45 这一数值作为平
均含碳率[5,35-38] .本文通过实测,所得结果能更好地
反映森林火灾的碳排放.
2郾 4摇 不同火强度下小兴安岭林区各林型的可燃物
燃烧效率
由表 3 可以看出,在各林型不同组分中,乔木层
的燃烧效率较低,为 0. 02 ~ 0. 26,其次为灌木层,在
0. 07 ~ 0. 26 之间,草本层在 0. 21 ~ 1. 00,凋落物层
最高,在 0. 30 ~ 1. 00.有研究表明,温带森林中地上
部分生物量的燃烧效率为 0. 09 ~ 0. 16,地表部分可
燃物的燃烧效率为 0. 03 ~ 0. 90[6,16],各组分的燃烧
效率与国外研究结果较相符[16] .
2郾 5摇 不同火强度下小兴安岭林区森林可燃物的碳
排放量
由表4可以看出 ,小兴安岭1 9 5 3—2011年
表 3摇 不同火烧强度下小兴安岭林区森林可燃物组分的燃烧效率
Table 3摇 Combustion efficiency of fuel in different forest components under different fire intensities in Xiao Xing爷an Moun鄄
tain (mean依SD,%)
组分
Component
火烧强度
Fire intensity
林型 Forest type
A B C D E F G H
乔木 玉 0. 03依0. 009 0. 06依0. 007 0. 10依0. 018 0. 03依0. 012 0. 11依0. 042 0. 13依0. 054 0. 08依0. 034 0. 02依0. 008
Trees 域 0. 05依0. 016 0. 08依0. 009 0. 13依0. 034 0. 09依0. 013 0. 13依0. 049 0. 19依0. 033 0. 12依0. 034 0. 04依0. 015
芋 0. 08依0. 011 0. 12依0. 027 0. 16依0. 035 0. 11依0. 039 0. 17依0. 053 0. 26依0. 054 0. 15依0. 045 0. 06依0. 039
灌木 玉 0. 09依0. 021 0. 09依0. 014 0. 08依0. 008 0. 09依0. 013 0. 10依0. 016 0. 15依0. 015 0. 11依0. 017 0. 07依0. 014
Shrubs 域 0. 13依0. 027 0. 14依0. 033 0. 15依0. 034 0. 14依0. 041 0. 15依0. 023 0. 23依0. 039 0. 15依0. 025 0. 12依0. 026
芋 0. 18依0. 042 0. 19依0. 046 0. 20依0. 022 0. 18依0. 034 0. 23依0. 045 0. 26依0. 057 0. 21依0. 051 0. 21依0. 044
草本 玉 0. 41依0. 133 0. 55依0. 115 0. 60依0. 154 0. 52依0. 097 0. 62依0. 143 0. 64依0. 114 0. 59依0. 096 0. 21依0. 154
Herbs 域 0. 73依0. 245 0. 83依0. 132 0. 85依0. 084 0. 81依0. 123 0. 85依0. 103 0. 89依0. 098 0. 88依0. 094 0. 45依0. 145
芋 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000
凋落物 玉 0. 34依0. 064 0. 30依0. 018 0. 52依0. 129 0. 31依0. 028 0. 35依0. 026 0. 42依0. 052 0. 55依0. 068 0. 40依0. 052
Litter 域 0. 61依0. 019 0. 44依0. 036 0. 78依0. 164 0. 55依0. 064 0. 65依0. 054 0. 61依0. 046 0. 81依0. 123 0. 62依0. 095
芋 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000 1. 00依0. 000
腐殖质 玉 0. 22依0. 029 0. 18依0. 035 0. 13依0. 041 0. 23依0. 062 0. 32依0. 027 0. 36依0. 023 0. 28依0. 021 0. 12依0. 013
Humus 域 0. 46依0. 054 0. 37依0. 039 0. 36依0. 045 0. 54依0. 045 0. 56依0. 059 0. 69依0. 056 0. 46依0. 034 0. 27依0. 049
芋 0. 85依0. 064 0. 84依0. 095 0. 77依0. 154 0. 87依0. 134 0. 82依0. 039 0. 96依0. 085 0. 85依0. 065 0. 75依0. 098
粗木质残体 玉 0. 11依0. 029 0. 33依0. 065 0. 17依0. 042 0. 12依0. 015 0. 33依0. 056 0. 27依0. 059 0. 21依0. 054 0. 14依0. 017
Coarse woody 域 0. 30依0. 064 0. 45依0. 074 0. 35依0. 044 0. 29依0. 035 0. 46依0. 059 0. 58依0. 092 0. 33依0. 032 0. 25依0. 023
debris 芋 0. 41依0. 045 0. 61依0. 095 0. 52依0. 095 0. 45依0. 038 0. 59依0. 078 0. 75依0. 074 0. 44依0. 067 0. 39依0. 041
表 4摇 不同火强度下小兴安岭林区森林组分的可燃物总碳排放量
Table 4摇 Total carbon emission of fuel of different forest components under different fire intensities in Xiao Xing爷an Moun鄄
tain (103 t)
组分
Component
火烧强度
Fire intensity
林型 Forest type
A B C D E F G H
乔木 玉 221. 67 60. 68 93. 74 102. 06 17. 21 38. 23 53. 89 92. 03
Trees 域 270. 92 75. 37 124. 68 206. 44 9. 30 65. 49 38. 50 99. 35
芋 178. 83 182. 61 245. 97 187. 12 93. 49 258. 67 78. 92 92. 31
灌木 玉 79. 58 4. 88 10. 48 19. 37 1. 61 9. 78 25. 79 57. 48
Shrubs 域 84. 29 7. 07 20. 09 20. 32 1. 11 17. 58 16. 75 53. 18
芋 48. 15 15. 50 42. 95 19. 37 13. 02 57. 37 108. 04 57. 65
草本 玉 115. 16 45. 05 75. 90 99. 08 8. 40 32. 29 71. 93 16. 15
Herbs 域 150. 36 63. 33 110. 01 104. 06 5. 27 52. 64 51. 10 18. 67
芋 84. 97 123. 25 207. 45 95. 27 47. 63 170. 73 95. 22 25. 71
凋落物 玉 195. 33 12. 13 49. 57 83. 71 6. 65 28. 53 52. 75 43. 12
Litter 域 256. 98 16. 57 76. 07 100. 14 5. 65 48. 57 37. 00 36. 07
芋 173. 80 60. 83 156. 33 135. 03 66. 82 229. 83 74. 91 36. 04
腐殖质 玉 113. 82 31. 00 16. 45 85. 37 7. 23 20. 46 44. 54 49. 30
Humus 域 174. 51 59. 36 46. 60 135. 14 5. 78 45. 98 34. 85 59. 87
芋 133. 03 217. 67 159. 78 161. 47 65. 08 184. 64 105. 60 103. 02
粗木质残体 玉 124. 67 37. 33 26. 39 32. 77 10. 50 6. 84 36. 68 82. 25
Coarse woody 域 249. 33 47. 43 55. 60 53. 40 6. 70 17. 23 27. 45 79. 28
debris 芋 140. 58 103. 84 132. 39 61. 46 65. 98 64. 32 60. 02 76. 61
总碳排放 Total carbon emission 2795. 98 1163. 91 1650. 43 1701. 57 437. 42 1349. 21 1013. 95 1078. 09
170311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 胡海清等: 1953—2011 年小兴安岭森林火灾含碳气体排放的估算摇 摇 摇 摇 摇 摇
59 年间碳排放量为 1. 12伊107 t,年均排放量为 1. 90伊
105 t,其中阔叶红松林的碳排放量最多,占总碳排放
量的 24. 5% ;其次是落叶松鄄白桦林,占总碳排放量
的 15. 2% ;樟子松林的碳排放量最少,只占总碳排
放量的 3. 1% .针阔混交林型(包括阔叶红松林和落
叶松鄄白桦林)的燃烧效率较低,其单位过火面积的
碳排放量较少;阔叶林型(包括白桦林)的燃烧效率
高于针阔混交林型,其单位过火面积的碳排放量较
多;针叶林型(包括落叶松林和樟子松林)的燃烧效
率最高,其单位过火面积的碳排放量亦最多.
2郾 6摇 1953—2011 年小兴安岭林区森林可燃物所排
放含碳气体的排放因子
由表 5 可以看出,比较干燥立地类型的林型
(针叶林、阔叶林、落叶松林)的 CO2排放因子较高,
同时 CO、CH4和 NMHC 的排放因子较低,较湿润立
地类型的林型(针阔混交林、阔叶红松林)的 CO2排
放因子较低,而 CO、CH4和 NMHC的排放因子较高.
这是因为 CO2是森林可燃物在氧气供应较为充分下
完全燃烧的产物;当森林可燃物不完全燃烧时,就易
产生较多的 CO、CH4和 NMHC,导致其排放因子较
高.在各组分之间,干燥和较易着火组分(草本层和
凋落物层)的 CO2排放因子较高,而较湿润和难燃的
组分(乔木层)的 CO2排放因子相对较低.
2郾 7摇 各林型可燃物载量所排放的含碳气体量
由表 6 可以看出,1953—2011 年小兴安岭林区
共排放 CO2 3. 39伊107 t,排放 CO 1. 94伊105 t,排放
CH4 1. 09伊105 t,排放 NMHC 7. 46伊104 t,含碳气体
CO2、CO、CH4和 NMHC 的年均排放量分别为 5. 74伊
105、3. 29伊104、1. 85伊103和 1. 27伊103 t,分别占全国
年均森林火灾各含碳气体排放量的 1. 4% 、1. 2% 、
1. 7%和 1. 1% .阔叶红松林的森林火灾面积占该区
总过火面积的 28. 9% ,但由于阔叶红松林是地带性
植被类型,轻度火烧强度所占的比例较大,其 CO2排
放量仅占总 CO2排放量的 25. 8% .而针叶林的过火
面积虽只占总过火面积的 5. 9% ,但其 CO2排放量
却占该区总森林火灾 CO2排放量的 12. 6% .
表 5摇 小兴安岭林区不同可燃物类型燃烧主要含碳气体的排放因子
Table 5摇 Emission factors for main carbonaceous gases emitted from various types of fuel burning in Xiao Xing爷an Mountain
(mean依SD, g·kg-1 C)
组分
Component
含碳气体类型
Carbonaceous
gases type
林 型 Forest type
A B C D E F G H
乔木 CO2 3099. 47依145. 33 3145. 64依91. 15 3295. 58依147. 18 3149. 23依177. 24 3241. 46依79. 45 3335. 30依84. 57 3315. 24依117. 48 3048. 56依188. 14
Trees CO 254. 49依29. 34 208. 87依41. 46 187. 49依38. 24 144. 28依27. 87 198. 36依45. 34 129. 34依47. 94 142. 56依39. 68 231. 45依49. 62
CH4 11. 21依3. 21 10. 51依2. 12 13. 32依2. 46 9. 53依1. 34 8. 36依2. 57 7. 12依2. 67 12. 24依3. 59 8. 74依2. 72
NMHC 7. 24依1. 11 8. 25依2. 23 6. 41依0. 89 5. 52依2. 31 9. 27依1. 24 6. 82依0. 78 7. 94依1. 52 6. 26依1. 32
灌木 CO2 3099. 24依222. 15 3165. 48依245. 46 3325. 47依156. 27 3241. 75依137. 57 3313. 24依186. 37 3363. 18依89. 46 3269. 12依127. 64 3014. 48依159. 46
Shrubs CO 211. 24依23. 42 189. 33依34. 24 163. 45依12. 45 184. 43依25. 34 156. 26依19. 67 156. 31依25. 99 110. 22依34. 90 201. 23依15. 30
CH4 12. 23依1. 24 11. 03依2. 16 9. 12依1. 12 10. 30依1. 57 10. 00依1. 46 9. 13依0. 86 12. 88依1. 21 8. 26依0. 89
NMHC 8. 11依1. 10 6. 93依0. 79 6. 44依0. 86 9. 42依0. 79 9. 33依0. 47 8. 24依1. 16 7. 74依1. 20 6. 48依1. 24
草本 CO2 3154. 23依133. 12 3168. 61依114. 25 3312. 36依159. 54 3178. 28依124. 64 3297. 24依124. 34 3346. 17依184. 56 3379. 87依164. 25 3112. 12依135. 35
Herbs CO 189. 33依26. 31 199. 32依33. 32 169. 25依26. 46 154. 55依19. 56 155. 24依29. 16 134. 33依35. 36 143. 79依34. 46 186. 67依42. 16
CH4 10. 15依1. 34 9. 48依1. 36 11. 39依2. 59 9. 89依1. 89 9. 37依1. 52 7. 03依1. 61 10. 01依1. 33 9. 35依1. 28
NMHC 6. 81依1. 11 7. 92依2. 23 9. 35依1. 31 6. 38依1. 28 8. 49依1. 11 7. 55依1. 01 7. 26依0. 91 6. 12依0. 57
凋落物 CO2 3211. 15依159. 65 3179. 36依168. 78 3359. 15依129. 51 3225. 15依186. 58 3300. 01依100. 35 3309. 25依178. 35 3329. 87依139. 18 3009. 35依168. 28
Litter CO 177. 35依21. 34 175. 98依34. 69 178. 29依18. 26 164. 23依29. 64 164. 89依35. 35 159. 78依19. 37 168. 97依28. 46 158. 12依39. 22
CH4 11. 36依1. 57 10. 59依1. 68 10. 87依2. 24 10. 29依2. 33 9. 31依0. 98 8. 04依1. 25 11. 24依1. 27 9. 05依1. 24
NMHC 7. 33依1. 02 6. 84依0. 78 8. 16依1. 14 7. 18依1. 11 6. 59依1. 47 7. 21依1. 24 6. 70依0. 48 6. 29依0. 67
腐殖质 CO2 3111. 21依145. 42 3154. 68依187. 26 3298. 28依167. 34 3227. 71依128. 36 3357. 21依189. 46 3345. 11依125. 64 3297. 10依134. 48 3101. 21依154. 33
Humus CO 167. 66依17. 62 194. 48依25. 27 175. 78依23. 14 194. 34依30. 01 148. 81依18. 54 172. 29依19. 34 129. 48依31. 25 178. 29依19. 34
CH4 11. 47依0. 57 10. 28依1. 09 10. 47依0. 97 9. 69依1. 21 9. 09依0. 95 10. 35依1. 29 11. 24依1. 48 9. 11依1. 42
NMHC 7. 06依0. 31 7. 65依0. 84 7. 25依0. 71 6. 21依0. 49 7. 28依0. 52 8. 11依1. 01 8. 27依1. 14 7. 23依1. 18
粗木质残体 CO2 3015. 21依213. 45 3029. 32依189. 97 3159. 57依248. 27 3329. 68依234. 49 3187. 29依145. 27 3267. 19依140. 19 3287. 19依234. 12 3012. 26依109. 21
Coarse woody CO 241. 18依18. 26 213. 24依33. 36 193. 17依25. 24 187. 16依18. 88 211. 67依28. 47 187. 24依37. 14 187. 34依24. 29 215. 34依19. 17
debris CH4 11. 39依1. 18 11. 24依1. 79 12. 12依1. 47 10. 19依1. 10 9. 12依1. 49 8. 09依1. 19 11. 31依2. 46 8. 14依1. 24
NMHC 6. 76依1. 04 7. 46依1. 17 7. 24依0. 48 6. 59依0. 74 8. 16依0. 79 7. 26依0. 84 8. 15依0. 97 6. 21依1. 01
NMHC:非甲烷烃 Nonmethane hydrocarbons.下同 The same below.
2703 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 6摇 小兴安岭林区各林型不同组分的可燃物燃烧排放的主要含碳气体量
Table 6摇 Main carbonaceous gases emission of the fuel burning of different forest components in Xiao Xing爷 an Mountain
(mean依SD, t)
组分
Component
含碳气体类型
Carbonaceous
gases type
林 型 Forest type
A B C D E F G H
乔木
Trees
CO2 2081065. 02依
97578. 35
765308. 46依
22176. 05
1119536. 6依
49998. 30
910683. 61依
51253. 66
358808. 52依
8794. 60
990226. 15依
25108. 21
440305. 43依
15602. 82
561986. 70依
34682. 66
CO 170871. 23依
19699. 64
50816. 36依
10086. 88
63691. 95依
12990. 45
41722. 40依
8059. 35
21957. 16依
5018. 84
38400. 10依
14233. 04
18933. 75依
5270. 00
42666. 64依
9147. 20
CH4 7526. 69依
2155. 28
2557. 00依
515. 78
4524. 92依
835. 68
2755. 85依
387. 50
925. 40依
284. 48
2113. 88依
792. 70
1625. 63依
476. 80
1611. 18依
501. 42
NMHC 4861. 12依
745. 28
2007. 16依
542. 54
2177. 53依
302. 34
1596. 25依
668. 00
1026. 13依
137. 26
2024. 81依
231. 58
1054. 53依
201. 88
1154. 00依
243. 34
灌木
Shrubs
CO2 657082. 17依
47098. 90
86908. 36依
6739. 11
244483. 18依
11488. 72
191475. 20依
8125. 62
52149. 60依
2933. 42
284999. 31依
7580. 93
492247. 55依
19219. 39
507380. 95
依26839. 44
CO 44785. 83依
4965. 37
5198. 06依
940. 06
12016. 58依
915. 30
10893. 43依
1496. 72
2459. 49依
309. 60
13245. 87依
2202. 42
16596. 37依
5255. 07
33869. 94依
2575. 21
CH4 2592. 93依
262. 90
302. 83依
59. 30
670. 49依
82. 34
608. 37依
92. 73
157. 40依
22. 98
773. 69依
72. 88
1939. 41依
182. 20
1390. 28依
149. 80
NMHC 1719. 43依
233. 22
190. 26依
21. 69
473. 46依
63. 23
556. 40依
46. 66
146. 85依
7. 40
698. 27依
98. 30
1165. 45依
180. 69
1090. 68依
208. 71
草本
Herbs
CO2 1105551. 61依
46658. 31
733964. 75依
26464. 43
1302925. 11依
62755. 46
948414. 58依
37193. 20
202111. 38依
7621. 69
855497. 83依
47185. 49
737665. 49依
35847. 99
188369. 17依
8192. 41
CO 66359. 80依
9221. 60
46169. 73依
7718. 12
66574. 91依
10408. 11
46118. 49依
5836. 80
9515. 77依
1787. 42
34343. 45依
9040. 31
31382. 54依
7520. 99
11298. 69依
2551. 84
CH4 3557. 56依
469. 67
2195. 91依
315. 03
4480. 29依
1018. 78
2951. 23依
563. 99
574. 35依
93. 17
1797. 32依
411. 62
2184. 71依
290. 28
565. 93依
77. 48
NMHC 2386. 89依
389. 05
1834. 56依
516. 55
3677. 85依
515. 29
1903. 82依
381. 96
520. 41依
68. 04
1930. 27依
258. 22
1584. 51依
198. 61
370. 43依
34. 50
凋落物
Litter
CO2 2010496. 83依
99956. 66
284633. 97依
15110. 12
947209. 15依
36519. 08
1028424. 06依
59495. 95
261107. 52依
7940. 02
1015726. 10依
54741. 94
548313. 66依
22918. 10
346765. 05依
19390. 77
CO 111038. 60依
13360. 95
15754. 71依
3105. 64
50274. 00依
5148. 93
52369. 06依
9451. 50
13046. 63依
2797. 01
49042. 14依
5945. 34
27823. 48依
4686. 37
18220. 04依
4519. 29
CH4 7112. 48依
982. 97
948. 08依
150. 40
3065. 11依
631. 63
3281. 24依
742. 98
736. 64依
77. 54
2467. 76依
383. 67
1850. 84依
209. 12
1042. 82依
142. 88
NMHC 4589. 30依
638. 62
612. 35依
69. 83
230. 09依
321. 46
2289. 53依
353. 95
521. 42依
116. 31
2213. 00依
380. 60
1103. 26依
79. 04
724. 79依
77. 20
腐殖质
Humus
CO2 1310945. 05依
61274. 43
971721. 65依
57680. 84
734944. 54依
37287. 80
1232913. 34依
49030. 66
262171. 26依
14795. 31
839904. 70依
31546. 24
609923. 70依
24877. 18
658032. 66依
32746. 63
CO 70645. 52依
7424. 39
59904. 79依
7783. 80
39168. 46依
5156. 21
74233. 55依
11463. 15
11620. 87依
1447. 83
43259. 32依
4855. 97
23952. 24依
5780. 87
37830. 60依
4103. 67
CH4 4833. 02依
240. 18
3166. 50依
335. 75
2332. 99依
216. 14
3701. 36依
462. 19
709. 86依
74. 19
2598. 72依
323. 90
2079. 26依
273. 78
1933. 01依
301. 30
NMHC 2974. 81依
130. 62
2356. 39依
258. 74
1615. 49依
158. 21
2372. 08依
187. 17
568. 51依
40. 61
2036. 29依
253. 60
1529. 85依
210. 89
1534. 10依
250. 38
粗木质残体
Coarse woody
CO2 1551574. 46依
109837. 65
571341. 70依
35829. 09
677326. 60依
53222. 39
491575. 18依
34618. 78
265103. 65依
12082. 87
288814. 51依
12392. 58
408115. 22依
29066. 75
717327. 74依
26006. 84
debris CO 124107. 02依
9396. 28
40217. 91依
6291. 83
41410. 44依
5410. 78
27631. 25依
2787. 34
17605. 71依
2368. 00
16551. 72依
3283. 12
23258. 86依
3015. 68
51280. 22依
4565. 07
CH4 5861. 10依
607. 21
2119. 91依
337. 60
2598. 20依
315. 13
1504. 39依
162. 40
758. 56依
123. 93
715. 14依
105. 19
1404. 17依
305. 42
1938. 43依
295. 29
NMHC 3478. 58依
535. 17
1406. 99依
220. 67
1552. 06依
102. 91
972. 91依
109. 25
678. 71依
65. 71
641. 77依
74. 25
1011. 85依
120. 43
1478. 82依
240. 52
3摇 讨摇 摇 论
在 1953—2011 年的 59 年间,小兴安岭林区森
林火灾碳排放量为 1. 12 伊107 t,年均碳排放量为
1郾 90伊105 t,约占全国年均森林火灾碳排放量[15]的
1郾 7% ;含碳气体 CO2、CO、CH4和 NMHC的排放量分
别为 3. 39伊107、1. 94伊105、1. 09伊105和 7. 46伊104 t,
含碳气体 CO2、CO、CH4和 NMHC 的年均排放量分
别为 5. 74伊105、3. 29伊104、1. 85伊103和 1. 27伊103 t,
分别占全国年均森林火灾各含碳气体排放量[15]的
1. 4% 、1. 2% 、1. 7%和 1. 1% ;年均 CO2、CO、CH4的
排放量分别占我国生物质燃烧年均排放的各污染物
量[39]的 0. 2% 、0. 2%和 0. 3% .由此可见,小兴安岭
森林火灾直接碳排放量及含碳气体排放量对该区域
的碳平衡和碳循环产生一定的影响. 小兴安岭林区
59 年间森林火灾的碳排放量及含碳气体排放量占
370311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 胡海清等: 1953—2011 年小兴安岭森林火灾含碳气体排放的估算摇 摇 摇 摇 摇 摇
全国的比例较大兴安岭林区小,主要是因为该区属
于温带森林,年均森林火灾发生的次数比大兴安岭
相对较少[23],因而其所排放的碳量及含碳气体量
较少.
不同林型间的燃烧效率及排放因子均有较大的
差异,同种林型不同组分之间的燃烧效率及排放因
子亦存在较大的区别. 在森林生态系统的可持续经
营与管理中,应注重碳的减排效应与碳增汇效应,营
造既能有效增加森林碳汇,又能有效减少森林火灾
碳排放的林分结构与类型.研究表明:从林型的各组
分来看,乔木层的燃烧效率最低,灌木层和粗木质残
体层其次,凋落物层燃烧效率最高;从林型的林分水
平来看,纯针叶林的燃烧效率最高,樟子松林和白桦
林其次,而阔叶红松林的燃烧效率最低.在同一组分
中,不同林型的燃烧效率相差较大,如在凋落物层
中,针叶林型和针阔混交林型的燃烧效率比较低,而
阔叶林型树种的燃烧效率比较高.同时发现,针阔混
交林型单位过火面积的碳排放量较少;阔叶林型单
位过火面积的碳排放量较多;针叶林型的燃烧效率
最高,其单位过火面积的碳排放量亦最多. 因此,在
森林的经营管理中,应注重该区地带性植被类型阔
叶红松林的营造,充分发挥地带性植被在碳减排增
汇中的作用,抑制先锋树种的生长,从而实现碳增汇
效应[40-41] .同时,应充分考虑森林碳汇效应,积极营
造针阔混交林,避免营造纯林,特别是针叶纯林.
火强度与燃烧效率密切相关.火强度是决定燃
烧效率的重要因子,从而决定森林火灾的碳排放量.
在森林火灾的发生、发展过程中,其火行为受可燃物
类型、载量及燃烧性、天气条件、立地条件等的制约,
影响了火强度和火烈度,进而影响燃烧效率,对森林
火灾碳排放产生决定性的作用.本研究中,针阔混交
林(包括阔叶红松林和落叶松鄄白桦林)的森林火灾
面积占总过火面积的 66. 4% ,但由于针阔混交林中
轻度火烧强度所占的比重较大,导致燃烧效率较低,
森林火灾中碳排放量仅占总碳排放量的 49. 3% ;阔
叶林(包括白桦林)中度火烧强度所占的比重较大,
燃烧效率较针阔混交林高,森林火灾面积占总过火
面积的 17. 2% ,而森林火灾中所排放的碳量占
23郾 8% ;针叶林(包括落叶松林、樟子松林)重度火
烧强度所占的比重较大,燃烧效率最高,虽然火烧面
积仅占总过火面积的 16. 4% ,但其排放的碳量占总
碳排放量的 26. 9% .说明火强度对森林火灾的碳排
放具有重要影响.为了控制及降低火强度,减少森林
火灾碳排放,须加强森林可燃物的可持续管理,调控
森林可燃物的燃烧性[42-43],特别是在气候寒冷干燥
的小兴安岭温带森林,地表可燃物不易被分解,只有
实施科学合理的计划烧除,减少地表可燃物的积累,
降低发生森林大火的可燃物条件,充分发挥火因子
的有效调节作用,以维持生态系统可持续发展的动
态平衡[23],从而使森林防火工作走上现代林火生态
系统管理的正确路径.
火强度是影响排放因子的重要因子,影响着森
林火灾各排放气体的种类及比例.本研究表明,在立
地条件较干燥的林型(针叶林、阔叶林、落叶松林)
中 CO2排放因子较高,而 CO、CH4和 NMHC 的排放
因子较低;在较湿润的林型(针阔混交林、阔叶红松
林)中 CO2排放因子较低,而 CO、CH4和 NMHC的排
放因子较高.这是因为森林可燃物燃烧时,氧气供应
较为充分,完全燃烧产生 CO2;而氧气供应不充分
时,森林可燃物不完全燃烧,易产生较多的 CO、CH4
和 NMHC,导致其排放因子较高.在各组分之间,比
较干燥和较易着火组分 (草本层和凋落物层)的
CO2排放因子较高,而较湿润和难燃的组分(乔木
层)的 CO2排放因子相对较低. 其中,阔叶红松林的
森林火灾面积占该区总森林火灾面积的 28. 9% ,但
由于阔叶红松林是地带性植被类型,林内湿润不易
燃烧,因而轻度火烧强度所占的比例较大,其 CO2排
放量仅占该区总森林火灾 CO2排放量的 25. 8% ;针
阔混交林的森林火灾面积占该区总森林火灾面积的
21. 7% ,但其 CO2排放量仅占该区总森林火灾 CO2
排放量的 8. 8% ;针叶林的森林火灾面积占该区总
森林火灾面积的 5. 9% ,但其 CO2排放量却占该区
总森林火灾 CO2排放量的 12. 6% . 为了控制火强
度、减少含碳气体排放,应加强森林可燃物的可持续
管理,积极营造针阔混交林,尤其是该区的地带性植
被类型阔叶红松林.
由于森林生态系统的异质性和复杂性,在计量
森林火灾碳排放和含碳气体排放量时,计量模型
(图 2)中涉及到林型、火灾面积、可燃物载量、可燃
物性质及燃烧性、可燃物含碳率、燃烧效率、排放因
子、火强度、火烈度等一系列的参数. 本文从林分水
平上充分考虑森林火灾碳排放的各种计量参数. 森
林火灾的燃烧是在林分水平上进行的,其所燃烧的
可燃物载量在空间上包括乔木、灌木、草本、凋落物、
腐殖质、粗木质残体 6 个层次,研究中把每种林型的
森林可燃物分成 6 个组分分别计量,并分别测定各
组分可燃物载量、可燃物含碳率、燃烧效率、排放因
子,在理论上有助于更准确、有效地计量森林火灾的
4703 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
碳排放量.但由于森林生态系统的异质性,火灾的发
生、发展受多种因素的制约,因而难以定量地进行火
灾碳排放量的计量,特别是对燃烧效率和排放因子
的测定. 本文通过野外火烧迹地调查与室内控制环
境试验相结合,对燃烧效率和排放因子进行确定,但
在实际测定中未考虑森林火灾中实际的火行为,以
及地形等立地条件的影响. 今后仍需进一步发展和
完善各种分析方法,为更准确地计量森林火灾碳排
放和含碳气体排放量奠定基础.
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作者简介 摇 胡海清,男,1961 年生,博士,教授. 主要从事森
林生态学研究,发表论文 140 篇. E鄄mail: huhq鄄cf@ nefu. edu.
cn
责任编辑摇 李凤琴
6703 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷