全 文 ：丰林自然保护区森林可燃物模型的建立*
吴志伟1 摇 贺红士1**摇 梁摇 宇1 摇 罗摇 旭1 摇 蔡龙炎1 摇 龙摇 静2
( 1中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室, 沈阳 110164; 2广西师范学院资源与环境科学学院, 南
宁 530001)
摘摇 要摇 从潜在林火行为的角度出发,依据可燃物的关键参数,利用系统聚类方法在丰林自
然保护区建立标准森林可燃物模型.结果表明: 丰林自然保护区可建立 3 个标准可燃物模型,
代表性植被类型分别为阔叶红松林(模型 FL鄄玉)、云冷杉林(模型 FL鄄域)和杨桦林(模型 FL鄄
芋) .依据可燃物的林分结构与组成、地表覆盖类型、水平与垂直连续性等,本研究建立的 FL鄄
玉、FL鄄域和 FL鄄芋模型与加拿大 CFBPS 可燃物分类系统中的 C鄄5、C鄄2 和 D鄄1 模型相似. 3 个
标准可燃物模型的地表和垂直结构特征,可为野外工作者判定可燃物模型提供帮助.
关键词摇 森林可燃物摇 可燃物模型摇 林火行为摇 丰林自然保护区
文章编号摇 1001-9332(2012)06-1503-08摇 中图分类号摇 S762. 1摇 文献标识码摇 A
Establishment of standard forest fuel models for Fenglin Natural Reserve, Heilongjiang
Province, China. WU Zhi鄄wei1, HE Hong鄄shi1, LIANG Yu1, LUO Xu1, CAI Long鄄yan1, LONG
Jing2 ( 1State Key Laboratory of Forest and Soil Ecology, Institute of Applied Ecology, Chinese Acad鄄
emy of Sciences, Shenyang 110164, China; 2College of Resources and Environmental Science, Guan鄄
gxi Teachers Education University, Nanning 530001, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(6):
1503-1510.
Abstract: From the viewpoint of forest fire behavior, and based on the key parameters of fuels,
three standard forest fuel models for the forests differed significantly in fuel characteristics and local
environmental conditions in Fenglin Natural Reserve were established by using hierarchical cluster
analysis. The three models were FL鄄玉, FL鄄域, and FL鄄芋 for the broadleaved鄄Korean pine forest,
spruce鄄fir forest, and poplar鄄birch forest, the representative forest types in the Reserve, respective鄄
ly. According to the forest structure and composition, land cover type, and horizontal and vertical
continuity, the three models FL鄄玉, FL鄄域, and FL鄄芋 were similar to the models C鄄5, C鄄2, and
D鄄1 in Canada CFBPS fuel classification system, respectively. The forest ground features and the
horizontal and vertical characteristics of the three models established in this paper could help the in鄄
vestigators to identify the fuel types in fuel inventory.
Key words: forest fuel; fuel model; forest fire behavior; Fengling Natural Reserve.
*中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX2鄄YW鄄444)和国家自然
科学基金项目(41071120)资助.
**通讯作者. E鄄mail: heh@ missouri. edu
2011鄄09鄄04 收稿,2012鄄03鄄21 接受.
摇 摇 森林可燃物、气象和地形是影响林火发生和林
火行为的主要因子,其中,森林可燃物是人类唯一能
够掌控的林火因子[1-2] .森林可燃物调查、分类和描
述等对火险界定、林火行为预测和林火效应评估至
关重要.可燃物的性质、大小、紧密度、载量、湿度、化
学性质和空间分布格局等特性皆会影响林火的发
生、强度和蔓延速度等. 因此,制定科学合理的林火
管理策略必须对森林可燃物有一个全面、系统的了
解[3-5] .
森林可燃物在结构和分布上有巨大的时空变异
性.在时间上,即使是同一林型的不同演替阶段,可
燃物类型也会不同,长期的演替过程造成了森林可
燃物的时间复杂性[6];在空间上,不同林型、环境条
件、自然干扰(风或火)或人为干扰(采伐或造林)的
作用可形成不同的可燃物类型,这些因子间错综复
杂的相互作用,造成了森林可燃物的空间复杂
性[7] .由于森林可燃物在层次、形态、数量和理化特
征上的巨大时空变异性,难以对其全面描述,建立标
准的森林可燃物分类体系并预测其潜在林火行为成
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 6 月摇 第 23 卷摇 第 6 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, Jun. 2012,23(6): 1503-1510
为国际上森林可燃物研究的焦点[4] . 标准森林可燃
物类型实际上是一套描述可燃物的标准参数或属
性,将这些参数输入林火行为模拟模型,可以预测林
火类型、蔓延速度与强度,管理和决策部门可以据此
来确定反应时间和扑救措施.
美国[8]、加拿大[9]和澳大利亚[10]等国家都完成
了森林可燃物模型的建立,在林火管理中发挥了重
要作用.目前,美国主要有 2 个林火模拟系统,即国
家火险等级系统( national fire danger rating system,
NFDRS) [11]和火行为与可燃物模拟系统(fire behav鄄
ior prediction and fuel model system, BEHAVE) [12] .
NFDRS将可燃物分为草地、灌木、森林和采伐迹地 4
个类型组,在 4 个类型组内划分了 20 个可燃物模
型,每个模型都具有不同的可燃物床特征. BEHAVE
在 NFDRS的基础上,将原有的 20 个可燃物模型进
一步整合为 13 个可燃物模型.近 10 年来,美国可燃
物分类得到了进一步发展.如 Sandberg等[13]建立了
可燃物特征分类系统( fuel characterization classifica鄄
tion system,FCCS),将可燃物划分为 6 个可燃物床
(树冠、灌木、低矮植被、木质残体、枯枝落叶和半腐
殖质等),在每个可燃物床内又划分 2 个或 2 个以上
可燃物模型. Scott 和 Burgan[14]在 BEHAVE 的基础
上划分了 43 个标准可燃物模型,该系统共涵盖 7 个
类型组,分别为草地类组、草鄄灌类组、灌木类组、草鄄
灌鄄乔木类组、枯枝鄄落叶鄄乔木类组、采伐(风倒)遗
弃物类组和不可燃区,每个类组内又根据可燃物载
量、高度和盖度等参数划分了若干个可燃物模型.加
拿大森林火险等级系统(CFFDRS)包括 2 个主要子
系统,即加拿大火险天气指标系统(FWI)和加拿大
林火行为预报系统(CFFBP),其中,FWI只采用 1 种
可燃物模型进行火险预报,CFFBP 系统包括 5 个类
型组(针叶林、阔叶林、混交林、采伐迹地和草地)共
16 个可燃物模型[9] .澳大利亚火险等级预报系统较
多,但应用最广泛的是 McArthur[15-16]于 20 世纪 60
年代建立的 McArthur 森林火险等级预报系统和
McArthur 草地火险等级预报系统.澳大利亚的火险
等级系统仅有 3 个可燃物模型,即草地、桉树林和石
楠树丛 /灌木模型.林火研究人员通过对美国北方林
火实验室可燃物分类系统进行简化和修改,形成了
适合地中海气候的 Prometheus 分类系统,包括 7 个
可燃物模型.欧洲一些国家也建立了可燃物分类系
统,如 Dimitrakopoulos[17]参考 Prometheus 分类系统
建立了 7 个希腊可燃物模型. Harvey 等[18]在瑞士划
分了 6 个可燃物模型,并编制了可燃物模型图.葡萄
牙[19]和英国[20]的森林火险等级系统正在建立中.
中国的森林可燃物分类研究也有进展,但目前还缺
乏统一的规范,只在个别地区的小尺度上进行了一
些探讨[21-24],大尺度乃至国家尺度的可燃物分类工
作还没有开展,研究水平落后于发达国家,限制了我
国林火模拟系统的开发和应用[25-26] .
小兴安岭丰林自然保护区自然资源丰富、植被
群落类型复杂多样,是我国目前最典型和保存最完
整的原生阔叶红松混交林分布区之一,也是中国和
亚洲东北部具代表性的温带原始红松针阔叶混交林
区.但是,由于长期以来受外界干扰(人为或自然)
较少,单纯依赖自然演替和更新,保护区龄组老化日
趋严峻,林内地表可燃物载量较高,极易引发森林火
灾.因此,本研究在分析丰林自然保护区森林可燃物
特性的基础上,参照国际上主要可燃物分类标准,建
立丰林自然保护区标准可燃物模型,并借助计算机
模型预测,分析了其火行为特征,以辅助林火管理和
决策.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
丰林自然保护区(48毅02忆—48毅12忆 N,128毅58忆—
129毅15忆 E)位于小兴安岭南坡中段北缘,地处黑龙
江省伊春市五营林业局境内,总面积 18165郾 4 hm2,
森林覆被率 95% . 保护区地形平缓,属低山丘陵地
形,呈孤岛状,三面环水,海拔在 285 ~ 688 m. 境内
主要有汤旺河、丰林河和平原河等 9 条河流,以及季
节性流水的小溪,纵贯全区,构成一个完整的水系.
受东亚海洋气流及西伯利亚寒流的双重影响,具有
大陆性及季风气候相结合的特点,气候严寒,总体上
冬季漫长寒冷、夏季短促湿润.年均气温-0郾 5 益,极
端最高气温 34郾 9 益,极端最低气温-44郾 5 益,年均
降水量 640郾 5 mm.土壤主要是发育在阔叶红松林下
的地带性土壤———暗棕色森林土,成土母质以花岗
岩和片麻岩的风化物为主.
保护区植被类型多样,属长白山植物区系小兴
安岭亚区,地带性植被为温带针阔叶混交林.针叶树
种有红松(Pinus koraiensis)、臭冷杉(Abies nephrole鄄
pis)、云杉(Picea jezoensis)和兴安落叶松(Larix gme鄄
linii)等;阔叶树有椴树(Tilia amurensis)、枫桦(Bet鄄
ula costata)、水曲柳 ( Fraxinus mandhurica)、黄檗
(Phellodendron amurense)、胡桃楸(Juqlans mandshu鄄
rica)、榆树(Ulmus spp郾 )、色木槭(Acer mono)、柞树
(Quercus mongolica)、白桦(Betula platyphylla)和山
4051 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 23 卷
杨(Populus davidiana)等.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 野外调查摇 2009 和 2010 年在丰林自然保护
区设置 52 块 20 m伊20 m的典型代表样地.在每个样
地内,记录地理位置(经纬度)、海拔(m)、坡度(毅)、
坡向(东、南、西、北、东北、西北、西南和东南)和坡
位(上、中和下)等立地条件以及样地郁闭度、胸径
(cm)、树高(m)和枝下高(m)等林分调查因子. 在
20 m伊20 m样方内 28 m 对角线上的 7、14 和 21 m
处分别设置 1 m伊1 m和 2 m伊2 m小样方各 3 块,用
于调查地表死可燃物、草本和灌木层(图 1).在 1 m
伊1 m小样方内,测量草本的高度和盖度,并收割全
部草本,称其湿质量并取样装袋;在 2 m伊2 m 小样
方内,测量灌木的高度和盖度,并收割全部灌木,称
其湿质量并取样装袋;在 1 m伊1 m 小样方内,收集
不同时滞的地表死可燃物和半腐殖,野外称其湿质
量并取样装袋.可燃物分类标准:1 h 时滞可燃物为
直径(D)臆0郾 64 cm 的小枝、树叶以及枯死杂草;10
h时滞可燃物为 0郾 64 cm
105 益下连续烘干 24 ~ 48 h 至恒量,用电子秤称量,
计算样方内不同可燃物的含水率. 可燃物含水率 =
(可燃物湿质量鄄可燃物干质量) /可燃物干质量 伊
100% .根据样方内不同可燃物的含水率,推算出样
方内各类型可燃物干质量.
1郾 2郾 3 可燃物类型划分摇 采用系统聚类分析(hierar鄄
chical cluster analysis)方法划分可燃物类型,聚类变
量包括半腐殖层厚度和载量、凋落物厚度和载量、草
本和灌木的高度、盖度和载量以及1、10和100 h时
图 1摇 样地布局图
Fig. 1摇 Plot layout diagram郾
A:灌木层调查 Shrub layer survey; B:草本和枯枝落叶层调查 Herba鄄
ceous, litter layer survey郾
滞地表死可燃物载量. 聚类分析的基本思想是根据
一批野外调查样品的多个观测变量,识别能度量样
品之间相似程度的关键变量,以这些关键变量为分
类依据,把不同的可燃物类型一一区分出来[28] . 系
统聚类分析采用欧几里得距离(Euclidean distances)
为相似性衡量尺度,依据华氏方法(Ward爷s method)
进行聚类.聚类之前,所有变量值均标准化为 Z 分
值.采用 Kruskal鄄Wallis 方法检验聚类变量的差异
性,差异显著性水平设为 琢 = 0郾 05.通过系统聚类分
析划分出若干个可燃物类型后,将同一类型内所有
样品的可燃物参数取平均值并赋予相应的可燃物类
型,从而得到若干个可燃物类型及其属性.
采用 Behave Plus 5郾 0 软件模拟在极易发生(湿
度低)、易发生(湿度中)和可能发生(湿度高)3 个
森林火情下各个可燃物类型的潜在林火行为(表
1),模型输出变量为蔓延速度(m·min-1)、单位面
积热值(J·m-2)、火线强度(kW·m-1)和火焰长度
(m).将各可燃物类型的潜在林火行为进行比较,将
林火行为一致或相似的可燃物类型再次合并,形成
最终的丰林自然保护区标准可燃物模型.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 可燃物类型的划分
丰林保护区主要针叶林为冷杉林、云冷杉林和
云冷杉鄄红松林,差异性体现在凋落物厚度、载量和
灌木高度;阔叶林主要为白桦林、山杨林、山杨鄄白桦
林、柞树林、枫鄄桦林和椴树林,差异性体现在凋落物
厚度和载量、半腐殖层厚度和载量、1 h 和 100 h 时
滞载量、灌木高度、草本高度、盖度和载量;主要混交
林为阔叶红松混交林(针阔混交之针叶优势)和红
松阔叶混交林(针阔混交之阔叶优势),差异性体现
在凋落物载量,其他参数差异不显著(表 2).
表 1摇 低、中和高可燃物湿度情景值
Table 1 摇 Fuel moisture content values for the low, mode鄄
rate and high scenarios (%)
可燃物
Fuels
可燃物湿度情景
Fuel moisture content scenarios
低
Low
中
Moderate
高
High
1 h时滞可燃物
1 h time鄄lag fuel
3 8 12
10 h时滞可燃物
10 h time鄄lag fuel
4 9 13
100 h时滞可燃物
100 h time鄄lag fuel
5 10 14
活草本可燃物
Live herbaceous
70 120 120
活木本可燃物
Live woody
70 120 170
50516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴志伟等: 丰林自然保护区森林可燃物模型的建立摇 摇 摇 摇
表 2摇 可燃物参数 Kruskal鄄Wallis检验
Table 2摇 Kruskal鄄Wallis significance values for fuel charac鄄
teristics
变量
Variable
针叶林
Coniferous
forest
阔叶林
Broad鄄
leaved
forest
针阔混交林
Mixed
coniferous鄄
broadleaf
forest
凋落物厚度
Litter depth
0郾 000** 0郾 043* 0郾 379
凋落物载量
Litter loading
0郾 000** 0郾 043* 0郾 006*
半腐殖层厚度
Duff depth
0郾 036* 0郾 000** 0郾 161
半腐殖层载量
Duff loading
0郾 631 0郾 000** 0郾 938
1 h时滞载量
1 h time鄄lag loading
0郾 917 0郾 000** 0郾 977
10 h时滞载量
10 h time鄄lag loading
0郾 058 0郾 149 0郾 760
100 h时滞载量
100 h time鄄lag loading
0郾 235 0郾 014* 0郾 669
灌木高度
Shrub height
0郾 276 0郾 000** 0郾 569
灌木盖度
Shrub cover
0郾 002** 0郾 152 0郾 525
灌木载量
Shrub loading
0郾 534 0郾 060 0郾 070
草本高度
Herbaceous height
0郾 769 0郾 001** 0郾 483
草本盖度
Herbaceous cover
0郾 186 0郾 010** 0郾 776
草本载量
Herbaceous loading
0郾 758 0郾 028* 0郾 925
*P<0郾 05; **P<0郾 01郾
摇 摇 以差异显著的可燃物参数为关键变量进行聚类
分析,结果表明,针叶林可划分两个类型,即云冷杉鄄
红松林为一类(C鄄1),冷杉林和云冷杉林为一类(C鄄
2);阔叶林可划分为两个类型,即柞树林为一类(B鄄
1),白桦林、山杨林、白桦鄄山杨林、枫鄄桦林和椴树林
为一类(B鄄2);针阔混交林可划分为两个类型,即阔
叶红松混交林为一类(M鄄1),红松阔叶混交林为一
类(M鄄2)(图 2).
2郾 2摇 可燃物模型特征及其潜在火行为
利用 Behave Plus 5郾 0 林火行为模拟系统,计算
了 6 种可燃物类型分别在低、中和高 3 个森林火情
下的潜在林火行为(表 3).结果表明,M鄄1、M鄄2 和 C鄄
13 个可燃物的潜在林火行为基本一致,重新归并为
一类(FL鄄玉);C鄄2 潜在林火行为明显低于其他类
型,单独划分为一类(FL鄄域);B鄄1 和 B鄄2 虽然聚类
分析差异较大,但二者的潜在林火行为基本一致,重
新归并为一类(FL鄄芋).
2郾 2郾 1 可燃物模型 FL鄄玉特征及潜在林火行为摇 FL鄄
玉模型以红松为优势的群落类型为代表,包括柞树
红松林、椴树红松林、枫桦红松林、云冷杉红松林和
混生有红松物种的混交林,构成了区域代表性的顶
表 3摇 各可燃物类型林火行为的对比
Table 3 摇 Comparison of fire behavior among forest fuel
types
湿度
Moisture
可燃物类型
Fuel type
蔓延速度
Rate of
spread
(m·min-1)
单位面积
热值
Heat per
unit area
(J·m-2)
火线强度
Fire line
intensity
(kW·m-1)
火焰长度
Flame
length
(m)
低 M鄄1 50郾 8 9258 7831 4郾 8
Low M鄄2 57郾 3 7306 6978 4郾 5
C鄄1 58郾 5 6998 6823 4郾 5
C鄄2 49郾 4 3094 2549 2郾 9
B鄄1 69郾 2 5696 6571 4郾 4
B鄄2 69郾 4 6807 7873 4郾 8
中 M鄄1 18郾 7 8491 2643 2郾 9
Moderate M鄄2 20郾 0 6562 2191 2郾 7
C鄄1 19郾 4 5945 1923 2郾 5
C鄄2 27郾 2 2650 1203 2郾 0
B鄄1 23郾 0 5066 1946 2郾 5
B鄄2 21郾 8 5947 2161 2郾 6
高 M鄄1 6郾 2 7328 753 1郾 6
High M鄄2 6郾 4 5555 593 1郾 5
C鄄1 6郾 3 5084 532 1郾 4
C鄄2 7郾 6 1873 238 1郾 0
B鄄1 6郾 7 4231 474 1郾 3
B鄄2 6郾 3 4978 525 1郾 4
级群落.该类可燃物在丰林自然保护区分布广泛,约
占有林地面积的 83郾 0% . 从地形来看,该类可燃物
的海拔、坡度和坡向分布范围均很大,其中,海拔主
要分布在 300 ~ 550 m,坡度主要分布在 5毅 ~ 25毅的
缓坡,坡位主要为中上坡,各坡向均有分布.
该类可燃物长期以来受外界干扰(人为或自
然)较少,单纯依赖自然演替、更新,龄组老化严峻,
林分郁闭度高(0郾 7 ~ 0郾 9)、径级大(平均 44 cm).林
下灌木主要有兴安杜鹃(Rhododendron dauricum)、
胡枝子(Lespedeza bicolor)、毛榛子(Corylus mandshu鄄
rica)和石蚕叶绣线菊(Spiraea chamaedryfolia)等,高
2 m左右,盖度约 0郾 5.林下草本植物较少,以羊胡子
苔草(Carex callitrichos)和凸脉苔草(C郾 lanceolata)
等为主,盖度较低.
在该类可燃物地表,针叶和阔叶凋落物均有分
布,水平连续性较高;但乔木层高,梯子可燃物较少,
其垂直连续性较差,表现为树冠与地表分离;枯落层
以针叶为主,并混有阔叶,枯落层厚度适中,粗木质
残体适中. 1、10、100 h 时滞地表可燃物载量分别为
(3郾 08 依 0郾 13 )、 ( 0郾 76 依 0郾 08 ) 和 ( 0郾 85 依 0郾 18 )
t·hm-2,草本和灌木 (0 ~ 0郾 64 cm)载量分别为
(0郾 19依0郾 03)和(0郾 32依0郾 03) t·hm-2 .因立地条件
较干燥,该类可燃物多发生强烈的地表火,地下暗火
可深达 30 cm左右,在极端干旱的天气条件下,借助
6051 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 23 卷
图 2摇 可燃物类型聚类结果
Fig. 2摇 Hierarchical cluster analysis results for fuel郾
a)针叶林 Coniferous forest; b)阔叶林 Broad鄄leaved forest; c)针阔混交林 Mixed broadleaved鄄conifer forest郾 林型 Forest type: 1)白桦林 Betula
platyphylla forest; 2)椴树林 Talia amurensis forest; 3)枫桦林 Betula costata forest; 4)白桦鄄山杨林 Betula platyphylla鄄Populus davidiana forest; 5)山
杨林 Populus davidiana forest; 6)柞树林 Quercus mongolica forest; 7)云、冷杉鄄红松阔叶混交林 Picea jezoensis鄄Abies nephrolepis鄄Pinus koraiensis broa鄄
dleaved mixed forest; 8)椴树鄄红松林 Tilia amurensis鄄Pinus koraiensis forest; 9)枫桦鄄红松林 Betula costata鄄Pinus koraiensis forest; 10)冷杉林 Abies
nephrolepis forest; 11)云、冷杉鄄红松林 Picea jezoensis鄄Abies nephrolepis鄄 Pinus koraiensis forest; 12)云、冷杉林 Picea jezoensis鄄 Abies nephrolepis forest;
13)柞树鄄红松林 Quercus mongolica鄄 Pinus koraiensis forest郾
风的作用有可能发生树冠火和飞火,容易造成极大
危害的森林火灾.
2郾 2郾 2 可燃物模型 FL鄄域特征及潜在林火行为摇 FL鄄
域模型以云冷杉林群落类型为代表,是丰林自然保
护区隐域性顶极群落. 该类可燃物在丰林自然保护
区分布面积 2143 hm2,约占有林地面积的 12郾 1% .
从地形来看,该类可燃物的海拔、坡度和坡向分布空
间范围较集中,主要分布在海拔 300 ~ 400 m、坡度
<5毅的窄沟、小溪旁等沟谷湿地地带,坡向不明显,
坡位主要位于下坡.
从林分结构特征来看,与 FL鄄玉模型类似,FL鄄
域模型受外界干扰(人为的或自然的)较少,单纯依
赖自然演替、更新,林龄以成熟林和过熟林为主,龄
组老化严峻. 林分郁闭度大(0郾 7 ~ 1郾 0),林木径级
适中.该类可燃物林下有少量的灌木,如稠李(Padus
asiatica)、蓝靛果忍冬(Lonicera edulis)等,高约 1 m,
灌木盖度非常低.林下多为藓类植物、蕨类植物和少
量的耐阴性小草本植物,只有林隙处有阳性禾本科
和莎草科杂草,草本盖度较高.
该类可燃物地表以针叶为主,水平连续性差;乔
木层较高,灌木矮小及形成梯子可燃物的幼树较少,
其垂直连续性也较差,表现为树冠与地表分离;枯落
70516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴志伟等: 丰林自然保护区森林可燃物模型的建立摇 摇 摇 摇
层以针叶为主,枯落层厚度较薄,粗木质残体较低.
1、10、100 h 时滞地表可燃物载量分别为 (1郾 43 依
0郾 20)、(0郾 40依0郾 06)和(0郾 21依0郾 12) t·hm-2,草本
和灌木(0 ~ 0郾 64 cm)载量分别为(0郾 28 依0郾 04)和
(0郾 24依0郾 05) t·hm-2 . 因立地条件潮湿或水湿,一
般情况下该类可燃物难以引燃,不易发生森林火灾;
但在极干旱的气象条件下,也能发生火灾,且借助风
的作用有可能发生树冠火,燃烧强度大,容易造成极
大危害的森林火灾.
2郾 2郾 3 可燃物模型 FL鄄芋特征及潜在林火行为摇 FL鄄
芋模型以次生群落类型为代表,主要包括柞树林、白
桦林、山杨林以及软、硬阔叶林和阔叶混交林,森林
面积和蓄积分别占 7郾 6%和 3郾 0% .该类可燃物的海
拔、坡度和坡位分布范围较集中,海拔主要分布在
250 ~ 350 m、坡度以 5毅 ~ 16毅为主、坡向分布不明
显,坡位主要为中上坡.
该类可燃物是受采伐和火灾等干扰而形成的次
生林,林龄以幼林龄和中林龄为主. 林分郁闭度高
(0郾 7 ~ 0郾 9),但林木径级小.林下灌木发达,盖度较
高,以毛榛(Corylus mandshurica)为主,混生有卫矛
(Euonymus alatus)、绢毛绣线菊(Spiraea sericea)、刺
五加(Acanthopanax senticosus)、东北山梅花(Philade
schrenkii)、忍冬(Lonicera Japonica)等,层高约 2 m,
盖度 50%以上.林下草本主要有凸脉苔草(C郾 lan鄄
ceolata)、蕨类(Pteridophyta),并主要混生有蚊子草
(Filipendula palmata)和宽叶山嵩(Artemisia stolonif鄄
era)等,高达 0郾 6 m左右,草本盖度适中.
该类可燃物地表以阔叶为主,水平连续性高;乔
木层高,但林下灌木高大及形成梯子可燃物的幼树
多,故其垂直连续性较好;枯落层以阔叶为主,枯落
层厚度较厚,粗木质残体较高. 1、10、100 h时滞地表
可燃物载量分别为(3郾 60 依0郾 20)、(1郾 03 依0郾 12)和
(0郾 48依0郾 14) t·hm-2,草本和灌木(0 ~ 0郾 64 cm)载
量分别为(0郾 14依0郾 02)和(0郾 38依0郾 05) t·hm-2 .该
类可燃物立地条件较干燥,地表阔叶多,常引起地表
火蔓延,在极干旱的气象条件下,可能发生火灾,且
借助风的作用有可能发生树冠火,但燃烧强度比以
针叶树为主的 FL鄄玉模型低.
2郾 3摇 可燃物模型与 CFBPS模型对比
加拿大林火行为预测系统(CFBPS)整合了加拿
大许多地区的可燃物分类系统,在该分类系统下的
每一个可燃物类型都具有稳定的林火行为,是国际
上具有代表性的几个可燃物分类系统之一. CFFBP
主要从可燃物结构与组成、地面与阶梯层、地表覆盖
与有机层 3 个层次来定性描述可燃物模型,没有具
体提供各可燃物模型参数的数量值. 本研究建立的
3 个可燃物模型分别与 CFBPS 中的 C鄄2、C鄄5 和 D鄄1
相似(图 3).本研究从 3 个层次来定性比较可燃物
模型:1)C鄄2 和 FL鄄玉:林分适当开阔或浓密,物种以
红松或白松为主,林龄结构以成熟林为主;林下草本
图 3摇 丰林自然保护区可燃物模型(FL鄄砖、FL鄄域、FL鄄芋)与 CFBPS(C鄄5、C鄄2、D鄄1)模型对比
Fig. 3摇 Comparison of fuel models between Fenglin Natural Reserve (FL鄄砖, FL鄄域, FL鄄芋) and CFBPS(C鄄5, C鄄2, D鄄1)郾
8051 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 23 卷
和灌木分布适中,但乔木层较高,林木径级较大,林
冠与地表分离;地表以针叶为主,混有一些阔叶树
叶,水平连续性较好. 2)C鄄5 和 FL鄄域:林分开阔或适
中,物种以云、冷杉为主,林龄以近成熟或成熟林为
主;林木枝丫较多,且附有大量的苔藓等,林冠与地
表连续性适中;林下草本发达,盖度 80% ,高度在 1
m左右,但灌木较少,盖度低;地表覆盖大量的地衣
和苔藓. 3)D鄄1 和 FL鄄芋:林分适当开阔,物种以山杨
属阔叶林为主,林龄以幼龄林和中林龄为主,处于未
成熟期;林分内有大量的幼树和小树生长,林冠与地
表连续性较高;草本适中,灌木较发达,盖度较高;地
表覆盖以阔叶为主,水平连续性较强,但紧密度较松
散,且随季节性变化较明显.
3摇 讨摇 摇 论
森林可燃物结构和组成影响林火发生与蔓延,
是构成林火行为的主体. 本研究从林火行为的角度
出发,依据森林可燃物的关键参数,利用系统聚类方
法划分了 3 个标准可燃物模型,研究结果有助于丰
林自然保护区森林可燃物类型野外识别、火险评估
和可燃物管理.野外调查人员可将野外实地观测到
的可燃物结构和组成等特征与本研究划分的可燃物
模型进行对比分析,快速识别其类型,缩减工作时间
和资金投入.可燃物模型还可用于确定最优的可燃
物处理空间位置、优化可燃物处理强度和比较不同
可燃物处理方式对潜在林火行为的影响.
目前,中国还没有一套通用的国家和区域尺度
的可燃物模型,本研究可为国内其他地区乃至国家
尺度标准可燃物模型的建立提供示范. 但本研究在
标准可燃物模型建立过程中存在不少需要改进的地
方,主要体现在:1)森林可燃物载量的测定可能受
到采样时间和植被演替阶段的影响,如草本和灌木
的载量因季节不同而差异明显,同一林型不同龄组
间也存在差异[29-31] .本研究建立的可燃物模型为静
态的可燃物模型,今后应考虑可燃物模型的动态性,
即划分动态模型,以适宜不同季节、植被不同演替阶
段和防火期的林火管理需要. 2)受空间可达到性影
响,本研究的野外实测样地数量较少,且空间分布较
集中,主要分布在可到达的道路和居民点附近. 然
而,森林可燃物特性具有巨大的空间变异性,本研究
野外采样还有大片区域未曾到达,今后应扩大野外
调查范围,以反映森林可燃物的空间变异性. 同时,
应获取更多的野外实测样本数据,通过大量的样本
数据更精确地反映区域森林可燃物的特性和空间分
布特征. 3)森林可燃物空间分布图的编制. 森林可
燃物空间分布图对野外调查、营林用火、火灾扑救和
制定可燃物管理策略具有十分重要的意义. Keane
等[4]指出,估测与模拟林火行为的时空分布格局是
林火和可燃物管理的基础,今后应综合遥感、GIS 和
环境梯度模型等在丰林自然保护区进行森林可燃物
类型的空间制图. 4)潜在林火行为模拟. 本研究设
定 3 个森林火情等级,并模拟了其潜在的林火行为,
具有一定的指导意义. 但林火蔓延除了受可燃物的
影响外,还受地形、气象和人为活动的影响. 今后应
在潜在林火行为模拟方面进一步深入研究,模拟林
火行为的空间蔓延特征,并探索其最优的管理方式.
致谢摇 野外数据收集得到丰林自然保护区李淑华、宋国华和
王全波,以及中国科学院沈阳应用生态研究所李晓娜、贺伟、
邓华卫和刘晓梅等的帮助,一并感谢.
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作者简介摇 吴志伟,男,1982 年生,博士.主要从事森林景观
生态学研究. E鄄mail: sanbei82@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
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