全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员员期摇 摇 圆园员源年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
土壤大孔隙流研究现状与发展趋势 高朝侠袁徐学选袁赵娇娜袁等 渊圆愿园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
能源基地生态修复
我国大型煤炭基地建设的生态恢复技术研究综述 吴摇 钢袁魏摇 东袁周政达袁等 渊圆愿员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
国家大型煤电基地生态环境监测技术体系研究要要要以内蒙古锡林郭勒盟煤电基地为例
魏摇 东袁全摇 元袁王辰星袁等 渊圆愿圆员冤
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基于 阅孕杂陨砸模型的国家大型煤电基地生态效应评估指标体系 周政达袁王辰星袁付摇 晓袁等 渊圆愿猿园冤噎噎噎噎
西部干旱区煤炭开采环境影响研究 雷少刚袁卞正富 渊圆愿猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
露天煤矿区生态风险受体分析要要要以内蒙古平庄西露天煤矿为例 高摇 雅袁陆兆华袁魏振宽袁等 渊圆愿源源冤噎噎噎
草原区矿产开发对景观格局和初级生产力的影响要要要以黑岱沟露天煤矿为例
康萨如拉袁牛建明袁张摇 庆袁等 渊圆愿缘缘冤
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三七对土壤中镉尧铬尧铜尧铅的累积特征及健康风险评价 林龙勇袁阎秀兰袁廖晓勇袁等 渊圆愿远愿冤噎噎噎噎噎噎噎
某焦化场地土壤中多环芳烃分布的三维空间插值研究 刘摇 庚袁毕如田袁权摇 腾袁等 渊圆愿苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
杉木人工混交林对土壤铝毒害的缓解作用 雷摇 波袁刘 摇 彬袁罗承德袁等 渊圆愿愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 啄员缘晕稳定同位素分析的人工防护林大型土壤动物营养级研究 张淑花袁张雪萍 渊圆愿怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎
铅镉抗性菌株 允月员员强化植物对污染土壤中铅镉的吸收 金忠民袁沙摇 伟袁刘丽杰袁等 渊圆怨园园冤噎噎噎噎噎噎噎
陕北地区石油污染土壤中不动杆菌属的筛选尧鉴定及降解性能 王摇 虎袁吴玲玲袁周立辉袁等 渊圆怨园苑冤噎噎噎噎
祁连山高山植物根际土放线菌生物多样性 马爱爱袁徐世健袁敏玉霞袁等 渊圆怨员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆沙冬青 粤酝和 阅杂耘真菌的空间分布 姜摇 桥袁贺学礼袁陈伟燕袁等 渊圆怨圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
聚糠萘水剂对不同积温带玉米花后叶片氮同化的影响 高摇 娇袁董志强袁徐田军袁等 渊圆怨猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
内蒙古河套灌区玉米与向日葵霜冻的关键温度 王海梅袁侯摇 琼袁云文丽袁等 渊圆怨源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
四种类型栓皮栎栲胶含量 尹艺凝袁张文辉袁何景峰袁等 渊圆怨缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
食物胁迫对翅二型丽斗蟋飞行肌和繁殖发育的影响 吴红军袁赵吕权袁曾摇 杨袁等 渊圆怨远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
颜色对梨小食心虫产卵选择性的影响 杨小凡袁马春森袁范摇 凡袁等 渊圆怨苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
缓释单萜类挥发物对落叶松毛虫行为及落叶松主要防御蛋白的影响 林摇 健袁刘文波袁孟昭军袁等 渊圆怨苑愿冤噎噎
种群尧群落和生态系统
黄土丘陵沟壑区不同植被恢复格局下土壤微生物群落结构 胡婵娟 袁郭摇 雷 袁刘国华 渊圆怨愿远冤噎噎噎噎噎噎
刺参池塘底质微生物群落功能多样性的季节变化 闫法军袁田相利袁董双林袁等 渊圆怨怨远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 阅郧郧耘技术的茯砖茶发花过程细菌群变化分析 刘石泉袁胡治远袁赵运林 渊猿园园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
中国区域间隐含碳排放转移 刘红光袁范晓梅 渊猿园员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
西南地区退耕还林工程主要林分 缘园年碳汇潜力 姚摇 平袁 陈先刚袁周永锋袁等 渊猿园圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
青海湖流域草地植被动态变化趋势下的物候时空特征 李广泳袁李小雁袁赵国琴袁等 渊猿园猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
黑龙江省温带森林火灾碳排放的计量估算 魏书精袁罗碧珍袁孙摇 龙袁等 渊猿园源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
三峡库区森林植被气候生产力模拟 潘摇 磊袁肖文发袁唐万鹏袁等 渊猿园远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
三峡水库支流拟多甲藻水华的形成机制 朱爱民袁李嗣新袁胡摇 俊袁等 渊猿园苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
流域库坝工程开发的生物多样性敏感度分区 李亦秋袁鲁春霞袁邓摇 欧袁等 渊猿园愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
基于集对分析的京津冀区域可持续发展协调能力评价 檀菲菲袁张摇 萌袁李浩然袁等 渊猿园怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
江西省自然保护区发展布局空缺分析 黄志强袁陆摇 林袁 戴年华袁等 渊猿园怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
鄱阳湖生态经济区生态经济指数评价 黄和平袁彭小琳 袁孔凡斌袁等 渊猿员园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于有害干扰的中国省域森林生态安全评价 刘心竹袁米摇 锋袁张摇 爽袁等 渊猿员员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿圆愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿缘鄢圆园员源鄄园远
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封面图说院 三峡库区森林植被要要要三峡地区属亚热带区域袁山高坡陡尧地形复杂尧物种丰富袁森林是其最重要的自然资源之一袁
其面积占到库区总面积的 猿苑豫左右袁库区内现有森林可初步分为 圆 个植被型组袁愿 个植被型袁员愿 个群系组袁源源 个群
系袁员园圆个群丛袁主要树种有马尾松尧杉树尧柏树等袁低海拔处多为落叶阔叶林尧常绿阔叶林袁较高海拔分布有针阔混交
林尧针叶混交林尧灌木林等袁人工林主要有经济林尧竹林等遥 对三峡库区森林气候生产力进行模拟袁分析库区森林植
被的生产力并进行预测袁可以为三峡库区的生态建设决策提供科学依据遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 11 期
2014年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.11
Jun.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家科技支撑计划项目(2011BAD37B01);973项目(2011CB403203);国家自然科学基金项目(31070544,51208244);黑龙江省科技攻
关重点项目(GA09B201鄄06);林业公益性行业科研专项(201004003鄄6);中央高校基本科研业务费专项资金项目(DL12CA07);霍英东基金基础
项目(131029)资助
收稿日期:2012鄄12鄄09; 摇 摇 网络出版日期:2013鄄07鄄16
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: weishujing2003@ 163.com
DOI:10.5846 / stxb201212091770
魏书精,罗碧珍,孙龙,胡海清.黑龙江省温带森林火灾碳排放的计量估算.生态学报,2014,34(11):3048鄄3063.
Wei S J, Luo B Z, Sun L, Hu H Q.Estimates of carbon emissions caused by forest fires in the temperate climate of Heilongjiang Province, China, from
1953 to 2012.Acta Ecologica Sinica,2014,34(11):3048鄄3063.
黑龙江省温带森林火灾碳排放的计量估算
魏书精,罗碧珍,孙摇 龙,胡海清*
(东北林业大学 林学院, 哈尔滨摇 150040)
摘要:森林火灾干扰作为森林生态系统重要的干扰因子,剧烈地改变着森林生态系统的结构、功能、格局与过程,对区域乃至全
球的碳循环与碳平衡产生重要影响。 随着全球气候变暖,森林火灾干扰的频率和强度进一步加剧,其排放的含碳气体对大气中
温室气体浓度的贡献率更大,进而加快气候变暖的速率。 科学有效地对森林火灾碳排放及含碳气体排放量进行计量估算,对了
解区域乃至全球的碳循环及碳平衡具有重要的理论价值和实践意义。 根据黑龙江省温带森林 1953—2012 年火灾统计资料和
森林调查数据,结合地理信息系统 GIS技术,通过野外火烧迹地调查以及实验室的控制环境实验来确定森林火灾碳排放计量中
的各种参数,在林分水平上,利用排放因子的方法,估算了黑龙江省温带森林 60 年间火灾碳排放量和含碳气体排放量。 结果表
明:黑龙江省温带森林 60 年间火灾碳排放量为 5.88伊107 t,年均排放量为 9.80伊105 t,约占全国年均森林火灾碳排放量的 8.66%;
含碳气体 CO2、CO、CH4和非甲烷烃(nonmethane hydrocarbons,NMHC)的排放量分别为 1.89伊108、1.06伊107、6.33伊105和 4.43伊105
t,含碳气体 CO2、CO、CH4和 NMHC的年均排放量分别为 3.15伊106、1.77伊105、1.05伊104和 7.38伊103 t,分别占全国年均森林火灾各
含碳气体排放量的 7郾 74%、6.52%、9.42%和 6.53%。 研究发现针阔混交林型的森林火灾面积占总过火林地面积的 57.54%,由于
其燃烧效率较低,在森林火灾中的碳排放量仅占排放总量的 38.57%;尤其是针阔混交林森林火灾面积占总过火林地面积的
20郾 71%,而碳排放量仅占总排放量的 9.67%;且 CO2的排放因子较低,其 CO2排放量仅占总排放量的 8.95%。 同时研究表明,黑
龙江省温带森林年均的碳排放对该区域的碳循环与碳平衡产生重要影响,并针对研究结果提出了应对气候变化的森林经营可
持续管理策略,亦提出了科学的林火管理策略及其合理化的林火管理路径。
关键词:碳排放;含碳气体排放;森林火灾;林火管理路径;黑龙江省
Estimates of carbon emissions caused by forest fires in the temperate climate of
Heilongjiang Province, China, from 1953 to 2012
WEI Shujing, LUO Bizhen, SUN Long, HU Haiqing*
College of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China
Abstract: As global climate change continues to accelerate, the frequency and intensity of forest fires continue to grow.
Forest fires, which play an important ecological role in forest ecosystems, have a very significant effect on carbon emissions
and carbon sinks, and also play an important role in the carbon cycle. Although the impact of forest fires on carbon
emissions has been analyzed in detail, studies that scientifically and accurately measure carbon and carbonaceous gas
emissions from forest fires are lacking. Carbon dioxide (CO2) emissions from temperate forest fires are usually calculated
based on Intergovernmental Panel on Climate Change guidelines ( IPCC 1997) and only include direct effects of burning.
Forest fires have been shown to release significant amounts of carbon into the atmosphere and play a significant role in the
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global carbon cycle and carbon balance.In this study, we estimated the level of emissions from forest fires for carbon and
carbonaceous gases including CO2, carbon monoxide (CO), methane (CH4), and non鄄methane hydrocarbons (NMHC)
from 1953 to 2012 in Heilongjiang Province, China. We used a geographic information system based modeling approach to
simulate emissions using a two鄄step procedure. First, we calculated total carbon released from forest fires in Heilongjiang for
selected years between 1953 and 2012 by merging and analyzing measurements of several parameters. Second, we calculated
the amounts of four carbonaceous gases released during the burn, CO2, CO, CH4, and NMHC, using several different
experimentally derived emission factors. The origin of each of the inputs used in our models was based on a combination of
analysis of forest fire inventory, forest resources inventory, field research, and laboratory experiments. Direct total carbon
emissions from forest fires in Heilongjiang during 1953—2012 were about 5.88伊107 t, and mean annual carbon emissions
were about 9.80伊105 t per year, accounting for 8.66% of the direct total carbon emissions from forest fires in China. Carbon
emissions of four trace gases, CO2, CO, CH4 and NMHC, from forest fires were 1.89伊10
8, 1.06伊107, 6.33伊105 and 4.43伊
105 t, respectively; mean annual emissions of CO2, CO, CH4 and NMHC were 3.15伊10
6, 1.77伊105, 1.05伊104 and 7.38伊
103 t, respectively, accounting for 7. 74%, 6.52%, 9.42% and 6.53% of the amounts of CO2, CO, CH4 and NMHC
released from forest fires in China, respectively, during that period. Our results indicate that combustion efficiency of
coniferous broad鄄leaved mixed forest is lower than other forest types. The mean annual burned area for this type of forest
accounts for 57.54% of China忆s total burn area, while this area忆s fires account for only 38.57% of carbon total emissions
from forest fires. We propose the following forest fire management strategy. First, our studies show that the area忆s mean
annual forest fire carbon emissions have an important impact on the regional carbon balance. So, we suggest strengthening
the management of forest fuels ( fine fuels, heavy fuels, etc.) as part of the regional forest fire management strategy. Fuels
on the ground do not decompose easily in Heilongjiang忆s cold and dry temperate forests. Land managers should implement a
reasonable prescribed burning plan designed to reduce the accumulation of combustible fuels. A policy for conducting
periodic prescribed burning will reduce the incidence of forest fires. Prescribed burning should help land managers to control
and limit the incidence and intensity of wildfires while allowing them to improve the condition of the ecosystem. Finally, we
should give full consideration to the role of forest fires in maintaining the ecological balance of forest ecosystems.
Key Words: carbon emissions; carbonaceous gases emissions; forest fire; forest fire management path;
Heilongjiang Province
摇 摇 全球变化是人类共同面临的一个复杂系统的科
学问题,气候变暖已成为国际社会日益广泛关注的
热点问题[1鄄2]。 工业革命以来,由于人类大量使用煤
炭、石油和天然气等化石燃料,以及加速毁林等活
动,导致向大气中排放 CO2的平均浓度从过去 42 万
年中的 180—300 滋mol / L[3],上升到 2011 年的 390
滋mol / L[4]。 在过去的几十年里,大气 CO2浓度增加
的 70%—90%来自化石燃料的燃烧,其余 10%—
30%主要由于土地利用的变化所致,特别是森林的
破坏。 由于大气 CO2浓度增加导致了明显的温室效
应,并影响到全球碳循环,特别是森林生态系统碳循
环,因此相关研究已经引起了学者们的极大关注[5]。
森林火灾干扰作为森林生态系统重要的生态过程,
是森林生态系统碳减排增汇效应的重要影响因子,
在生态系统碳循环中发挥重要作用。 各种预测模型
显示,未来气候变暖将不断加剧,必将使森林火灾干
扰发生的频率和强度增加[1,6鄄8]。 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,科学有效地对森林火灾碳排放及含碳气体排
放量进行计量估算,对了解区域和全球的碳循环及
碳平衡具有重要的意义。 同时对正确理解气候变
暖、火干扰与森林生态系统碳循环之间的交互作用
关系,在气候变暖的背景下,科学制定减缓气候变化
速率的林火管理策略,并有利于发挥火因子在碳汇
效应中的作用,实现森林生态系统碳平衡,促进森林
生态系统碳循环的优化和碳汇效应的最大化,实现
森林生态系统的可持续发展等方面均有重要意义。
国外学者较早就开始研究森林火灾碳排放以及
9403摇 11期 摇 摇 摇 魏书精摇 等:黑龙江省温带森林火灾碳排放的计量估算 摇
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气体排放量的问题[9]。 随着大气中温室气体浓度剧
增,温室效应造成的全球气候变暖越来越引起学者
们的广泛关注,森林火灾作为温室气体的主要来源
之一,作为温室效应的重要驱动力之一,加拿大、美
国和俄罗斯等国的研究者估测了森林火灾直接气体
排放,并估算了全球森林火灾碳排放[10]。 国外学者
采用不同方法估算了森林火灾排放的碳量及含碳气
体量。 通过室内模拟试验和野外观测, Aulalr 和
Carter[11]对加拿大、俄罗斯和阿拉斯加北方森林因森
林火灾的碳排放量进行了估算。 Amiro 等[12] 对
1959—1999年加拿大森林火灾碳排放进行了估算。
利用统计数据及相关参数,Choi 等[13]研究了韩国森
林火灾气体排放量;Kasischke 和 Bruhwiler[14]通过大
量实验研究了北方森林的森林火灾气体排放量;
Lavoue和 Stocks[15]估算了加拿大森林火灾痕量气体
排放量;French等[16]研究了阿拉斯加的森林火灾碳
排放计量问题;French 等[17]对林火干扰中所排放的
痕量气体进行了估算。 随着遥感技术的发展,用遥
感估测计量森林火灾碳排放的各计量参数取得较大
进展[18鄄19]。 Isaev[20]应用多光谱高分辨率卫星图像、
大尺度航空摄影和从国家安全系统空间站获得的解
密图像估算了俄罗斯森林火灾碳排放量。 Zhang[21]
应用 SPOT卫星图像估算了每月燃烧区域和碳排放。
Kasischke等[22]采用遥感影像对阿拉斯加林火面积;
Cahoon等[18]通过遥感影像估算了我国东北及西伯
利亚的森林火灾碳排放。 国外计量森林火灾碳排放
的研究,促进人们了解森林火灾与生态系统碳平衡
之间的关系,但许多研究不经过实验测定,导致碳排
放计量结果存在较大的不确定性。
近年来,随着对气候变化问题的普遍关注,国内
学者们亦研究了我国森林火灾气体排放问题。 通过
借鉴国外相关排放参数及森林火灾统计数据的方
法,王效科等[23]研究了我国森林火灾排放的 CO2、
CO和 CH4量。 田晓瑞等[24]根据森林火灾统计资料
对火灾碳排放进行了估测。 吕爱锋等[1,25]对森林火
灾干扰过程中含碳痕量气体排放问题进行了全面阐
述。 L俟等[26]根据森林火灾统计资料对火灾碳排放
进行了估测。 采用国外碳排放参数的方法,胡海清
和孙龙[27]对大兴安岭林区 1980—1999 年间主要森
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。 孙龙等[28]
对 1987年大兴安岭的森林火灾气体排放进行了估
算;胡海清和李敖彬[29]对黑龙江省主要乔灌木燃烧
过程的烟气释放特征进行了测定。 杨国福等[30]研
究了浙江省 1991—2006 森林火灾气体排放问题。
田晓瑞等[31]估算了 2005—2007 年大兴安岭森林火
灾碳排放。 Sun 等[32]对大兴安岭 1980—1999 年森
林火灾碳排放进行了估测。 黄麟等[33] 对 1950—
2008年江西省森林火灾的碳排放进行了估算。 胡海
清等[4]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了全面阐述。 胡海清等[19]
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。 胡海清等[5,34鄄35]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排放进行了计量
估算。
综上所述,关于森林火灾碳排放的研究对我们
进一步了解林火干扰对大气碳平衡的影响有积极意
义,然而由于参数来源的多样性及不确定性,许多研
究不经过实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,
但由于各种原因,其精度需进一步提高[18鄄19]。 因此,
为了使森林火灾碳排放的计量更加定量化,减少森
林火灾碳排放计量的不确定性,就需要我们利用大
量小尺度的野外火烧迹地调查以及室内的控制环境
实验来确定各种计量参数,通过实际测量值,进一步
量化森林火灾排放的碳量,为减少全球变化研究中
碳平衡测算的不确定性提供科学依据。 王效科
等[14]根据多年的平均森林火灾面积估算了我国各
省市年均向大气中释放的 CO2、CO 和 CH4量,结果
表明黑龙江省分别占全国年均 CO2、CO 和 CH4排放
量的 44.13%、43.53%和 44.03%,从中可看出黑龙江
省的森林火灾干扰在生态系统碳平衡中的作用尤为
明显,对区域碳平衡产生重要影响。 因此对该区的
森林火灾碳排放进行准确计量,对定量评价森林火
灾在区域碳平衡和碳循环中的贡献具有重要意义。
为此,本文根据 1953—2012 年黑龙江省温带森林火
灾实际统计数据,结合野外实际测量数据和森林资
源调查中各林型可燃物载量,采用地理信息系统
(GIS)技术,通过大量小尺度的野外火烧迹地调查以
及室内的控制环境实验来确定各种计量参数,利用
0503 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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排放因子方法,在林分水平上,计量估算黑龙江省
1953—2012 年 60 年间森林火灾碳排放和含碳气体
排放量,这对评价森林火灾对该区域的碳平衡和碳
循环的作用以及对全球气候变化的影响均有重要理
论价值和实践意义。
1摇 材料和方法
1.1摇 研究地区概况
黑龙江省地处我国东北边疆,是森林资源大省,
拥有我国最大的国有重点林区,亦是我国纬度最高
且面积又最大的林区(43毅25忆—53毅33忆N,121毅11忆—
135毅5忆E),全省有林地面积 2 080.3万 hm2,森林覆盖
率 45.76%,活立木蓄积量 17.7 亿 m3,约占全国总蓄
积量的 1 / 10,森林面积和森林总蓄积均居全国前列。
主要分布在大、小兴安岭和长白山山脉及部分半山
区。 该区地势较为平缓,山地海拔高度在 300—1600
m,平原地区海拔高度在 35—200 m。 树种达 100 余
种,利用价值较高的有 30 余种。 该区的主要乔木树
种为红松 ( Pinus koraiensis)、兴安落叶松 ( Larix
gmelinii) 、樟子松(P. sylvestris var. mongolica)、白桦
(Betula platyphylla) 、山杨(Populus davidiana)、云杉
(Picea asperata)、臭冷杉(Abies nephrolepis),珍贵树种有
水曲柳(Fraxinus mandshurica)、黄波罗(Phellodendron
amurense)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、蒙古栎(Quercus
mongolica),山杨(P. davidiana) 、毛赤杨(Alnus sibirica)、
大青杨(P. ussuriensis)、榆树(Ulmus pumila)、色木槭(Acer
mono)、紫椴(Tilia amurensis)等亦分布广泛。 该区属
大陆性季风气候,冬季寒冷干燥且漫长,春秋季干旱
大风,干燥,夏季较为炎热多雨,较湿润。 年均气温
为-5—5 益,全年降水量 400—650 mm,且集中于生
长季,达全年降水量的 83%—94%。 土壤主要以暗
棕壤为地带性土壤。 该研究区为我国森林火灾高发
区且危害较为严重,1953—2012年 60 年间平均过火
林地面积为 6.33伊104hm2,其年均森林过火面积居全
国之首[36]。
1.2摇 研究资料
1.2.1摇 森林火灾统计资料
森林火灾统计资料作为林火管理的基础数据,
对森林火灾碳排放的研究具有重要作用。 本文利用
的黑龙江省温带森林 1953—2012 年火灾统计资料
(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)。 统计数据主要包括起火点地理坐标、过
火林地面积、行政区域、林型、扑救信息、起火原因和
森林火灾损失等内容。 1953—2012年黑龙江省温带
森林(由于大兴安岭是黑龙江省的寒温带针叶林区,
而黑龙江省的其他地区均为温带林区,在气候类型
和林型上有较大的区别,在森林火灾碳排放的计量
参数测定中亦存在较大区别,因此本文的研究范围
为黑龙江省 12个市的温带林区)60年间共发生森林
火灾 9 450次,年均约 157.50 次,森林过火林地总面
积达 3 797 482.40 hm2,年均过火林地面积约为 6.33
伊104hm2。 通过 1953—2012年黑龙江省森林火灾历
史资料的研究表明,该区的森林火灾分布具有明显
的时空分布规律,年际之间森林火灾面积与火灾次
数波动较大,火灾面积与火灾次数基本上成正相关
关系。
1.2.2摇 森林可燃物载量调查
结合森林火灾资料、森林资源调查资料、林分生
长状况、林相图、植被分布图、土壤类型图和黑龙江
省行政区划图,选择森林火灾的易发多发区与典型
分布区,在黑龙江省东北部的黑河市孙吴县、逊克
县,在黑龙江省东北部的伊春市五营林业局、带岭林
业局,黑龙江省南部的哈尔滨市尚志市,黑龙江省东
部的七台河市茄子河区,黑龙江省东南部的牡丹江
市林口县,选择森林防火期,于 2011 年 6 月、10 月,
2012年 5月、6 月、9 月、10 月,进行外业调查和样品
采集。 由于黑龙江省温带林面积较大,在采样时充
分考虑到区域差异及所选采样点的代表性,在黑龙
江省的重点火险区,如伊春市、黑河市等地进行分别
采样。 同时为了更为有效地获得不同林型不同组分
的森林可燃物载量,根据森林火灾所烧林型的分布
特征,结合采样时林分生长状况及可获得状况,选择
有代表性的 12 种林型进行调查采样。 12 种林型分
别为阔叶红松林、落叶松林、白桦林、落叶松鄄白桦
林、樟子松林、云冷杉林、杨桦林、硬阔林、蒙古栎林、
针叶林、阔叶林、针阔混交林,把各林型的乔木、林下
的灌木、草本、凋落物、腐殖质和粗木质残体组分作
为研究对象,采用随机布点法,在每种林型随机设置
20 m 伊 20 m的 3个重复样地作为标准样地(相对火
烧迹地就是对照样地)。 同时在当年火烧迹地上根
据 3 种不同火强度(重度、中度和轻度)等级分别设
置重复样地 3 个,每种林型的火烧迹地上设置 9 个
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标准样地。 共设置对照标准样地 144 块样地(12 种
林型伊3个重复伊4 次采样)。 共设置火烧迹地标准
样地 432块样地(12 种林型伊3 种火强度等级伊3 个
重复伊4次采样)。
1.3摇 研究方法
根据 1953—2012 年黑龙江省温带森林火灾碳
排放的各计量参数,分两步对该区林火碳排放及含
碳气体排放进行计量估算:(1)通过各种实验来获得
计量森林火灾碳排放的各种计量参数,估算森林火
灾的碳排放量;(2)从林分水平上,采用排放因子法,
通过实验室控制环境实验得出排放因子,估算黑河
市 41年间森林火灾所排放的 4 种含碳气体(CO2、
CO、 CH4 和非甲烷烃 ( nonmethane hydrocarbons,
NMHC))量。 森林可燃物载量调查方法和可燃物含
碳率的测定方法参照胡海清等[5,34鄄35]的方法,火强度
的确定方法参照胡海清等[35]的方法。 燃烧效率的
测定参照胡海清等[5,34鄄35]的方法,排放因子的测定参
照胡海清等[5,34鄄35]的方法。 森林火灾碳排放计量方
法采用胡海清等[1,5,8鄄19,25,34鄄35]的方法,其表达式为:
C t = A(Ba fca茁a + C l茁l + Cd茁d + Cc茁c) (1)
式中, C t 表示森林火灾过程中碳排放量( t);A 为森
林的过火面积(hm2); Ba 为未燃烧前某一单位面积
内平均的可燃物载量( t / hm2); fca 森林可燃物含碳
率; 茁a 森林燃烧过程的燃烧效率; C l 地表凋落物碳
密度(t / hm2); 茁l 凋落物的燃烧效率; Cd腐殖质的碳
密度(t / hm2); 茁d腐殖质的燃烧效率; Cc粗木质残体
的碳密度(t / hm2); 茁c 粗木质残体的燃烧效率。
森林火灾含碳气体排放量计量方法采用胡海清
等[1,5,8鄄19,25,34鄄35]的方法,其表达式为:
Es = E fs 伊 C t (2)
式中, Es 表示某种含碳气体的排放量(g); E fs 表示
某种含碳气体排放因子(g / kg); C t 表示火灾过程中
碳排放量(kg)。
2摇 结果和分析
2.1摇 各林型火灾面积
根据黑龙江省森林资源调查资料,结合 1953—
2012年黑龙江省森林火灾统计资料以及外业实际调
查数据,黑龙江省 60年间温带森林总过火林地面积
达 3 797 482.40 hm2,年均过火林地面积约为 6.33伊
104hm2。 从图 1 可看出,各林型森林火灾总面积的
排列顺序由大到小为阔叶红松林>针阔混交林>落叶
松鄄白桦混交林>阔叶林>白桦林>针叶林>落叶松林
>杨桦林>硬阔林>云冷杉林>樟子松林>蒙古栎林。
其中过火面积最大的阔叶红松林为 963 041.54 hm2,
占总过火面积的 25.36%,其次为针阔混交林,其面
积为 786 458.61hm2,占总过火面积的 20.71%,再次
为落叶松鄄白桦混交林,其面积为 435 571.23 hm2,占
总过火面积的 11.47%,过火面积最小的蒙古栎林为
78 987.63 hm2,只占总过火面积的 2.08%。 同时研究
发现针阔混交林(包括阔叶红松林和落叶松鄄白桦
图 1摇 1953—2012年黑龙江省各林型过火面积及火强度等级分布
Fig.1摇 Burned area and fire intensity rank distribution of forest types of Heilongjiang Province from 1953 to 2012
a: 阔叶红松林 broad鄄leaved 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鄄Larix gmelinii forests; e: 樟子松林 Pinus sylvestris var. mongolica forests; f: 云冷杉林 Abies nephrolepis鄄Picea asperata forests; g:
杨桦林 Betula platyphylla鄄Populus davidiana forests; h:硬阔林 Hardwood forests; i:蒙古栎林 Quercus mongolica forests; j:针叶林 Coniferous
forests; k:阔叶林 Broad鄄leaved forests; l:针阔混交林 Coniferous broad鄄leaved mixed forests
2503 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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混交林)的过火林地面积达 2 185 071.37 hm2,占森
林火灾总过火面积的 57.54%,而阔叶林(包括白桦
林、杨桦林、蒙古栎林和硬阔林)的过火林地面积为
949 750.34 hm2,占森林火灾总过火面积的 25.01%,
针叶林(包括落叶松林、樟子松林、云冷杉林)的过火
林地面积为 662 660.68 hm2,占森林火灾总过火面积
的 17.45%。 其结果通过单因素方差分析表明,虽然
各林型之间过火面积的差异较大,然而林型对过火
面积的影响并不明显。
2.2摇 单位面积可燃物载量
单位面积可燃物载量主要包括地上植被部分
(乔木、灌木和草本)和地表有机质部分(凋落物、腐
殖质和粗木质残体)。 1.2.2 节森林可燃物的调查所
获得的各种林型不同组分的样本数乔木是 432 个样
本,灌木、草本、凋落物、腐殖质的样本数均为 432
个,粗木质残体的样本数为 864 个。 对测定结果进
行统计分析,不同林型单位面积可燃物载量见图 2,
从图 2中可看出,阔叶红松林可燃物载量最大,达到
184.88 t / hm2,其次为落叶松鄄白桦混交林,可燃物载
量为 170.22 t / hm2,再次为针阔混交林,可燃物载量
为 157. 79 t / hm2,落叶松林的可燃物载量亦达到
155郾 70 t / hm2,可燃物载量最小的为蒙古栎林,可燃
物载量仅为 93.37 t / hm2,其次为针叶林,可燃物载量
仅为 132.84 t / hm2。
图 2摇 黑龙江省各林型不同组分单位面积可燃物载量(平均值依标准偏差)
Fig.2摇 Fuel load of per unit area from different components of forest types in Heilongjiang Province (mean依SD)
2.3摇 各林型可燃物含碳率
按照一个比率(可燃物中的干物质中碳所占的
比重)可将可燃物载量转换为碳储量。 对于森林碳
储量换算,一般通过测定可燃物载量,然后通过可燃
物载量乘以可燃物中的含碳率进行换算[19]。 根据
MultiN / C3000 的测定结果(用于可燃物含碳率测定
的样本数与 2.2节的样本数相同),各种林型不同组
分可燃物含碳率见表 1。 从表 1可知,乔木层的含碳
率高于其他组分,各林型乔木层的平均含碳率为
49郾 53%,其次为灌木层的平均含碳率为 48.49%,腐
殖质层的平均含碳率最低,为 45.12%。 各林型中不
同组分含碳率从大到小的排列顺序为:乔木层>灌木
层>粗木质残体>凋落物层>草本层>腐殖质。 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。 国际上通常采用 0.5作为含碳率的平均值,
而对凋落物、草本和腐殖质等非木质部分采用 0.45
这一数值作为平均含碳率[10,37鄄40],从表 2 可知,木质
部分的平均含碳率比较接近 0.5,非木质部分的平均
含碳率与 0.45较为接近,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。 在林型上含碳率从大到小的依次排列顺
序为,针叶林>针阔混交林>阔叶林,其中落叶松林的
平均含碳率达到 48.47%,其次为阔叶红松林,平均含
碳率为 48.16%,含碳率最低的是阔叶林,为 45.70%。
2.4摇 各林型的燃烧效率
根据当年火烧迹地标准样地实际调查测定,各
种林型不同组分的燃烧效率见表 2(用于可燃物含
碳率测定的样本数与 2.2 节的样本数相同)。 国内
外研究者认为在温带森林中生物量的燃烧效率一般
是 0.09—0.16,均值是 0.105,地表有机质的燃烧效率
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4503 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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是 0.03—0.90,均值是 0.50[11,26,41]。 从表 3 中可知,
不同组分燃烧效率的范围是乔木层为 0.02—0.28,灌
木层为 0.06—0.30,草本层为 0.18—1.00,凋落物层
为 0.30—1.00,腐殖质层为 0.10—0.95,粗木质残体
层为 0. 13—0. 69。 把本文的研究结果和国外相
比[26],各组分的燃烧效率较为一致。 从表 1可知,从
林型各组分来看,燃烧效率从小到大的顺序为乔木层
<灌木层<粗木质残体层<腐殖质<草本层<凋落物层;
从林型的林分水平来看,燃烧效率从大到小的顺序为
纯针叶林>云杉林>杨桦松林>阔叶红松林>针阔混交
林。 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。
2.5摇 各林型的碳排放量
根据式(1)计算各林型不同组分在不同火强度
下森林可燃物的碳排放量。 从表 3 可知,黑龙江省
1953—2012年 60年间碳排放量为 58 795 120.14 t,
年均排放量为 9.80伊105 t,其中阔叶红松林的碳排放
量最多,达 11 288 656.38t,占总碳排放量的 19.20%;
其次是阔叶林,达 8 227 459.73t,占总碳排放量的
14郾 00%;再次是针叶林排放量达 8 147 611.00t,占总
碳排放量的 13.86%;蒙古栎林的碳排放量最少,为
1072033郾 45t,只占总碳排放量的 1.82%;其次是硬阔
林排放量仅为 1 565 045. 69t,占总碳排放量的
2郾 66%。 同时研究发现针阔混交林型(包括阔叶红
松林和落叶松鄄白桦混交林)的过火林地面积占森林
火灾总过火面积的 57.54%,由于针阔混交林燃烧效
率较低,森林火灾中总碳排放量为 22 675 610.98t,仅
占总碳排放量的 38.57%;尤其是针阔混交林森林火
灾占总过火面积的 20.71%,而碳排放量仅占总碳排
放量的 9.67%;而阔叶林型(包括白桦林、杨桦林、蒙
古栎林和硬阔林)的过火林地面积占森林火灾总过
火面积的 25. 01%,而森林火灾中所排放的碳量为
20172464郾 40t,却占 34.31%;针叶林型(包括落叶松
林、樟子松林、云冷杉林)的过火林地面积占森林火
灾总过火面积的 17.45%,而森林火灾中所排放的碳
量为 15947044.76t,却占 27.12%。
2.6摇 各林型含碳气体的排放因子
根据室内控制环境实验的实际测定结果,通过
公式计算得出各林型不同组分含碳气体的排放因子
见表 4 (排放因子测定的样本数与 2.2 节相同)。 把
实验测定的排放因子与其他研究者对温带森林含碳
痕量气体排放因子的测定结果进行比较[26],CO、
CH4和 NMHC的排放因子较为相似,CO2的排放因子
较低,是因为在实验室的控制环境实验的排放因子
测定过程中,氧气供应相对不足,容易造成部分森林
可燃物的不完全燃烧。 从表 4 中可知,相对干燥立
地类型的林型(如针叶林、蒙古栎林、落叶松林)的
CO2排放因子相对较高, CO、CH4和 NMHC排放因子
相对较低,然而较湿润立地类型的林型(如针阔混交
林、硬阔林和阔叶红松林)的 CO2排放因子相对较
低,CO、CH4和 NMHC 的排放因子较高,这是因为
CO2是森林可燃物的有焰燃烧,森林可燃物在燃烧时
氧气供应较为充分,是完全燃烧的产物;而氧气供应
较为不充分时,即森林可燃物不完全燃烧时,就易产
生较多的 CO、CH4和 NMHC,从而导致其排放因子较
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排放因子相对较高。
2.7摇 各林型可燃物载量所排放含碳气体量
根据式(2)计量黑龙江省温带森林 1953—2012
年火灾中各林型不同组分排放的含碳气体量见表 5。
从表 5 可知,各林型不同组分的森林可燃物排放的
含碳气体量以及各种含碳气体的总量。 从图 3 可看
出 黑 龙 江 省 1953—2012 年 共 排 放 CO2 为
188915783郾 50t,排放 CO 为 10 596 410. 96 t,排放
CH4为 632763郾 37 t,排放 NMHC 为 443 067.59 t,含
碳气体 CO2、CO、CH4和 NMHC的年均排放量分别为
3.15伊106、1郾 77伊105、1.05伊104和 7.38伊103 t,分别占
全国年均森林火灾各含碳气体排放量[26]的 7.74%、
6.52%、9郾 42%和 6.53%。 同时研究发现针阔混交林
(包括阔叶红松林和落叶松鄄白桦混交林)的过火林
地面积占森林火灾总过火面积的 57.54%,由于针阔
混交林燃烧效率较低,且 CO2的排放因子较低,森林
火灾中 CO2排放量为 7.27伊107 t,仅占总 CO2排放量的
38郾 48%,尤其是针阔混交林森林火灾占总过火面积的
20郾 71%,而 CO2排放量仅占总 CO2排放量的 8.95%;而
阔叶林(包括白桦林、杨桦林、蒙古栎林和硬阔林)的
过火林地面积占森林火灾总过火面积的 22.93%,而森
林火灾中所排放的 CO2为 6.42伊107 t,却占 34郾 00%;针
叶林(包括落叶松林、樟子松林、云冷杉林)的过火林
地面积占森林火灾总过火面积的 19郾 53%,而森林火
灾中所排放的 CO2为 5.20伊107t,却占 27.52%。
5503摇 11期 摇 摇 摇 魏书精摇 等:黑龙江省温带森林火灾碳排放的计量估算 摇
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图 3摇 黑龙江省温带林 1953—2012年各林型不同强度森林火灾含碳气体排放量统计表(平均值依标准偏差, t)
Fig.3摇 Main carbonaceous gases emissions of forest types from forest fire in Heilongjiang Province temperate forest during 1953 to 2012
(mean依SD,t)
图中 CO的排放量扩大了 10倍, CH4和 NMHC的排放量扩大了 100倍
3摇 讨论与结论
森林火灾干扰作为森林生态系统重要的干扰因
子,剧烈地改变着森林生态系统的结构、功能、格局
与过程,对区域乃至全球的碳循环与碳平衡产生重
要影响。 黑龙江省温带林区在 1953—2012 年的 60
年间森林火灾碳排放量为 5.88伊107 t,年均碳排放量
为 9.80伊105 t,约占全国年均森林火灾碳排放量[26]的
8郾 66%;含碳气体 CO2、CO、CH4和 NMHC 的排放量
分别为 1.89伊108、1.06伊107、6.33伊105和 4.43伊105 t,
含碳气体 CO2、CO、CH4和 NMHC的年均排放量分别
为 3.15伊106、1.77伊105、1.05伊104和 7.38伊103 t,分别
约占全国年均森林火灾各含碳气体排放量[26]的
7郾 74%、6. 52%、9. 42%和 6. 53%;其年均 CO2、CO、
CH4的排放总量分别占我国各生物质燃烧年均排放
量[42]的 0郾 67%、0.65%和 1.15%。 由此可见,黑龙江
省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。 各种预测模
型显示,未来气候变暖情景下将使森林火灾干扰发
生的频率和强度增加[4,43]。 通过以上的研究发现,
森林火灾干扰造成大量的碳排放和含碳气体排放,
对该区域的碳循环和碳平衡具有重要影响。 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,增进气候变暖、林火干扰与生态
系统碳循环之间的交互作用关系的了解,对正确评
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
平衡等方面均有重要意义。
气候变暖是不可否认的事实[4],气候变暖不仅
为森林火灾干扰的发生发展提供了直接的气象条件
等火环境,而且为其提供了间接的可燃物条件和火
源条件。 研究表明随着全球气候变暖,森林火灾干
扰的频率和强度将随之升高,各种预测模型显示,未
来气候变暖情景下将使森林火灾干扰发生的频率和
强度增加[4,43]。 通过以上的研究发现,森林火灾干
扰造成大量的碳排放和含碳气体排放,对该区域的
碳循环和碳平衡具有重要影响。 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和合理的林火管
理路径,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,进而减缓全球气候变化,
是科研工作者必须考虑的问题。
森林可燃物是森林生态系统的基本组成部分,
是林火发生发展的基本条件,是森林燃烧的物质基
础[2],是影响林火发生及蔓延的重要因素之一[8,44]。
森林燃烧理论认为任何森林燃烧现象的发生必须具
备 3个基本条件,即森林可燃物、火源、火环境(气象
条件),其构成森林燃烧三要素[4]。 但由于火环境,
特别是气象条件是人类不可控制的因子,在火源因
子中,虽然人为火源是可以控制的,但由于存在大量
天然火源(如雷击火)的存在,火源因子亦处于不可
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控制的状态,因此在森林燃烧三要素之中,唯一人类
可严格控制调节的就是森林可燃物。 因此,在气候
变暖背景下,加强森林可燃物的调控,实现森林可燃
物的可持续管理具有重要的理论与现实意义。 森林
可燃物可持续管理是指为了某种目的对可燃物进行
处理、调控和改造的所有过程和方法,主要目的是降
低火险等级、清除易燃可燃物、提高森林质量,优化
林分条件,完善森林功能,维持森林生态系统平衡与
稳定,从而增加森林碳汇。 可燃物可持续管理是解
决林火安全问题和恢复森林健康的根本途径,是决
定火强度的重要因素[43,45鄄47]。 国内外学者早就认识
到森林可燃物调控技术在林火生态管理中的重要
性[2],因此,加强森林可燃物调控,减少森林火灾,对
增加森林碳吸收,减少碳排放,实现森林防火的碳减
排增汇效应具有实践意义。
在全球气候变暖背景下,优化森林管理,提高森
林质量,完善森林功能,探讨与丰富森林可持续经营
与管理的先进理念与技术措施,进一步提高森林可
持续经营的科学研究水平,提高森林的碳减排增汇
效应,减缓气候变化具有重要意义[48]。 通过本文的
研究结果可知,由于森林生态系统的复杂性与异质
性,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,这对森林生态系统的可持续
经营与管理,即在森林的经营管理中,应注重基于碳
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碳减排效应的
林分结构与类型。 同时研究发现针阔混交林型(包
括阔叶红松林和落叶松鄄白桦混交林)的过火林地面
积占森林火灾总过火面积的 57.54%,由于针阔混交
林燃烧效率较低, 森林火灾中总碳排放量为
22675610.98t,仅占总碳排放量的 38.57%;尤其是针
阔混交林森林火灾占总过火面积的 20.71%,而碳排
放量仅占总碳排放量的 9.67%;而阔叶林型(包括白
桦林、杨桦林、蒙古栎林和硬阔林)的过火林地面积
占森林火灾总过火面积的 25.01%,而森林火灾中所
排放的碳量为 20 172 464.40t,却占 34.31%;针叶林
型(包括落叶松林、樟子松林、云冷杉林)的过火林地
面积占森林火灾总过火面积的 17.45%,而森林火灾
中所排放的碳量为 15 947 044.76t,却占 27.12%。 因
此,在森林的经营管理中需更加注重该区地带性植
被类型的营造,较好地恢复地带性植被,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(如白桦),从而实现碳增汇效应。 同时研究中
发现针阔混交林的燃烧效率较低,森林火灾中所排
放的碳量和含碳气体量较少,而针叶纯林其所排放
的碳量及含碳气体最多,为此在森林生态系统的可
持续经营管理中,应充分考虑森林碳汇效应,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,避免营造纯林,特别是针叶纯林。
火强度对燃烧效率具有显著影响。 各火强度对
燃烧效率影响显著(P<0.05)。 然而,随着火强度加
大,其燃烧效率亦随之增大。 火强度影响燃烧效率,
从而影响计量森林火灾碳排放的计量参数,进而影
响森林火灾排放的碳量。 燃烧效率是估计森林火灾
碳排放和含碳气体排放量的关键,亦是一个争议较
大的参数。 比较可靠的燃烧效率应来自于大量的实
际调查资料,而目前有关林下植被森林火灾燃烧效
率的数据尚未见报道[27]。 森林火灾过程中,由于受
各种条件的影响,进而影响火灾过程中的火强度和
火烈度,从而影响燃烧效率,对森林火灾碳排放起重
要作用。 研究结果表明,在各林型中针阔混交林型
(包括阔叶红松林和落叶松鄄白桦混交林)的过火林
地面积占森林火灾总过火面积的 57.54%,由于针阔
混交林燃烧效率较低,森林火灾中总碳排放量为 22
675 610.98t,仅占总碳排放量的 38.57%;尤其是针阔
混交林森林火灾占总过火面积的 20.71%,而碳排放
量仅占总碳排放量的 9.67%;而阔叶林型(包括白桦
林、杨桦林、蒙古栎林和硬阔林)的过火林地面积占
森林火灾总过火面积的 25.01%,而森林火灾中所排
放的碳量为 20 172 464.40t,却占 34.31%;针叶林型
(包括落叶松林、樟子松林、云冷杉林)的过火林地面
积占森林火灾总过火面积的 17.45%,而森林火灾中
所排放的碳量为 15 947 044.76t,却占 27.12%。 通过
以上分析可知,火强度对森林火灾的碳排放具有重
要影响。 因此,为了控制及降低火强度,减少森林火
灾碳排放,就必须加强森林可燃物的调控管理(如计
划烧除与可燃物生态调控),调控森林可燃物的燃烧
性,特别是对于黑龙江省温带森林,气候寒冷干燥,
防火期较长,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,充分发挥火因子在生态系
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统生态过程中的有效调节作用,通过科学合理的林
火管理措施使森林生态系统达到可持续发展的水
平,维持生态系统可持续发展的动态平衡和状态,才
是森林防火工作的治本之策[34],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。
火强度对 4 种含碳气体排放因子具有显著影
响。 各火强度对 CO2的排放因子影响显著 ( P <
0郾 05)。 然而,随着火强度加大,其 CO2的排放因子
亦随之增大。 各火强度对 CO、CH4和 NMHC 的排放
因子影响显著(P<0.05)。 随着火强度的不断加大,
其 CO、CH4和 NMHC的排放因子随之减小。 火强度
是影响排放因子的重要因子,从而影响着森林火灾
各排放气体的种类及比例。 通过以上研究可知,比
较干燥立地类型的林型(如针叶林、云杉林、蒙古栎
林)的 CO2排放因子较高,而其他含碳气体的排放因
子相对较低;相反 CO2排放因子在较湿润立地类型
的林型(如针阔混交林、阔叶红松林、硬阔林)相对较
低,而其他含碳气体的排放因子反而较高,这是因为
CO2是森林可燃物的有焰燃烧,森林可燃物燃烧时氧
气供应较为充分,是完全燃烧的产物;而氧气供应较
为不充分时,导致森林可燃物不完全燃烧,就易产生
较多的 CO、CH4和 NMHC,从而导致其排放因子较
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,反之则反。 同
时研究发现针阔混交林(包括阔叶红松林和落叶松鄄
白桦混交林)的过火林地面积占森林火灾总过火面
积的 57郾 54%,由于针阔混交林燃烧效率较低,且
CO2的排放因子较低,森林火灾中 CO2排放量为 7.27
伊107 t,仅占总 CO2排放量的 38.48%,而针叶林的燃
烧效率较高,且 CO2的排放因子较高,森林火灾中
CO2排放量较多。 有焰燃烧是氧气供给较为充分的
表现,高强度火灾中有焰燃烧所占的比重较大,从而
使 CO2所占比重大。 同时在低强度的火灾中,无焰
燃烧所占的比重大,从而使其他含碳气体的排放因
子较高(见表 4)。 为此,为了减少含碳气体排放,就
需控制火强度。 火强度主要受森林可燃物状况的影
响,因而要加强森林可燃物的科学有效管理,合理调
控森林可燃物,优化森林可燃物[49鄄50]。 对于黑龙江
省温带林区需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、硬阔林,避免营造纯
林,特别是针叶纯林,真正实现绿色防火与林分防火
紧密结合的林火生态系统管理的科学路径。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
国内邮发代号院愿圆鄄苑袁国外邮发代号院酝远苑园
标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
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