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第 15卷 第 1期
1 9 9 5年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGlCA S1NICA
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Vo1．15．No．1
MBf．．1 995
无树草甸草原火周期研究方法的探讨
．旦道琏 ．
(东北5iI范大学草地研究所 ．长春．130024)
7
■ 蔓 火矗草地生卷藁境正常的白体环境园于 ．出周期是火状况的组虚要 事之一．无错草原火而期一
直厦有可行的研究方接．车宜“扰动生态理论为基础．根据最优化屠c埋．通过解A．∑ ． 害c方程．确
立 了一种研究无错草匐草原出用期的方法——最 佳积曩t击．宴幢表明谪方法薪计算的羊草一囊英草原
火而搠为 “．符合生产宴际．
荚叠诃 t无甜革向章原 ．吠周期 ．研究方珐．扰动生毒理论．最优化理论．
● _ 。- _ r —’ ‘ ‘ ‘ 。 ‘ 一 r — - - ～ 笃始 c栖
火是生态系统独特的重要的正常的自然环境因子。 。火状况是描述火在生态系统中存
在和发生特点的术语 ，其组成要索之一是火周期(Fire cycle)，又称火间隔 (Fire interva1)和火
频次(Fire frgqueney)。除热带雨林外，植被火多都呈周期性发生 ”。
森林及有树草原火周期的研究方法有许多，如以 Arno等人为代表的树术火疤痕法．年轮
分析学者发现的年轮分析法。 、Wagner创立的树术龄级法和 Yarie发现的生命表法及考古学
工作者偶然发现的地层碳颗粒法等。无树草原由于没有术本植物以记录下来火历史，因此上述
方法除地层碳颗粒以外，部不能应用于无树草原以研究其火周期。地层碳颗粒法由于受到价格
昂贵等限制，实践中也很难应用。至今为止，还没有一种简捷易行的研究无树草原火周期的方
法。
以前的研究者一般通过二条途径确定草原火周期。一是根据所研究范围草原火的年平均
发生面积进行确定。采用的计算公式如下 ；
C= SiS (1)
式中；c=草原火周期；
S=研 究区面积，指同一气候或同一植被 ；
= 平均每年草原火烧_过的面积。
这一方法计算出的火周期只是一种过去发生事件的总结 ，不能预示未来 ；同时，也是现代
人为干预条件下(主要是防火干预)草原火的人为发生周期，未能揭示出草原火的自然火周期。
第二条途径是研究者根据 自己的经验感觉做出判定。不同阶层不同地区的研究者或使用
者都有自己的一套经验标准。如牧民根据枯草层厚度和蚊虻数量判定自己的夏牧地是否应该
再烧一次；萨瓦纳灌丛草地研究者根据灌丛侵入扩展程度判定又一次火烧应该进行等。
上述两条途径或方法都未能使无树草原火周期的研究达到定量化和标准化 ，所给出的火
周期幅度也相当大。这样的值不能进行各地区比较，缺乏严格的科学意义。
收稿日期；l993(’6 29．晦改稿收到 日期 199312 08．
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生 态 学 报 15卷
总结第二条途径的经验，作者发现里面潜伏着坚实的生态学理论基础，深化发展而成为本
文的研究方法——最佳积累量法(Method of optimum accumulation)。
1 理论基础
设计思想首先是接受扰动理论：生态系统经常受；峙￡些非时刻存在但间断发 生的外界自
然环境因子的干扰作用。每一次干扰作用发生，都能使生态系统脱离其一段时间内发展形成的
平衡态，甚至莺新开始发展 这些干扰作用的因子有些呈周期性发生，使生态系统呈周期性波
动变化或发展 。马世骏(1990)论述到 ：自然干扰作 用总是使生态系统返回到生态演替的
早期阶段；一些周期性的自然干扰使生态系统呈周期演替现象 ，成为生态系统演替不可缺少的
诱困
对于草原来说，火烧是这洋一个周期性发生的自然干扰因子“ ” 。草原火烧与草原枯落
物积累相联系．在一次火烧发生后．草原枯落物被清除，以后随着枯落物的积 累，草地生态系统
的各项特饪指标都将逐渐发生变化。根据这一变化过程，可以确知最佳的枯落物积累量。当枯
落物积累谜到这一最佳量值时．生态系统的总体功能最强。超过此值，生态系统的功能将下降。
表明此时应再一次进行火烧，否则不符合生态系统的发展是为了获得晟大保护功能的自身原
则规律。如果自然草地在长期的发展变化过程中适应了周期性火烧，则 自然草地在达到了最佳
积累量值时，自然火将又一次发生(自然雷电火源每年都存在 ，且每年春秋二季总有适宜的火
气候条件)。也只有枯落物积累达到这一程度时，草原火才能发生，且保证连续扩展。这是由草
原一火二者之间长期选择适应而形成的协调机制决定的。
利用最优化原理模型 ⋯，可以确知最佳的枯落物积累量。根据枯落物年产量和年积累
速率可以计算出达到这一最佳积累量值所需的时问间隔。此值即为自然火周期，至少是人为用
火管理草原从中获取最大生态效益和最佳经济效益的计划火烧问隔值。
2 实验设计
根据前述理论基础 ，实验设计如下：在 1991年 4月 1日呼伦贝尔羊草一杂类草草原火烧裸
地上，以每平方米 100g枯落物为基数，向上覆草，设置一枯落物系列。自每平方米 500g以后 ，
增加幅度为 50g．至 800g／m 止，共得 1 2个处理(包括火烧裸地)，每个处理重复 5次。生长季
节里 ，测定各处理的不同枯落物量所影响的群落特征和土壤理化性质变化值 。
所涉及的其它技术方法皆用常规法，例如地上生物量用收获样方法 ，分解用投袋法等。
3 宴验结果——无树草甸草原火周期的计算
测定结果表明；随着枯落物的增加，群落生产 力下降、地表平均温度下降 、地表昼夜温差减
小、土壤含水率升高、土壤有机质含量起初升高后来降低 、土壤 N、P、K及 pH值也发生转折性
变化“‘ 。
将测得的上述变化值经转化后代人最优化原理填型公式 ：
D = (Id．J (2)
I— J
对上式进行几何求积 ，得知当每平方米地上现存量为 548g／m。时(包括当年枯草产量 ．覆
盖的枯落物为 400g)．总期望系数 D最大(图 1) 。
根据测定此区年平均枯落物产量为每平方米 200g，年平均积累速率为 0．731 8g·g ·a
因此 ，枯落物积累到每平方米 548g所需年数 ”满足下列方程 ：
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1期 周道玮 t无树草甸草原火周期研究方法的探讨
●
200‘∑ ‘0·7316 一548 (3)m
— l
解此方程，得 3< <4，即第 4年。 “
前文已述，此值即为自然火周期。其生态意
义是：火烧后，随枯落物积累的逐渐增多，草原
生态系统的各项 生态指标逐渐恢复发展，至第
4年 ，枯落物的总体效应最大，长期选择适应形
成的协调机制，自然火源将引发又一次火烧，释
· 内蒙古 呼伦贝 尔盟林管 局 ．1987．呼 泛城尔盟地方 林业缱 什资料 (下册 )
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生 态 学 报 l5卷
性发 生的原因 。
4．4 如果不承认草原火有周期，那么该法所计算的数值至少可用 作为用火管理草原时，计
划火烧所应间隔的年限值 。困这样。才能使草原保持最大的生态效应并获得最好的经济效益。
5 该实验值是火后第 1年人工模拟枯落物自然积累的结果，第 2、3、4年以后结果怎样，尚
待进一步研究。但随枯落物自然积累的增加，各项指标的变化规律可能与之相似。
4、6 生产实践的经验启迪了本文方法的设计思想，本研究结果证实了生产实践的合理性 。
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1期 周道玮 无树草甸草原火周期研究方法的探讨
M ETHOD FOR DETERM INING FIRE CYCLE
IN TREELESS M EADOW GRASSLANDS
Zhou Daowei
‘l “jlnH GraJdand·Northeast Normal Uni~ Jity-Changeh~ ·130024)
Based on the theory of disturbance ecology and the principles of ophimization，an opti—
mum accumulation method has been developed which can be used to determine the cycle of
fires occurring in treeless meadow grasslands．After a grassland fire，the grassland ecosystem
will have its characteristics eontineously changed with gradually accumulating litters．If the
litter related to a fire has a yield of A and s accumulated at a rate of R ，then the litter wilI be
accumulated to an optimum amount of C N years before another fire．N was found to saris—
fy the following equation：
A ． Ri— C ．
The results from experiments show that if A 一 200g。m一 a,R 0·7316g‘g一 ’a and
C= 550g ·m— then 3< N < 4．This means that the grassland has a fire cycle of 4 year．
Key words；Treeless meadow grassland·fire cycle，methodology,theory of disturbance e—
cotogy．
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