森林可燃物计划烧除生态调控基础研究

发布时间：2020-07-18 14:00

【摘要】：可燃物是森林火灾燃烧的物质基础,是森林防火管理方式的基本依据,对可燃物进行人为干预和管理是预防森林火灾的有效方法。目前很多林区采用计划烧除方式进行可燃物管理。计划烧除是有控制、有计划地点燃火险等级较高、生产力处于下降期区域的地表可燃物,以加快可燃物转化为养分的速度,促进群落更新,提高生态系统的生产力,同时降低林区火险,消除火灾蔓延通道。计划烧除是人为干预的林火管理方式,通过对地表可燃物的管理实现预防森林火灾,进而影响生态系统。选取云南省景谷县思茅松(Pinus kesiya Royle ex Gordon var.langbianensis)林区、安宁市云南松(Pinus yunnanensis)林区、黑龙江省大兴安岭草甸、落叶松(Larix spp.)林区和白桦(Betula platyphylla Suk.)林区为研究对象,分析不同植被类型、不同树种、不同地域进行计划烧除的防火效果、固碳效益、土壤化学性质变化和林木生长的效果影响评价计划烧除的生态调控作用,开展室外草甸烧除实验和室内微缩山地的燃烧实验以及FARSITE软件模拟景观尺度的烧除实验,研究计划烧除的火行为特征,指导计划烧除工作。研究数据表明:(1)计划烧除具有良好的防火效果:在大兴安岭林区草甸可燃物平均清除率达77.63%,平均高度下降81.21%,平均厚度下降66.28%,平均花脸率为17.16%。云南思茅松林计划烧除样地腐殖质层载量的增加量为2.696t·hm-2,高于对照样地24.84%。两年时间后计划烧除样地可燃物载量的增加量低于对照样地0.539t·hm-2,而腐殖质层载量增加量高于对照样地0.474t·hm-2,其他方式可燃物载量增加均约2t·hm-2,腐殖质层增加极少。(2)计划烧除能增加思茅松林下可燃物有机碳储量:思茅松林计划烧除样地林下可燃物平均有机碳储量高于对照样地1.338t·hm-2,约10%;腐殖质层有机碳储量高于对照样地1.721t·hm-2,约25%;腐殖质层平均厚度为1.593cm,高于对照样地0.527cm,约50%。两年时间后计划烧除样地可燃物总有机碳储量的增加量低于对照样地0.382t·hm-2,而腐殖质层增加量高与对照样地0.298t·hm-2。(3)计划烧除能增加思茅松林土壤有机碳含量和碳储量:思茅松林计划烧除样地土壤0-60cm层次平均总有机碳含量和各层次平均有机碳含量均达差异性极显著增加水平(p0.01),均高于对照样地约0.5;0-60cm层次平均总有机碳储量和0-20cm层次平均有机碳储量均达差异性显著增加水平(p0.05),其他层次达差异性极显著增加水平(p0.01),总有机碳储量高于对照样地49.526t·hm-2。两年时间后计划烧除样地和掩埋样地的平均土壤有机碳含量和碳储量分别高于对照样地0.0391、8.734t·hm-2和5.569、363.245t·hm-2,掩埋方式均高于对照样地3倍。(4)计划烧除能增加土壤的化学元素:①典型草甸计划烧除后和半年后迹地ph均下降,0-5cm层次有机质、速效钾、全氮、全磷和全钾均达显著增加(p0.05),碱解氮、有效磷先显著减少后显著增加(p0.05);6-10cm层次有机质、碱解氮先显著减少后显著增加(p0.05),有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾均显著减少(p0.05);11-20cm层次有机质、碱解氮、全氮均显著增加(p0.05),有效磷、速效钾、全磷、全钾均显著减少(p0.05)。②沼泽草甸计划烧除后和半年后迹地ph均下降,有机质、碱解氮、速效钾、全氮、全磷均先显著减少后显著增加(p0.05),有效磷先显著减少(p0.05)后表层显著增加(p0.05),全钾先增加10%-20%后减少在10%以内。③草甸迹地ph变化较小,有机质除6月低外其余月份均高于对照样地,碱解氮均显著下降(p0.05);有效磷、速效钾、全氮除6月高外其余月份均低于对照样地外;全磷、全钾除5月高外其余月份均低于对照样地。④灌丛迹地ph性质无变化,全钾除6月稍微高于对照样地外其他各月均减少10%-30%,其他指标各月均显著增加(p0.05)。⑤典型草甸计划烧除后,0-20cm层次有效磷、速效钾和全钾总量减少,其他指标增加;半年后全钾显著减少(p0.05),其他指标均显著增加(p0.05)。沼泽草甸烧除后0-20cm层次全钾总量增加约10%,其他指标均减少;半年后全钾总量小幅下降,其他指标除有效磷增加较少外均极显著增加(p0.05)。草甸烧除后0-5cm层次土壤各指标在5-9月间的总量均下降,部分指标达显著减少(p0.05)。灌丛烧除后0-5cm层次土壤各指标在5-9月间的总量除全钾下降约20%外,其他指标均达极显著增加(p0.01)。(5)计划烧除能促进的林木生长:思茅松、落叶松、白桦计划烧除样地的平均树高、平均胸径、平均死枝下高、平均活枝下高均高于对照样地,地表可燃物厚度、载量、灌木层载量和高度、草本层载量和高度均显著减少(p0.05),半腐殖质层和腐殖质层的厚度和载量均达极显著增加(p0.01)。迹地灌木种类多于对照样地,但平均高度和平均地径、盖度均低于对照样地。迹地草本种类少,各种类的最大高度、平均高度、盖度均小于对照样地。思茅松计划烧除样地2年时间后平均树高和平均胸径的增长量分别高于对照样地0.17m和0.35cm。云南思茅松林分增加量高于北方落叶松林和白桦林。(6)计划烧除实验:①火焰高度与可燃物载量、含水率和可燃物高度均相关。②计划烧除的火蔓延速率预测模型和计划烧除防火隔离带宽度预测模型均基于非固定样地上随机采样,室内烧除模拟试验所得数据通过SPSS软件的正态分布校验,建立的模型拟合度较好,平均误差均较低。③隔离带宽度分布示意图直观展示了云南景谷县的高火险区域,这些区域设置的隔离带比其他区域要宽。(7)FASITE软件输出的图形直观的展示了计划烧除过程的火行为,火线强度高、火焰长度长、蔓延速率快、热量高、树冠火发生概率高及蔓延方向变化的区域应提前开展相关的预防工作,避免计划烧除跑火,获得更好的防火效果和生态调控作用,为林火管理和森林生态系统管理提供理论依据。计划烧除作为一种人工干预进行调控的有效林火管理方式,能有效减少可燃物载量,特别是草甸的烧除率达70%以上,降低可燃物高度和厚度,改变可燃物立体结构和连续分布,切断林火发生和蔓延的通道,降低火险,实现预防、减少大面积和高强度森林火灾的目的。计划烧除后,草甸、灌丛和林地的生态系统功能均得到改善,草甸烧除后迹地土壤各化学指标增减不同,但半年后迹地除全钾减少外其他指标均增加,灌丛烧除后迹地长短期变化除全钾减少外其他均显著增加。草甸烧除后各指标5个月的输入总量比对照样地少,灌丛各指标总量显著增加。林区开展计划烧除减少了草本层和灌木层载量,降低灌木和草类高度,增加腐殖质层厚度、土壤有机碳含量和碳储量,促进林木生长,实现森林防火,同时提高固碳效益和彰显计划烧除的生态调控作用。FARSITE软件能以图形的方式直观的显示计划烧除中的高火险区域,提前做好防控措施,指导计划烧除工作的开展,避免跑火。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S762

【参考文献】