火生态学ppt课件

2 9 火因子火因子 2 9 1 火的发生条件与林火类型火的发生条件与林火类型 2 9 2 火对土壤的影响火对土壤的影响 2 9 3 火对植物的影响和植物的适应火对植物的影响和植物的适应 2 9 4 火对生态系统的影响火对生态系统的影响 2 9 1 火的发生条件与林火类型火的发生条件与林火类型 n 2 9 1 1 林火的发生条件林火的发生条件 n 林火发生条件有可燃物、助燃物和火源，林火发生条件有可燃物、助燃物和火源， 通常称为林火燃烧三要素。通常称为林火燃烧三要素。 n 可燃物，由生物量积累而成，包括地上可燃物，由生物量积累而成，包括地上 叶、枝、干和地下根系、森林死地被物层叶、枝、干和地下根系、森林死地被物层 、土壤中泥炭以及森林经营中采伐剩余物、土壤中泥炭以及森林经营中采伐剩余物 。 n 助燃物指氧气。助燃物指氧气。 火灾的有益作用火灾的有益作用 n 加速物质循环加速物质循环 n 促进树种更替促进树种更替 n 诱导种子萌芽诱导种子萌芽 火灾的有害作用火灾的有害作用 n 破坏生镜破坏生镜 n 改变土壤理化结构改变土壤理化结构 燃烧与森林燃烧的必要条件燃烧与森林燃烧的必要条件 n 任何燃烧都必须具备任何燃烧都必须具备 3个要素，即可燃物、助个要素，即可燃物、助 燃物燃物 (氧气氧气 )和一定温度。如果缺了任何一个要和一定温度。如果缺了任何一个要 素或破坏了三者之间的联系，燃烧就会终止。素或破坏了三者之间的联系，燃烧就会终止。 一定温度 氧气 可燃物 n 火源火源 -包括自然火源和人为火源两种。包括自然火源和人为火源两种。 n 自然火源指雷击火、泥炭自燃、火山活动自然火源指雷击火、泥炭自燃、火山活动 等；等； n 人为火源包括生产用火人为火源包括生产用火 (烧荒、打防火线、烧荒、打防火线、 机具喷火、焚烧采伐剩余物机具喷火、焚烧采伐剩余物 )和非生产用火和非生产用火 ( 吸烟、烧火、生活用火吸烟、烧火、生活用火 )。 2 9 1 2 林火类型林火类型 n 3种类型种类型 n 根据林火的火烧部位、强度、速度和林木根据林火的火烧部位、强度、速度和林木 受害程度的差异将林火分为：地表火、地受害程度的差异将林火分为：地表火、地 下火和树冠火下火和树冠火 3种类型。种类型。 n 林火以地表火最多，南方林区约占 70以上 ，东北林区约占 94；树冠火次之，南方林 区约占 30，东北林区约占 5； n 最少的为地下火，东北林区约占 1，南方 林区则几乎没有。 n 所有的林火一般都是由地表火开始，烧至 树冠则引起树冠火；烧至地下则引起地下 火。树冠火也能下降到地面形成地表火。 地下火也可以从地表的缝隙中窜出烧向地 表。 n 通常针叶林发生树冠火，阔叶林一般发生 地表火，在长期干旱年份易发生树冠火或 地下火。 林火种类林火种类 n 1地表火地表火 n (1)急进地表火急进地表火 n (2)稳进地表火稳进地表火 n 2地下火地下火 n （ 1）腐殖质火）腐殖质火 n （ 2）泥炭火）泥炭火 n 3树冠火树冠火 n （ 1）急进树冠火）急进树冠火 n （ 2）稳进树冠火）稳进树冠火 n （ 3）间歇性树冠火）间歇性树冠火 n （ 4）冲冠火）冲冠火 n （ 5）树干火）树干火 1地表火地表火 n 地表火沿林地表面蔓延，以烧毁死地被物和林下地表火沿林地表面蔓延，以烧毁死地被物和林下 植物为主，也能烧伤林木干基，露出根系。蔓延植物为主，也能烧伤林木干基，露出根系。蔓延 速度每小时几十米至速度每小时几十米至 1km以上。以上。 n 据我国东北统计，地表火占火灾总数的据我国东北统计，地表火占火灾总数的 94。 南 方林区约占 70以上， 地表火可影响林木生长，地表火可影响林木生长， 造成幼林死亡和林木枯死并引发病虫害。造成幼林死亡和林木枯死并引发病虫害。 n 发生地表火后，植物能否由地下各种繁殖体再萌发生地表火后，植物能否由地下各种繁殖体再萌 发，取决于火灾时热量向土壤中传导和辐射的深发，取决于火灾时热量向土壤中传导和辐射的深 度，以及繁殖体在土壤中的分布。度，以及繁殖体在土壤中的分布。 2地下火地下火 n 地下火指土壤腐殖质层或泥炭层燃烧的火地下火指土壤腐殖质层或泥炭层燃烧的火 灾，地表只有烟雾基本见不到火焰。灾，地表只有烟雾基本见不到火焰。 n 地下火蔓延速度慢、温度高、持续时间长地下火蔓延速度慢、温度高、持续时间长 、破坏力大，可烧死树木、休眠种子和其、破坏力大，可烧死树木、休眠种子和其 他繁殖体，使植被再生的时间推迟。他繁殖体，使植被再生的时间推迟。 n 地下火多发生在高纬度地区，特别干旱的地下火多发生在高纬度地区，特别干旱的 针叶林下和森林沼泽。针叶林下和森林沼泽。 n 在地表以下蔓延和扩展的在地表以下蔓延和扩展的 火称为火称为 地下火地下火 。多发生在。多发生在 长期干旱条件下，有腐殖长期干旱条件下，有腐殖 质层或泥炭层的森林中。质层或泥炭层的森林中。 n 这种火只能看到烟，在地这种火只能看到烟，在地 表看不见火焰，蔓延速度表看不见火焰，蔓延速度 十分缓慢，温度较高，持十分缓慢，温度较高，持 续时间长，很难扑救。续时间长，很难扑救。 n 地下火虽然火强度不大，地下火虽然火强度不大， 但能导致森林植物大面积但能导致森林植物大面积 死亡，对森林危害很大。死亡，对森林危害很大。 3地下火地下火 3树冠火树冠火 n 树冠火通常是由地表树冠火通常是由地表 火遇到强风或特殊地火遇到强风或特殊地 形，向上烧至树冠并形，向上烧至树冠并 沿林冠蔓延和扩展的沿林冠蔓延和扩展的 林火。林火。 n 树冠火破坏性大，不树冠火破坏性大，不 易扑救。根据其蔓延易扑救。根据其蔓延 情况又可分为情况又可分为 2种。种。 n 强风中发生的地表火，若遇针叶幼树、采伐剩余物强风中发生的地表火，若遇针叶幼树、采伐剩余物 、下木、枯立木，即可烧及树冠而引发树冠火。树、下木、枯立木，即可烧及树冠而引发树冠火。树 冠火温度可达冠火温度可达 900 ，烟雾能升至几千米，蔓延速，烟雾能升至几千米，蔓延速 度达度达 5 25km h。 n 严重的树冠火，可烧毁土壤矿物质以上所有有机物严重的树冠火，可烧毁土壤矿物质以上所有有机物 质。强风中，树冠火可能仅烧毁林木的叶子、小枝质。强风中，树冠火可能仅烧毁林木的叶子、小枝 ，并快速通过林冠，使树干保存下来。，并快速通过林冠，使树干保存下来。 n 这种树冠火很少影响森林枯落物。树冠火发生后，这种树冠火很少影响森林枯落物。树冠火发生后， 有些树种由于树冠的燃烧而死亡，如樟子松、马尾有些树种由于树冠的燃烧而死亡，如樟子松、马尾 松、云杉等；而另一些树种却能萌发出叶子和枝条松、云杉等；而另一些树种却能萌发出叶子和枝条 ，如落叶松、白桦等。，如落叶松、白桦等。 n 人祸胜于天灾人祸胜于天灾 n 令令 五万同胞五万同胞 流离失所流离失所 n 93人葬身人葬身 火海火海 n 五万五万 余军民围剿余军民围剿 25个个 昼夜昼夜 n 大大 火烧火烧 过过 100万公顷万公顷 土地土地 n 焚毁焚毁 了了 85万立方米万立方米 木材木材 森林火灾等级森林火灾等级 n 林火还可按烧及面积分为火警、火灾、大林火还可按烧及面积分为火警、火灾、大 火灾、特大火灾等。火灾、特大火灾等。 n 关于大面积森林火灾，由于难以控制、损关于大面积森林火灾，由于难以控制、损 失严重、具有灾害性，各国都很重视，但失严重、具有灾害性，各国都很重视，但 规定的标准不一。规定的标准不一。 火灾和用火 火灾和用火 n 林火还可按是否有控制，分为火灾和用火林火还可按是否有控制，分为火灾和用火 。 n 用火是在人为控制下，在指定地点进行安用火是在人为控制下，在指定地点进行安 全用火并达到预期的经营目的和效果，它全用火并达到预期的经营目的和效果，它 是森林经营的一种措施或手段，如烧除采是森林经营的一种措施或手段，如烧除采 伐剩余物、烧除林下植物，以促进更新等伐剩余物、烧除林下植物，以促进更新等 。 火灾发生季节火灾发生季节 n 森林火灾主要发生在干旱季节，各气候区旱季出现森林火灾主要发生在干旱季节，各气候区旱季出现 的时期不同，赤道带的雨林，气候终年高温、高湿的时期不同，赤道带的雨林，气候终年高温、高湿 、降水量大、全年无干旱期，植物体含水量高，森、降水量大、全年无干旱期，植物体含水量高，森 林死地被物分解快积累少，一般不发生火灾。林死地被物分解快积累少，一般不发生火灾。 n 亚热带气候有明显干、湿季之分，旱季是火灾发生亚热带气候有明显干、湿季之分，旱季是火灾发生 期。中、高纬度的温带和寒温带，季风气候特征明期。中、高纬度的温带和寒温带，季风气候特征明 显。夏季多雨湿润，冬季积雪，不易发生森林火灾显。夏季多雨湿润，冬季积雪，不易发生森林火灾 。春、秋两季干旱、多风、相对湿度低是火灾易发。春、秋两季干旱、多风、相对湿度低是火灾易发 生季节，其中又以春季火灾危险性更大。生季节，其中又以春季火灾危险性更大。 2 9 2火对土壤的影响火对土壤的影响 n 森林植被类型和枯落物是影响土壤性质的森林植被类型和枯落物是影响土壤性质的 重要因素。火灾中由于这二者被不同程度重要因素。火灾中由于这二者被不同程度 地烧除，故火灾也是土壤性质发生变化的地烧除，故火灾也是土壤性质发生变化的 重要原因，这些变化有时有害，有时可能重要原因，这些变化有时有害，有时可能 有益。火对土壤的影响，可从土壤的物理有益。火对土壤的影响，可从土壤的物理 、化学和生物等性质的变化加以说明。、化学和生物等性质的变化加以说明。 2 9 2 1物理的变化物理的变化 n(1)土壤含水率土壤含水率 n 火灾减少了森林叶面积，从而降低火灾减少了森林叶面积，从而降低 了林冠蒸腾和截留的水分散失。对了林冠蒸腾和截留的水分散失。对 于黏质地土壤，土壤会变湿，甚至于黏质地土壤，土壤会变湿，甚至 出现沼泽化。出现沼泽化。 n (2)土壤温度土壤温度 n 火灾对土壤温度有着 短期和长期的影响。 燃烧期间释放的能量 ，对土壤温度产生短 期效应，表层土温可 高达 1 000。 n 火烧期间所释放的能 量，短期内可大幅度 增加局部地区或小环 境的气温。 n 长期影响一般包括增加土壤的温度。火灾长期影响一般包括增加土壤的温度。火灾 后，黑色的土壤表面能增加对太阳光的吸后，黑色的土壤表面能增加对太阳光的吸 收，土表有机物质的减少，能促进热的传收，土表有机物质的减少，能促进热的传 导进入矿质土层。森林采伐后地表失去遮导进入矿质土层。森林采伐后地表失去遮 荫使土温升高，而剩余物火烧后，又再次荫使土温升高，而剩余物火烧后，又再次 更多地增高了土温。这种影响甚至会深入更多地增高了土温。这种影响甚至会深入 到地下到地下 20cm的矿质土层。的矿质土层。 n 土温的增加，对枯落物分解有利，可提高土温的增加，对枯落物分解有利，可提高 土壤肥力，促进繁殖体的萌发和增加草食土壤肥力，促进繁殖体的萌发和增加草食 动物的食物及营养价值。动物的食物及营养价值。 2 9 2 2化学的变化化学的变化 n (1)pH值值 n 有机物质燃烧时，形成阴离子如有机物质燃烧时，形成阴离子如 Cl-和阳离子如和阳离子如 ca2+、 K+和和 Mg2+，在燃烧时阴离子的损失量要，在燃烧时阴离子的损失量要 比阳离子大。火烧残留的灰分含有大量可溶性碱比阳离子大。火烧残留的灰分含有大量可溶性碱 土金属氧化物，能很快合成碳酸盐。这些碳酸盐土金属氧化物，能很快合成碳酸盐。这些碳酸盐 具有碱性反应能中和土壤的酸性。结果，火烧后具有碱性反应能中和土壤的酸性。结果，火烧后 土壤的土壤的 pH值增加，其增加的程度和持续时间决定值增加，其增加的程度和持续时间决定 于火灾强度、有机物的烧失量及土壤的缓冲力。于火灾强度、有机物的烧失量及土壤的缓冲力。 n (2)土壤有机质土壤有机质 n 火对土壤的最重要影响之一是烧掉了有机火对土壤的最重要影响之一是烧掉了有机 物。通常地表火仅烧掉森林死地被物的表物。通常地表火仅烧掉森林死地被物的表 层，这是因为燃烧需要氧和深层死地被物层，这是因为燃烧需要氧和深层死地被物 太湿太紧。太湿太紧。 n 土壤表层有机物损失程度，取决于火灾发土壤表层有机物损失程度，取决于火灾发 生期间、强度和可燃物的湿度。春季，地生期间、强度和可燃物的湿度。春季，地 被物仍很湿时，发生的火灾可能仅燃烧掉被物仍很湿时，发生的火灾可能仅燃烧掉 新的凋落物而对新的凋落物而对 F和和 H层影响不大。层影响不大。 n 强度高的秋季火灾能烧掉干燥立地岩石上强度高的秋季火灾能烧掉干燥立地岩石上 50cm厚的有机物质。厚的有机物质。 n (3)养分的含量和可利用性养分的含量和可利用性 n 火使土壤发生各种化学变化，如燃烧有机火使土壤发生各种化学变化，如燃烧有机 物，以物，以 CO2的形式输出碳，温度的形式输出碳，温度 300 以上以上 ， N会挥发，大于会挥发，大于 500 时，时， K也会大量挥发也会大量挥发 ，许多其他养分元素，以飘尘的形式随烟，许多其他养分元素，以飘尘的形式随烟 雾从火区移出。高强度的火灾常伴有大风雾从火区移出。高强度的火灾常伴有大风 和对流柱，则会使大量的飘尘和养分从火和对流柱，则会使大量的飘尘和养分从火 烧区移出。低和中等强度的森林火灾，燃烧区移出。低和中等强度的森林火灾，燃 烧物质所含元素的大部分仍留在火烧区，烧物质所含元素的大部分仍留在火烧区， 其后可随径流而移出火烧区，也可被淋洗其后可随径流而移出火烧区，也可被淋洗 到矿质土壤中或被植物利用。到矿质土壤中或被植物利用。 n 火可使含在有机物中植物不可利用的养分火可使含在有机物中植物不可利用的养分 变为可利用形式，所以，虽然火以气化挥变为可利用形式，所以，虽然火以气化挥 发、飘尘和径流淋洗等方式使养分含量下发、飘尘和径流淋洗等方式使养分含量下 降，但火可促进养分的可利用性。降，但火可促进养分的可利用性。 n 火后较高的养分可利用性，首先对森林活火后较高的养分可利用性，首先对森林活 地被物有利。地被物有利。 2 9 2 3生物的变化生物的变化 n 燃烧期间土温的增加，对土壤动物有很大燃烧期间土温的增加，对土壤动物有很大 影响。火灾发生期间，影响。火灾发生期间， L和和 H层中，小型和层中，小型和 中型土壤动物的活动受抑制并引起死亡。中型土壤动物的活动受抑制并引起死亡。 H 层下部和层下部和 L、 F、 H层未燃烧的局部地块存活层未燃烧的局部地块存活 下来的动物，几年内会有增多而得以恢复下来的动物，几年内会有增多而得以恢复 。一些研究指出，火对土壤动物的影响与。一些研究指出，火对土壤动物的影响与 火的频度有关，每年进行规定火烧的松树火的频度有关，每年进行规定火烧的松树 林地，螨等土壤动物的多度明显减少，而林地，螨等土壤动物的多度明显减少，而 5 年进行一次规定火烧的林地，不会产生土年进行一次规定火烧的林地，不会产生土 壤动物长期的数量变化。壤动物长期的数量变化。 n 强烈火灾中，把地表积累的有机物全部烧强烈火灾中，把地表积累的有机物全部烧 除的地方，虽然小型土壤动物会向下迁移除的地方，虽然小型土壤动物会向下迁移 到较冷湿的矿质土层，但它们可能在火灾到较冷湿的矿质土层，但它们可能在火灾 后的数年内明显减少或消失。火灾使微生后的数年内明显减少或消失。火灾使微生 物种群减少，但在第一次降雨后明显增加物种群减少，但在第一次降雨后明显增加 ，这是因为火灾后，这是因为火灾后 pH值增加，减少了微生值增加，减少了微生 物间的竞争和提供了养分的可利用性。物间的竞争和提供了养分的可利用性。 2 9 3火对植物的影响和植物的适应火对植物的影响和植物的适应 n 大多数生态系统，尤其是温带、具有旱季大多数生态系统，尤其是温带、具有旱季 的热带森林和草原地区，火是重要的生态的热带森林和草原地区，火是重要的生态 因子。北美的许多生态学家认为：植物对因子。北美的许多生态学家认为：植物对 火，就像其他限制因子一样，进化为不同火，就像其他限制因子一样，进化为不同 的适应性，进而可划分成依赖火的、耐火的适应性，进而可划分成依赖火的、耐火 的或适应火的植物种、森林和生态系统。的或适应火的植物种、森林和生态系统。 Odum按上述观点，从植物能量分配的角度按上述观点，从植物能量分配的角度 ，把依赖火或耐火种分为两个火生态基本，把依赖火或耐火种分为两个火生态基本 类型：类型： n 再萌芽型：该类植物把大部分能量分配 到地下贮藏器官，而很少用到生殖结构 (花 不明显、花蜜少、种子少 )，地上部被火烧 死后能快速更新。 n 火后大量结实型：与前者相反，这类植 物产生大量种子，火后即快速发芽。 火 能影响植物生长发育的各个阶段 (营养、开 花、结实和休眠等 )，所以植物也有相适应 的对策。 (1)营养阶段对火的适应营养阶段对火的适应 n 主要表现在以下主要表现在以下 3个方面：个方面： n 抗火树皮抗火树皮 n 减少易燃性减少易燃性 n 保护芽保护芽 (2)繁殖阶段对火的适应繁殖阶段对火的适应 n 主要表现在以下两主要表现在以下两 个方面：个方面： n 提早开花结实提早开花结实 n 种子散布种子散布 (3)火对发芽的影响火对发芽的影响 n 干旱地区一些灌木，如金合欢、熊果和盐肤木种干旱地区一些灌木，如金合欢、熊果和盐肤木种 子，种皮很硬可长期在土壤中休眠，受热后才发子，种皮很硬可长期在土壤中休眠，受热后才发 芽，火可使种子直接受热，火烧掉庇荫植物后，芽，火可使种子直接受热，火烧掉庇荫植物后， 可使种子暴露在充足阳光下而间接受热。许多植可使种子暴露在充足阳光下而间接受热。许多植 物种子，在矿质土壤上发芽更好，而在死地被层物种子，在矿质土壤上发芽更好，而在死地被层 中的发芽不如前者，这是因为矿质土壤的水分和中的发芽不如前者，这是因为矿质土壤的水分和 温度条件较好，也可能是植物代谢产物积累在土温度条件较好，也可能是植物代谢产物积累在土 壤表层，抑制种子发芽。火能烧除这些植物和积壤表层，抑制种子发芽。火能烧除这些植物和积 累在土壤表层的抑制物质，而使以前被抑制的种累在土壤表层的抑制物质，而使以前被抑制的种 在火后得以侵入。在火后得以侵入。 盐肤木果实盐肤木果实 n 根据火后各树种枯死数量的比例及其他指根据火后各树种枯死数量的比例及其他指 标比较树种的耐火性。欧亚大陆泰加林带标比较树种的耐火性。欧亚大陆泰加林带 的优势树种是落叶松、云杉、松、桦。它的优势树种是落叶松、云杉、松、桦。它 们耐火性大小的顺序是：落叶松、松、桦们耐火性大小的顺序是：落叶松、松、桦 、云杉。我国东北、西南林区主要树种抗、云杉。我国东北、西南林区主要树种抗 火性大小序如下：火性大小序如下： n 西南林区西南林区 n 针叶树：云南松、高山松、思茅松、落针叶树：云南松、高山松、思茅松、落 叶松、马尾松、杉木、云杉、冷杉。叶松、马尾松、杉木、云杉、冷杉。 n 阔叶树：木荷、桤木、漆树、栓皮栎、阔叶树：木荷、桤木、漆树、栓皮栎、 木棉、杨、滇榆、高山栎、柳、桉。木棉、杨、滇榆、高山栎、柳、桉。 云南松 荷木 2 9 4火对生态系统的影响火对生态系统的影响 n 火对植物、土壤和动物的影响，会引起生火对植物、土壤和动物的影响，会引起生 态系统过程的变化，对生态系统的能量流态系统过程的变化，对生态系统的能量流 动和物质循环产生影响。动和物质循环产生影响。 2 9 4 1能量流动能量流动 n 火烧期间，系统增加了能流输出。火能大量毁灭火烧期间，系统增加了能流输出。火能大量毁灭 地上部生物量，甚至全部烧掉。火后能增加残留地上部生物量，甚至全部烧掉。火后能增加残留 在土壤上有机物的分解作用，迅速增加养分的有在土壤上有机物的分解作用，迅速增加养分的有 效性效性 (即可溶性的灰分即可溶性的灰分 )。 n 火后植物种类的改变和土壤条件的改善，会增加火后植物种类的改变和土壤条件的改善，会增加 植物总初级生产量。火烧后最初几年生物量积累植物总初级生产量。火烧后最初几年生物量积累 很少，短命植物开始先生长，随后被多年生草本很少，短命植物开始先生长，随后被多年生草本 和