林火生态与管理论文

1、林火生态与管理期末论文学院:林学院专业：林学班级：142学号：1400220046姓名：汪娅琴2016年6月18日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 前言3火动态4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 森林生态系统中火动态状况5 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 3火动态变化及其影响因子.7 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 火烧对景观的影响9 HYPERLINK l b

2、ookmark24 o Current Document 林火动态变化与林火管理11 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 林火管理政策的发展及其对火动态的影响13 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 林火管理技术16前言火是森林生态系统最主要的干扰因子之一。林火动态研究是开展科学 林火管理的基础。林火动态是一个生态系统可持续性的稳定指标，准 确掌握林火动态和可燃物特性是制定合理林火管理策略或规划的基 础。林火动态与可燃物积累过程密切相关，了解森林可燃物积累过程 是开展林火管理的基础。林火动态受地形、

3、植被和气候等因素的影响， 随着气候、植被和人为活动的变化，许多区域林火动态发生了显著变 化，并影响可燃物积累过程及其空间分布。森林结构和可燃物组成的 变化会导致火频度、火灾类型和火强度发生变化，林火管理对策也需 要相应调整。我国重点林区的林火管理策略也应根据林火动态变化和 可燃物情况进行调整，以适应变化的气候和植被条件。本文主要总结 了当前全球各种植被类型的火动态，综述了林火动态及可燃物变化的 研究进展。分析了不同林火管理政策对林火动态的影响，根据当前火 动态恢复与重建的理论与技术发展提出了综合林火管理技术的发展 趋势与技术难点。火是北方森林生态系统重要的干扰因子，是森林演替的重要组成 部分，

4、影响着生态系统碳和能量平衡，在复杂的时间和空间尺度上它 是生态系统发展变化的重要动力。林火动态是指生态系统中火发生频 度、范围、强度、烈度和季节性等特征。火动态决定了林分的结构和 组成，并且影响动物栖息地的发展进程和养分循环。火动态的历史变 化是一个生态系统可持续性的稳定指标，自地球气候和植被形成起植 被火就已经出现了，但到近代人们才开始认识和研究火的自然功能。 早在人类出现之前，火在植被适应性起源和生态系统分布中起着重要 作用，它对生态系统的影响主要包括针对森林动植物、森林更新与演 替、景观格局、生态系统多样性、大气、土壤、水文和碳循环等的影 响。随着植被、气候和人为干扰强度的变化，林火动态

5、也发生改变。 只有充分认识林火对生态系统的影响、森林生态系统对林火的适应以 及林火动态对气候变化的响应与适应，才能为林火管理提供理论基础。 因此，分析当前森林生态系统中的火动态状况以及林火管理措施的影 响，将有助于林火管理者结合我国森林火灾特点制定更科学的林火管 理对策。了解火在自然生态系统中的作用对有效的林火管理是必要的。 森林可持续经营也需要对当前林火动态有全面的了解。林火动态变化 与可燃物积累密切相关。准确掌握林火动态和可燃物特性是制定合理 林火管理策略或规划的基础，对于应对气候变化情景下更为严峻的森 林防火工作具有重要的实际意义。2.森林生态系统中火动态状况林火既能维持森林循环演替或导

6、致逆行演替，也能使演替长期停留在 某个阶段。森林植被是火干扰特征与植被特性相互作用的结果。植被 组成和结构决定于气候、火频次以及火强度，反过来，火频次和火强 度也决定于植被结构、地形生产力以及气候状况等。描述森林生态系 统火干扰状况的指标主要有火烧类型、火强度、火烧面积以及特定地 段的火频次或典型的火间隔期等。一般用林火动态来描述森林生态系 统火状况，包括生态系统中火发生频度、范围、强度、烈度和季节性 等特征。林火动态包括时间上的动态变化规律和空间上的分布格局。 时间动态包括林火的年际变化、季节变化和发生时间的变化等。林火 动态的空间分布格局主要包括林火次数和林火面积的空间分布规律 等。火动态

7、是在跨区域尺度上认识火干扰模式的特征、影响以及变异 性的必要因子。从全球来看，火频率和火强度在不同森林类型中变异 很大。全球每年过火面积约200M 一 5OOMhm2，其中包括大面积的 稀树草原(200M 400M hm2 )、北方森林(5M 15M hm2)以及其他 森林、林地和灌木生态系统受到影响。随着遥感技术(RS)的应用，上 世纪80年代出现了全球尺度上森林火灾空间分布规律的研究。全球 过火面积最多的地区主要是非洲的热带稀树草原、澳大利亚、东南亚 以及北方森林。但现有的遥感数据还不能支持更长时间尺度(100年) 上的火发生研究，也难以准确地分辨不同的火行为。当前有关过火面 积、火强度以

8、及火烈度等方面的卫星遥感产品还处于发展过程中。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第4次评估报告认为，受气候 变化(主要指温度升高和干旱期频繁出现等)和极端天气事件的影响， 未来亚洲的北方森林火灾发生频率和范围将增加;澳大利亚和新西兰 的火灾频率与强度将增加;欧洲尤其是地中海地区的火险将升高，中 部和东部泥炭火发生频率较高;拉美等地区随着热带雨林毁林速度的 加快，以及土地利用与气候变化的影响，森林火险将显著提高；北美 洲的野火可能会在气候偏暖、土壤更干燥和生长季更长的情景下加剧。 Stephens等认为，火影响的程度取决于树木死亡斑块的大小以及是否 恢复相同或相似的植被类型。如果高强度火

9、烧斑块过大，小气候和恢 复机制(如种子丰度及其传播)将限制火烧迹地的恢复。大面积高强度 火烧可能会改变植被类型，尤其是在适应了高频次、中低强度火干扰 或者缺乏繁殖体的森林生态系统中。在一些地区，气温的上升、干旱 胁迫以及可燃物载量的增加将会导致高强度火烧斑块的异常扩大，如 美国黄松(Pinus ponderosa )和半干旱针叶混交林的高频次、中低强度 火动态发生了明显改变。3 .火动态变化及其影响因子研究林火动态可以了解森林火灾在时间上的动态变化和空间上 的分布格局。时间动态包括林火的年际变化、季节变化和发生时间的 变化等。林火动态的空间分布格局主要包括林火次数和林火面积的空 间分布规律等。

10、Larsen利用林分资料、火疤信息和历史火灾数据，研 究了伍德布法罗国家公园(WBNP)北部森林火烧的时间和空间变化， 发现在过去300年火烧频度已经发生了改变，加拿大短叶松(pinus banksiana琳和白杨(populus tremuloides)林的火烧频度比黑云衫(p iceamariana)和白云衫(Piceaglauca)要高。火烧频度变化和水源平均距 离相关。于成龙等通过对大兴安岭森林火灾的特征分析认为，20世 纪90年代森林火灾次数的增加主要是人为因素引起的，过火面积也 有所增加。邸雪颖等研究了大兴安岭塔河林业局林火空间分布格局， 发现该区森林火灾10年平均次数呈现递增趋势

11、。1998年后该区的总 体过火面积下降明显，但90年代后雷击火引发的过火面积呈现上升 趋势。火疤时空格局受地形、植被和气候等因素的影响，包括温度、 降水、积雪、雷电、植被类型及年龄、海拔、坡向、坡度、土壤排水 型、与居民点和道路的距离等都影响林火的发生与蔓延。人为因素对 火动态的影响包括点燃和扑救。年际水平上，干旱对火活动有着重要 影响。Rius等重构了法国比利牛斯(pyrenees)距今3 000 4 000年人 为火的动态变化，分析了火动态在森林生态系统中的作用。Minnich 研究了可燃物驱动的丛林火动态，发现2个研究区域的火灾大小不同， 但间隔期相似，火动态主要依赖于时间。当前的火行为

12、预测模型如 FVSFFE。FARSIIE和FlamMap等都考虑了空间可燃物、地理和时 间等重要因子。气候是林火动态变化的主导因素，气候变化引起温度 升高、干旱期延长、林火频率和过火面积增加以及林火强度增大。杨 强等分析了大兴安岭地区近30年的降水变化趋势，发现年降水量除 北部漠河呈增加趋势外，其他地区都在减少，夏季降水量变化趋势和 夏季降水量多少有明显的阶段性。火烧对景观的影响火干扰的空间、时间和规模影响到植被动态的格局和过程。火面 积和形状决定了火干扰斑块的边缘特征、边缘效应以及种子入侵，从 而影响到森林植被的物种组成与空间格局。火动态(变化度动范围2 4年)影响长叶松(Pines pal

13、ustris)林上层结构和下层物种多样性及丰 富度，特殊物种和最近树的关系表明，短计划火烧周期能提供更丰富 的物种多样性。火干扰与景观尺度上森林植被的时空格局关系是当代 森林生态学和景观生态学的研究热点。在景观的形成过程中，林火与 景观的结构、功能、动态、格局及景观多样性是相互作用、相互联系 的。火动态主要是通过对斑块结构、走廊、网格和本底的影响来改变 景观的结构。林火可改变景观斑块的大小、形状、数量及其在景观空 间上的排列状况;同时也影响走廊、本底的特性。火干扰影响景观边 缘并产生强烈的边缘效应。林火干扰形成斑块的大小，取决于林火行 为和景观的空间格局。林火既可直接破坏走廊或网络，又可通过改

14、变 其他环境因子而间接地影响走廊。中等干扰假说认为，中度自然火干 扰有利于形成森林景观的异质性，而过强或过弱自然火干扰则促进同 质性发展。林火干扰所形成的景观破碎化将直接影响到物种在生态系 统中的生存和生物多样性。黄石国家公园火烧后产生了大量的镶嵌结 构，植被在大小不同火烧斑块中的反应不同，镶嵌结构空间格局对火 后植被恢复具有重要影响。火强度对森林景观格局变化具有明显的影 响，火强度不同，导致种源、土壤理化性质等自然环境要素产生差异， 并决定了火后森林景观更新与恢复措施，进而影响森林景观格局的动 态变化趋势。与此同时，景观格局又反过来影响林火的发生、发展和 蔓延，如防火带、防火线及河、路等天然

15、防火屏障使针叶纯林发生隔 离，大大增加了其抗火的能力。火烧强度、频率及大小等对火后演替 有重要影响，不同火烧程度迹地上残存的活植被繁殖体的多度及其空 间分布等方面有很大不同，且直接影响火后植被初始演替格局及动态。 轻度火烧后林内环境变化不大，针叶林下一些阳性草本出现或增多， 而阴性草本则相应有所减少，同时由于火烧后地被层覆盖率降低，有 利于针叶林的更新，经过一段时间后植被基本都能恢复到以前。中度 火烧后林冠层大部分被破坏，在地表层中会有少量种子存活，草本灌 木层基本上被烧尽，没有被烧死的树木及灌木根茎开始萌生新枝条， 一些先锋物种的种子通过风等传播途径也大量侵入，同本地物种进行 竞争。重度火烧

16、后乔木、灌木和草本基本死亡，土壤有机质几乎全部 烧掉，原有阴性植物大量减少甚至消失，生态环境趋于干旱。林火动态变化与林火管理林火动态对林火管理措施和森林生态环境具有重要影响。林火管理政 策需要根据林火动态变化进行针对性调整，才能实现森林资源的可持 续管理。Parisien等研究了火动态时空变化，包括火灾数量、火灾面 积、火周期、火险期、火灾原因、潜在火强度等因子，提出根据林火 动态的变化调整火和森林管理战略。provenche等根据可燃物种类、 结构、载量等指标制定出中尺度火动态等级条件分级图(Fire Regime Condition ClassMaps)结合可燃物恢复计划来实现资源管理目标

17、。Conard，研究了加州南部灌丛火动态与可燃物变化，提出建立战略性 野外可燃物动态管理区和火险强度管理区，保护野地一城市交界处有 价值区域。Mocoy和Burn认为，气候变化对加拿大北方森林火动态 有显著影响，预测2069年年均火灾次数和火烧面积会翻倍，林火管 理中要加强中低强度的计划火烧应用。这些针对生态系统的林火动态 研究成果为改善林火管理对策和措施提供了科学依据。研究与林火相 关的气候、环境和社会因素的变化，不断合理调整林火管理政策，才 能实现林业的可持续发展。森林火灾受环境因素、社会变迁、经济发 展、甚至政治等多种因素的影响，灭火技术的进步对林火管理不能起 到决定性作用，所以将森林可

18、燃物管理纳入林火管理计划和决策中是 必要的。1987年大兴安岭特大火灾后，我国加强了林火管理，随着 林业产业开发、社会经济发展和林业管理政策的不断变化，我国主要 林区林火动态也发生了显著变化。但我国对林火动态及可燃物变化的研究还不能满足林火管理需要，未来需要加强这方面的研究，更准确 地掌握林火发生规律，不断合理调整林火管理政策，实现森林的可持 续经营。林火管理政策的发展及其对火动态的影响在自然状态下，周期性的林火作用表现在:减少可燃物积累;创造 一个幼林至成熟林的森林结构、森林环境和栖息地;更新容易发生病 虫害的林分;促进耐火树种形成自然防火线，限制灾难性大火的发生。 当自然火周期受到干扰发生

19、改变后，森林年龄结构的变化以及易燃可 燃物的大量积累将导致灾难性火灾。火动态的改变贯穿着整个人类历 史，现在大部分森林生态系统的火动态已经发生了重大改变，这种改 变与人类活动和气候变化有关。林火管理的发展过程分为用火、防火、 林火管理、林火生态管理和林火生态系统管理5个阶段。自史前时期 开始，人类通过改变可燃物数量及其连续性导致森林景观的变化，进 而改变火动态。早期的人类将火用于清理、狩猎、刺激植物再生（为 人类和草食性动物提供食物）、栖息地扩展以及部落之间的斗争等。 当火威胁到人类生命和财产安全的时候，林火管理进人了防火阶段。 随着社会变革（如从原住地到欧洲的移民活动、工业革命等），土地利

20、用情况在许多景观上发生了变化。林火扑救活动减少了生态系统中的 火干扰程度，景观结构的改变（比如林分密度）导致了可燃物的增加。 植被的可燃性与其含水率有着重要关系，可燃物的积累使得森林生态 系统对气候变化（温室效应和干旱等）的敏感性增加。因此，人类干扰 引起的可燃物变化是林火动态变化的重要驱动因子。在欧洲，人类用 火是导致自然火动态变化的最重要因素之一。地中海地区的传统用火 方式现在仍旧非常广泛（放牧、农林间作、火烧采伐迹地以及打猎等 用途），这些人类活动造就了现在的地中海地区森林景观。其他大部 分地区（欧洲中部和北部）的传统用火方式已经停止，在20世纪70年 代这些地区的火动态发生了显著变化，

21、火频次增加了 1倍，过火面积 增加了 1个数量级。导致这一变化的主要原因是农村人口的减少（随 着农场被遗弃，植被和可燃物积累）导致了可燃物数量和连续性的增 加。在欧洲殖民以前，加拿大森林受到的干扰主要来自于自然因子， 如自然火、病虫害等。除了雷击引起的自然火，许多原住民把火作为 森林经营的一种工具，早期的移民也用火把林地变成农田。随着公共 安全、财产和自然资源受到野火威胁以及森林工业的发展，森林防火 机构在上世纪初逐渐发展起来。这些防火机构的管理目标是通过监测 和初始扑救来控制所有的野火。到20世纪80年代初，人们逐渐认识 到扑灭一切野火的政策在经济上不可行、生态上也不合理，自然干扰 对保持森

22、林生态系统的健康、多样性和生产力有重要作用。当前，加 拿大除了积极扑救城市一野外交界处、高价值森林工业地区以及游憩 地的野火外，在非商业性地区（如荒野公园和偏远林区等）允许自然火 烧。加拿大不列颠哥伦比亚省大部分森林生态系统都会受到火干扰的 影响。1800年之前，该省有着健康、多样和富有生产力的森林和牧 场，这在一定程度上得益于周期性的火烧，年均过火面积约为50万 hm2。自现代扑火技术引人以来，年均过火面积已经下降到历史平均 水平的1/10。但2003 ,2004和2009年的过火面积均超过了 20万hm2， 尤其是2003年超过了 25万hm2。2003年和2009年的许多高强度大 火发生

23、在可燃物长期积累的森林，并且伴随着炎热干燥的气象条件。这些大火导致森林覆盖度显著降低，从而导致了土壤生产力的降低以 及土壤侵蚀引发的洪水、山体滑坡和水质降低等不利后果。尽管不列 颠哥伦比亚省有着先进的扑救系统，但单纯地继续增加灭火装备和提 高灭火技术已经不能适应当前的森林状况，一些地区的森林火险已经 非常高，即使利用最好的灭火装备和技术也不能保证安全和有效。我国大部分森林生态系统的火干扰状况也发生了显著变化。20 世纪60年代以前，我国大兴安岭林区大部分处于自然状态。1987年 大兴安岭特大森林火灾发生后森林防火工作受到高度重视并得到不 断加强，东北林区森林火灾次数和面积都明显降低。19882

24、002年 黑龙江省年均森林火灾为242次，年均受害森林面积9786.5 hm2,森 林火周期变为2649年，与1987年前相比，火频次和过火面积分别减 少38. 4%和97. 7%。近20年我国积极的森林防火政策导致了森林火 周期的改变，进而引起森林结构和可燃物组成的变化。刘斌认为，自 1992年国家实施“天保工程”以来，大兴安岭林区的林火发生面积 大幅减少，森林大火次数明显减少。林火管理技术自20世纪初期开始的扑救所有森林火灾的防火政策使得美国西 部森林从20世纪末开始连续发生高强度火灾周。对原本是火适应或 火依赖森林生态系统占主导区域的火发生进行控制，其结果会改变演 替的格局，引起森林年龄

25、结构和组成的变化。森林火周期延长会使林 地可燃物载量增加，进而导致潜在火强度升高，发生树冠火和森林大 火的几率增大。因此，美国在20世纪90年代实施了可燃物管理计划， 计划烧除和机械清理已经作为美国可燃物管理计划的重要措施应用 于季节性干早森林中。在一些半干旱森林中，虽然火排斥政策导致了 平均林分密度和易燃树种丰度的增加，但这些变化的速度和规模差异 很大洲。恢复之前的林火动态非常重要，但是辨别并选择哪些森林 需要进行修复是一项重要工作，也是一个难点。首先要明确进行可燃 物管理的重点地区，如在美国落基山脉北部，20世纪60年代以前进 行过采伐的森林相比未采伐过的森林有着更高的平均林分密度、更加

26、均一的林分结构、更多的枯立木和易燃树种，火管理和森林采伐的相 互作用加剧了美国黄松林抵抗火干扰的脆弱性，因此这些地区的可燃 物管理措施应该在采伐过的森林中优先进行。其次，评估现有的林火 管理政策对可燃物管理的效果也是林火管理的重要内容。依据不同森 林类型中可燃物管理效果（把火行为和火影响维持在一个期望的范围 内）所能持续的时间长短来确定可燃物管理的周期。Stephens等评估 了内华达山脉针叶混交林可燃物管理效果，发现未开展可燃物管理的 区域森林火险显著升高，只进行机械清理的样地7年内火险降低，只 进行计划烧除的样地林分密度降低，机械清理与计划烧除交错进行的 管理措施可能会使整体管理有效年限提高到约20年。森林经营与林火管理政策需要根据林火动态变化有针对性地进 行调整，只有这样才能实现森林资源的可持续利用。要降低林火强度， 减少灾难性林火发生的几率，必须进行可燃物管理。减少地表可燃物和改变易燃可燃物的空间连续性分布是降低森 林火险的最有效措施。地表可燃物清理（如计划烧除和机械清除地表 粗可燃物等）应该结合冠层可燃物清理，这样才能更加有效地减少树 冠火的发生。Agee等针对美国西部森林的火灾问题提出了减少地表 可燃物、增加枝下高、降低郁闭度、保留耐火树种等措施。可燃物处 理要充分考虑空间尺度和时间尺度。减少可燃物载量和改变其连续性是最可行的改变林火行为的手 段。近年来，有