干扰是景观生态学中的重要概念

林火几百万年以来，火一直普遍存在于自然界中。随着人类文明的进步，人们从认为林火是破坏生态系统导致群落逆行演替的非自然因子上升到了林火是森林生态系统中的一个自然因子的高度。到20世纪60年代，生态学家开始用积极的观点来看待林火。火作为一种生态因子越来越受到人们的重视，并认识到森林中完全没有火干扰可能是有害的，地球上许多森林生态系统的维持与火因子有关。上世纪80年代以来，随着景观生态学的兴起，促使林火干扰与森林的关系研究上升到景观尺度。景观是空间上不同生态系统的聚合体，构成这些聚合体的各个生态系统之间存在着物质和能量以及相互影响，同时这个聚合体是多种自然因素，自然干扰和人为干扰互相作用的结果。其中自然干扰是普遍发生的，如火灾，洪水，病虫害等。不同的自然干扰状况常形成不同的景观格局。在诸多干扰因素中，林火是最重要的一个。火常被看作是生物多样性和景观异质性的源泉之一，这充分体现了林火干扰是景观形成的重要因素。同时，景观格局又反过来影响林火的发生，发展和蔓延，景观要素的结构与特征。在保护人类现有的生存环境和动植物保护上，有着非常重要的作用。从保护生物学的角度来说，林火在景观生态安全格局和景观生态战略点的选择上是有利于生物多样性保护的。在许多地区，林火干扰是控制森林景观尺度上植被的组成与结构的重要因子，林火干扰与景观尺度上森林植被的时空格局的关系是当代森林生态学家和景观生态学家的研究热点。研究森林被林火干扰与景观异质性，景观多样性关系具有重要的理论和实践意义。近几年来，许多国家开展了关于森林火干扰的研究。干扰对于塑造和维护陆地生态系统起着重要的作用，而林火深刻地影响着陆地生态系统的过程和陆地森林景观的稳定性，对许多物种的进化历史起着重要作用。”在许多情况下，林火已经成为生态系统中的一部分，优势种已经适应火烧的循环周期”林火对于许多森林生态系统的存在是至关重要的,火发生频率和严重性深刻地影响了区域内森林的结构与组成”森林景观的形成是在气候，地形，植被，土壤以及干扰等多种因素综合作用下的产物，人为火源和天然火源对景观的形成与发展具有重要作用。林火作为森林中极为活跃的干扰因子，它能影响某些生物的发展和演变，影响许多生物的生存和发展。本文选择黑龙江省呼中区作为研究区域，研究其在林火干扰的情况下，景观稳定性的变化，从而有助于了解火干扰在森林景观格局形成中所起的作用。二.研究区域概况研究区域地处寒温带针叶林区的黑龙江省大兴安岭北部原始林区呼中区，该区地处大兴安岭主山脉东坡,伊勒呼里山脉北坡，西部与内蒙古相邻，总面积＞94万hm2。呼中自然保护区，面积19.4万hm2,主要保护对象为寒温带针叶林及珍稀动植物,植被为寒温带针叶林，是中国唯一保存较完整的寒温带针叶林，主要树种为兴安落叶松和樟子松”气候独特,森林可燃物积累丰富，加之高海拔地形，形成了该林区不同于其他地区的火环境，给预防和扑救森林火灾带来极大的难度，该林区中枯枝落叶，干落树皮，球果，草本，蕨类，灌丛，枯倒木，伐根，枯立木，采伐剩余物等易燃可燃物随处可见,一旦发生火灾，能量释放迅速,危害非常严重。本区地处大兴安岭中部，气候具明显的大陆性特点，为欧亚大陆多年冻土区的南缘，植被属寒温带针叶林区。该区属寒温带陆性气候,又具有明显的山地气候特点，年平均气-414e,极端最低气温-4.4摄氏度，；年降水量481.6mm，主要集中在6~8月,无霜期80〜100d。三研究方法3.1景观类型划分本文分别利用呼中1979年和1995年的1:50万森林分布图，在ARCGIS8.1对其进行数字化，根据植被分布情况分为以下4类景观类型:野青茅草甸，兴安落叶松林，阔叶混交林，樟子松林，将数字化完的矢量数据转为栅格格式,根据分类的情况分别对每一类赋一相应的编号,以便进行下一步的景观指数计算3.2火灾轮回期火灾轮回期是燃烧完整个研究区域所需要的间。它是用来表征林火出现时间长短的一个量。可以用下式表达T=S/Sa（式中T:火灾轮回期;S:研究区域面积,hm2;Sa平均每年火烧面积,hm2）3.3景观指数计算景观指数能够高度浓缩景观格局信息，是反映其结构组成和空间配置某些方面的简单定量指标，根据需要选取4个景观指数，分别代表不同尺度上的景观信息，根据不同林地类型的编号，在Fragstat310对编过号的栅格数据进行景观指数计算”分别计算以下不同的景观指数，斑块类型水平指数:斑块数量，景观形状指数;景观水平指数:景观多样性指数和景观聚集度指数。（具体怎么算这就先不说了）四结果与分析4.1林火状况林区主要分布在海拔500〜1100m,其地带性顶极群落以兴安落叶松为主，火源主要是雷击火，占火因总数的60%以上，1969〜2001年呼中区年均发生森林火灾5125次，平均每次过火面积1164.78hm2。林火发生的次数在进入1990年代有增加的态势,而林火面积在2001年为最大（图1，图2）图一；历年林火发生次数图二历年林火发生面积根据公式（1）求得，火灾轮回期823a，大大超过了正常的火灾轮回期，由于人为扑救使林内可燃物大量的积累，在极端气象条件下极易发生大面积的森林火灾”金森等对黑龙江省森林火灾的轮回期的研究表明，黑龙江省的总平均轮回期为363a[7]，而不同森林类型表现出较大的差异”呼中区的火灾轮回期远高于全省水平，除了植被类型的影响外，林火扑救是重要的影响因素。4.2林火对景观稳定性的影响兴安落叶松林是本区的主要植被类型，其组成树种以兴安落叶松为主，并混生杜香，越桔，修氏苔草，偃松，白桦等，该地区的阔叶混交林面积增加，是因为发生火灾后，表层土壤开始化冻，而下层土壤还处于冻结阶段,使地下芽库得以保护，所以大火过后,地上的阔叶树和灌木无法被烧死,事后绝大多数植物,都以无性繁殖方式再生，种子繁殖体极少，樟子松抗火能力很差，火尤其对幼树威胁更大，限制了樟子松在本区的分布,远不及兴安叶落叶松广泛，但是轻微的地表火又能对樟子松起到一定的促进作用，因为可烧死一部分立木，树冠疏开,同时，光照条件,并保证了种子和土壤的接触，有利于萌发成苗，不同强度的林火对不同类型的植被影响有所不同,对于兴安落叶松林原始林低强度的地表火，仅烧毁林下的枯枝落叶，！灌木，幼树，对其原始林相无影响，但延长森林更新时间，发生强烈的火烧,或多次火烧,兴安落叶松容易死亡，一些阔叶树种如白桦!山杨易侵入,形成针阔混交林”如果同一林地反复发生林火,那么就会转变为灌丛和草地，对于在春季发生火灾的草甸，易引起白桦的更新，形成白桦林，如果在白桦林下经常发生低强度火烧，周围又有落叶松母树林的存在,则容易促进兴安落叶松的更新,各植被类型的转化情况如表1由于火灾轮回期很长，使得整个区域火后更新的林地仅占其中的很小一部分，对整个区域的景观造成显著影响的应为人为干扰或其他因素,火干扰仅占其中较少的比例，对景观的动态演化不造成重大影响。五结论与讨论呼中区1979〜2001年林火发生次数变化不大,20世纪90年代以来发生次数有所上升，火灾面积2001年过火面积最大”火灾轮回期823a，大大超过正常的火灾轮回期”从1979~1995年各植被类型的面积变化不是很大，其中野青茅草甸和樟子松林的面积均有所减少，兴安落叶松林和阔叶混交林的面积均有所增加”斑块数量除兴安落叶松林外均有所增加，其中阔叶混交林增加显著，这些植被类型在1979~1995年间产生较大的破碎化，兴安落叶松林的斑块数量则有所降低”形状指数除樟子松外均有较大的增加，斑块形状趋于复杂，虽然兴安落叶松林在空间的连续性有所增加，但局部的破碎化依然导致形状指数增大”林火的干扰对于景观格局的变化具有重要的影响，对于呼中区而言，由于过度的人为扑救抑制了林火的蔓延，限制了大面积火灾的发生，使得林火以中低强度的林火为主，相对于自然状态下的林火而言,其干扰对景观格局变化的影响的重要性显著降低”景观格局的变化是在气候!人为干扰!火干扰等多种因素下综合作用的结果,本文仅研究了林火对对景观变化的影响，对于如何结小林结管理和营林措施，使林火的发生控制在一个合理的水平,有待进一步研究。林火对景观稳定性的影响一林火对景观破碎化的影响，林火属于离散干扰事件，它能使生态系统群落或种群的结构遭到破坏，使资源基质的有效性或物理环境发生变化，林火的强弱与景观的破碎化表现出一定的相关性：林火强度大的地区斑块面积较小；作用弱的地区斑块面积较大。随着林火的干扰区的远近，几个景观多样性指数没有表现出有规律的大小变化，虽然林火的发生被得到有效的预防和减少，但目前决定森林景观稳定性的因子主要还是林火要素。林火干扰与森林景观的破碎化关系密切，主要有两种情况：一些规模较小的林火可以导致景观破碎化，像南方小面积的森林火灾，强度小，将基质形成小的斑块，使景观结构破碎化；当火灾足够强大时，将导致景观均质化。这是因为在较大林火干扰条件下，景观中现存的各种异质性斑块将会遭到毁灭，整个区域形成一片火烧迹地，火灾过后的景观将会成为一个较大的均匀基质。但这种干扰同时也破坏了原来所有景观系统的特征和生态功能。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保护％二林火对景观中各种自然因素的影响例如森林火灾后，导致景观中局部地区光，水，能量，土壤养分等的改变，进而导致微生态环境的变化，直接影响到地表对土壤中各种养分的吸收与利用。这样在一定时间内将会影响到土地覆盖被的变化。其次，林火干扰的结果还可以影响到土壤中的生物循环，水分循环，养分循环，进而促进景观稳定性的改变。林火干扰通过影响很多生物个体的死亡，生长和发育。影响到种群和群落的结构特征，影响到群落的演替规律。从一定意义来说，林火干扰是破坏因素，但从总的生物学意义来说，林火干扰也是一个建设因素，它是维持和促进景观多样性和群落中物种多样性的必要前提。三林火对斑块结构的影响景观斑块是地理，气候和生物，人文因子影响所成的空间集合体，具有特定的结构形态，表现为物质，”能量或信息的输入与输出单位。斑块的大小，形状不同，有规则，不规则之分。一般地，只有大型的自然斑块才有可能涵养水源，联接河流水系和维持林中物种的安全和健康，庇护大型动物并使之保持一定的种群数量，并允许自然干扰，如火灾。林火对斑块类型的影响需从空间尺度加以考虑。在生态系统内部，低强度的地表火过后，形成一个或多个火烧迹地，常造成火烧干扰斑块。对于大面积的重.特大森林火灾，火灾蔓延很广，火烧迹地面积很大，如果火烧地中间有少数团状林分未烧到，这时将火烧迹地称为本底，而将这些残余的林分称为残余斑块。对于环境资源斑块!由于它起源于环境的异质性。而林火对环境产生一定的影响，故林火干扰对环境资源斑块有一定的破坏作用。四林火对景观多样性的影响景观多样性是指一个景观或景观之间在空间结构，功能机制和时间动态方面的异质性。异质性是系统或系统属性的变异程度，而对空间异质性的研究成为景观生态学别具特色的显著特征，它包括空间组成，空间构型和空间相关等内容。异质性同抗干扰能力，恢复能力，系统稳定性和生物多样性有密切关系。景观异质性程度高有利于物种共生而不利于稀有内部种的生存。景观多样性是最高层次上的生物多样性。在景观尺度上，研究人类活动对景观格局和景观多样性的影响对于生物多样性保护工作的开展具有重要意义。如山区的小规模森林火灾可以形成一些新的小斑块，增加了山地景观的异质性；若森林火灾较大时，可能烧掉山区的森林，灌丛和草地，将大片山地变为均质的荒凉景观。适度的森林火灾，在较大程度上可以促进生物多样性的保护，但由于森林火灾常常会对人类活动造成巨大经济损失，因此，常常受到人类直接干涉。在生产上，人们只注重火的人为属性，过分强调火的危害，杜绝林火的发生，这种做法将会造成更高的火险和更为严重的火灾，这种行为可以说是人类对自然干扰的人为再干扰。其结果不仅导致生物多样性减少，同样会导致景观多样性的减少，从而使景观稳定性降低。低水平的干扰在增加生物多样性的同时，也增加了景观的多样性。森林火灾作为一种干扰对森林景观产生较大的影响。高强度大面积的森林火灾可消除森林，灌丛，草地等嵌块体，产生比较均一的火烧迹地景观，降低景观多样性；低强度小面积火烧或不均匀火烧通常在景观中建立较多的过火斑块，增加景观的异质性和多样性。火烧能加速景观要素之间的物种传播，养分分布和能量流动，增加物种多样性和生态系统多样

性。林火干扰的特征和性质表现在以下几个方面：1.林火干扰对于许多生态系统来说是种常见现象。2林火干扰的一个突出作用就是导致景观中各类资源的改变和景观结构的重组。3林火干扰对生态环境的影响有利有弊：一方面决定于林火干扰的性质，另一方面取决于林火干扰的客体。4.林火干扰对于人类活动来说是一种不期望发生的事件，但由于适度的林火干扰具有较高的生态学价值，当森林较高的火灾受到抑制时，将给景观带来许多影响，景观的形状多样性指数和丰富度等立刻发生变化，林火在景观生态建设中的应用性。林火干扰的特征和性质一些基本的景观改变和管理措施被认为是有利于生物保护的，景观中的某些关键点，通过控制这些点能异常有效地控制和促进某种生态过程，例如物种的空间运动，火灾和虫害的蔓延等，无论景观是均相的还是异相的，景观中各点对某种生态过程的重要性都不是一样的，其中一些局部，点和空间关系对控制景观水平生态过程起着关键性的作用#这些景观局部”点及空间联系构成景观生态安全格局#’%#它们是现有的或潜在的生态基础设施#在森林防火上，运用生物防火和营造防火林带就是考虑和综合了景观生态安全和景观战略点因素在内的一种方法。森林景观作为一种特定区域的数个异质森林群落或森林类型构成的复合森林生态系统'生物防火上运用生物之间的差异和生物与环境之间的相互影响$相互作用的不同而影响生物的阻火能力的大小进行防火#火经常作用于森林生态系统”并能增强或减弱森林生态系统的自我调节能力”有些种群是靠火来维持和调节的#森林防火过程中”考虑景观多样性和各生态系统间的互相作用与影响”可以进行人工点火的方式”对森林景观中一些生态衰竭$生态演替无法进行的林分进行有计划烧除”以促进森林生态环境的更新”这对森林景观生态安全格局来说是非常有利的#美国黄石公园采用这种方法”对此公园的一部分原始森林进行计划烧除”结果火后森林景观得到很好的恢复”更新起来的树木长势良好”几年内郁闭度大大超过了火烧前”这给许多动物又提供了隐蔽场所”结果对公园的生态