大兴安岭大兴安岭典型森林类型火灾燃烧特征

大兴安岭大兴安岭典型森林类型火灾燃烧特征

大兴安岭林区是中国的储水区。该林区发生了震惊世界的“87.56.56”森林火灾，以及7.28年的山地森林火灾。这些特大火灾发生时,地表火、树冠火、地下火或者交织在一起,立体燃烧,或者时快时慢,相互转换,甚至还有飞火、火旋风出现,形成了复杂多变的火行为特征。出现这种现象,除了受地形因素、气象因素影响外,还与当地的主要树种—兴安落叶松林有直接关系。兴安落叶松具有耐寒、耐旱、耐水湿、耐贫瘠的特性,在大兴安岭林区分布范围很广,是当地的优势树种。兴安落叶松本身含有大量油脂,易燃性很强,但由于所处的立地条件不同,常形成特征明显的多种森林类型。为了便于研究,在林火管理上,将八种主要的兴安落叶松林型按照易燃性的高低分别划分为:易燃型(蒙古栎兴安落叶松林、杜鹃兴安落叶松林和草类兴安落叶松林型)、可燃型(偃松兴安落叶松林、杜香兴安落叶松林型)和难燃型(泥炭藓兴安落叶松林、泥炭藓杜香兴安落叶松林、溪旁兴安落叶松林型)三种燃烧性类型。以上三种燃烧性类型中,蒙古栎兴安落叶松林(环境温暖干燥林型)、偃松兴安落叶松林(海拔最高的林型)和泥炭藓兴安落叶松林(寒冷潮湿的林型)最具典型性,可以选为三种燃烧性类型中各自有代表性的林型。下面,采取按顺序横向对比三种典型林型的立地条件、植被构成特征的方式,研究立地条件(环境)、植被与火行为之间的内在联系,并对兴安落叶松林的潜在火行为进行分析。1气象区立地条件蒙古栎兴安落叶松林主要分布在大兴安岭的东南部,分布地域为海拔450—600m、坡度20°以下的阳坡、半阳坡,或海拔300—500m的阴向缓坡地段,分布地域的气温高,土层厚,肥力足,立地条件中生或干燥。偃松兴安落叶松林是分布地域最高的兴安落叶松林。北部分布在海拔1000m以上的山地,南部分布地域海拔超过了1400m。分布地域气候寒冷,风力强,土层薄,肥力低,水分适中,适合偃松生长。泥炭藓兴安落叶松林主要分布在大兴安岭北部海拔450—1000m的山地,越往北越多,但分布面积不大。它所处的立地条件多是5°以下的阴坡、半阴坡山麓或溪流附近的寒冷和贫瘠的低湿地,常有积水现象,土壤潜育泥炭化,地下为永冻层。2植被的组成特征植被是森林燃烧的物质基础,它的大小、数量、易燃性以及排列方式等都与森林火灾关系密切。2.1蒙古栎属林下植被分布和群落该林型为蒙古栎林向兴安落叶松林的过渡林型,兴安落叶松构成主林层,郁闭度0.4—0.8,树高18—25m。在主林层下常有低矮的蒙古栎构成次林层,层高为8—18m;多为弯曲的小径木和萌生林,并混生有黑桦和山杨。由于上层林木枝叶稀疏,林下灌木和草本层植物发育良好,种类多达70余种。灌木以耐干旱的胡枝子、毛榛子、绒毛绣线菊为主,层高1m。草本植物总盖度达60%,主要为中生和旱生的兴安鹿药、鹿蹄草、小叶樟和苔草等。苔藓植物稀少,有5—15cm厚的以蒙古栎落叶为主的枯枝落叶层,林下更新差,以蒙古栎幼树为主。2.2林下的生长状况由于地处高海拔严寒地带,这里已不利于其他乔木生长,唯兴安落叶松尚能勉强适应,但常形成疏林,郁闭度不超过0.4,生长受到严重抑制,树干矮小且尖削度大,高10m左右。林下主要由匍匐状的偃松组成,间或混生有丛桦、杜香、越橘等,密度很大,层高1.5~3.5m;草本植物稀少,苔藓发达。由于生境严寒,无霜期很短,微生物活动微弱,林内凋落的枯枝落叶球果,以及死亡的苔藓地衣等有机物残体分解缓慢,常形成薄厚分布不均的腐殖质和泥炭层。2.3地表苔藓层泥炭藓兴安落叶松林的林木全为兴安落叶松,由于永冻层的影响,兴安落叶松的根系在遇到坚硬的冻层后,下伸困难,往往形成一网状水平根盘,随着藓类的积累,冻层上升,深埋于冻层中的落叶松根系逐渐死亡,而在树干上产生不定根,艰难地穿越于地表苔藓层之中,仅仅依靠夏季地表融水维持有限的生命力,其生长缓慢,树冠稀疏,多为病腐木、枯立木和小径木。郁闭度0.4左右,高不足15m。幼树较少,生命力很弱,林下灌木发育不良。藓类发达,密如毛毡,主要为白齿泥炭藓等多种泥炭藓类。由于寒冷、潮湿,微生物活动微弱,有机物残体分解缓慢,日积月累,常形成很厚的腐殖质和泥炭层。从以上情况的对比分析来看,从易燃型到难燃型:(1)立地条件由温暖、肥沃、干燥,向寒冷、贫瘠、水湿过渡。(2)植被组成由种类丰富、垂直连续分布、旱生,向种类单一、垂直间断分布、湿生过渡。(3)森林可燃物由轻型向重型、由易燃可燃物向难燃可燃物、由地表可燃物向地下可燃物过渡。以上的差异,必然会对林火行为产生影响。3兴安落叶松林潜在林火行为特征林火行为即森林火灾发生发展所表现出的全部特征,具体体现在火强度、火烈度、蔓延速度、能量释放以及林火种类等方面。3.1安全稳定林型该林型立地条件干燥,林内枯枝落叶层排列疏松,通透性强,极容易干燥和燃烧。而且蒙古栎幼树当年生树叶干枯以后,常挂在树枝上不脱落,也增加了森林火灾的危险性。所以,该林型的地被物层、草本层、灌木层、次林层和主林层都充斥着大量的易燃可燃物,而且在垂直方向上衔接紧密,呈明显的梯形分布。因此,该林型的易燃性很高,通常易发生中、高强度的地表火,也可能形成地表火支持下的间歇型树冠火和冲冠火。在干旱、高温、大风天气下,容易引发高强度树冠火和冲冠火,是最容易发生森林火灾的兴安落叶松林型。但由于立地条件较好,又不是木材主伐区,因此林木长势好,林内枯立木、病腐木、倒朽木、采伐剩余物等重型可燃物较少,而易燃的轻型可燃物较多,因此,该林型发生森林火灾后燃烧迅速,火强度大、瞬间释放的能量高;但火烧持续时间较短,火烈度较低;林火的蔓延速度则比较快,火场容易清理。3.2火炬立体燃烧型偃松的枝、干、叶、球果内含有大量油脂,易燃,又呈密集的匍匐状生长,下接地面上连树冠,可燃物在垂直方向上梯形分布明显,林下又有腐殖质和泥炭层。所以,该林型具备地表火、树冠火和地下火同时发生的燃料基础。但由于地处高海拔严寒地带,化冻晚,火险期推迟,再加上作为主要引火物的阳性草本植物稀少,因此该林型一般不易发生森林火灾,仅在特别干旱的年份发生夏季森林火灾。而且,一旦发生火灾,往往形成地表火、树冠火和地下火立体燃烧的态势。火强度、火烈度、释放的能量都很高,甚至有飞火产生;火烧持续时间也比较长,对森林环境危害严重,不易扑救和清理。3.3地下火对森林的影响由于环境寒冷、潮湿,腐殖质、泥炭层厚,地表仅有难燃的苔藓分布,因此,该林型不易燃,仅在极其干旱的年份偶尔发生蔓延缓慢、持续时间长、甚至可以越冬燃烧的地下火,地下火所到之处,苔藓植被层几乎全部烧光,树木根系被破坏,靠网状水平根盘和不定根支撑的兴安落叶松失去支撑,将会成片倒下,倒伏的病腐木、枯立木常以暗火的形式持续缓慢燃烧,对森林危害严重,遭受破坏的森林环境需要很长时间才能得到恢复。从以上情况的对比分析来看,从易燃型到难燃型:森林火灾的林火种类由地表火向地下火、易燃性由高向低、蔓延速度由快向慢、火强度由强向弱、火烈度由低向高等转变。因此,兴安落叶松