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林火作为一个重要的自然生态因子,对森林生态系统的物种组成、年龄结构和生态过程起着举足轻重的作用。影响林火发生的自然因素主要包括气象、地形和森林可燃物,其中森林可燃物是人类唯一能控制的林火因子,对其管理是解决林火安全问题和恢复森林健康的根本途径。在全球气候变暖、极端气候频繁、火险不断增加的今天,开展可燃物及其管理研究对维护小兴安岭林区森林资源和林火安全具有重要的意义。本研究以掌握小兴安岭林区丰林自然保护区森林可燃物的特性及其林火行为为出发点,首先分析了主要植被类型的可燃物载量及其环境梯度,然后以可燃物关键参数为变量用系统聚类的方法建立了标准可燃物模型,并运用FARSITE空间直观火行为模型,预测了潜在林火行为的空间分布,最后探索了不同可燃物处理方式对潜在林火行为的影响。得出以下主要结论:
(1)丰林自然保护区主要植被类型间地表可燃物载量差异比较大,云冷杉林由于其主要生长在沟谷地带,林内湿度大,可燃物分解快,可燃物载量最低;不同阔叶红松林群落类型内,1-h时滞可燃物载量呈显著性差异,lO-h、100-h和总地表死可燃物载量差异均不显著,其中椴树红松林内的1-h时滞死可燃物载量最高:丰林国家级自然保护区内阔叶红松林粗可燃物(CWD)的总贮量为75.61 m3.hm-2,其中倒木为66.24 m3·hm-2,枯立木为2.03 m3·hm-2,树桩为7.34 m3·hm-2,各阔叶红松林群落类型间粗可燃物贮量呈显著性差异。
应用DCCA排序方法分析了丰林自然保护区地表死可燃物载量与海拔、坡度、坡向、坡位、郁闭度、胸径、树高和枝下高8个地形和林分因子的关系。研究结果表明:影响该地区地表死可燃物载量的因子较多,其中海拔、坡度等地形因子和树高、枝下高等林分因子是地表死可燃物载量的首要控制因子,二者的共同作用决定了该地区的可燃物载量分布格局。
(2)从潜在林火行为的角度出发,依据可燃物的关键参数,利用系统聚类方法在丰林自然保护区建立标准火行为可燃物模型。研究结果表明,丰林自然保护区可以划分3个火行为可燃物模型,代表性植被类型分别为阔叶红松林(模型FL-I)、云冷杉林(模型FL-H)和杨桦林(模型FL-III)。依据可燃物的林分结构与组成、地表覆盖型和水平与垂直连续性,本研究建立的FL、FL-Ⅱ和FL.m与加拿大CFBPS可燃物分类系统中的C-5、C-2和D-l相似。最后,以照片的形式展示了3个可燃物模型的地表和垂直结构特征,可为野外工作者判定可燃物模型提供辅助。
(3)将FARSITE火行为模型应用于丰林自然保护区林火行为预测,并根据Rothermei和Rinehart制定的林火行为等级标准,编制潜在林火行为空间区划图,以探讨林火行为的空间分布特征。研究结果表明:在本研究设定的有可能、易发生和极易发生3个森林火险等级下,丰林自然保护区林火行为主要分布在Class I和ClassⅡ等级上,使用手工工具可能从火头控制火势蔓延;火行为等级空间分布特征较为明显,Class lII等级的火行为主要分布在区域中东部,Chssn主要分布在区域中部,而Class I则主要分布在区域四周;高强度林火行为主要分布在可燃物模型为FL-I和FL-II,海拔为300-400 m、坡度为平坡和缓坡、坡向为阳坡上。高强度林火发生在接近道路与居民点500 m的区域内分布面积明显高于分布在距离道路居民点500-1000m和1000-1500 m区域。
(4)利用FARSITE空间直观火行为模型,设置了7个可燃物处理方案,分别从减少地表可燃物、减少梯子可燃物、减少林冠可燃物和全面可燃物处理方面,探讨了不同可燃物处理方式对潜在林火行为的影响。结果表明,减少地表可燃物载量是最有效的可燃物处理方式。根据该处理方式,丰林自然保护区的林火很弱,处于完全可控制的范畴。研究结果可以为丰林自然保护区林火与森林可燃物管理提供参考依据。