兴安落叶松人工林地表可燃物分布研究

周涧青，刘晓东，张思玉

（1.南京森林警察学院 森林消防学院，江苏 南京 210023；2.国家林业局森林防火工程技术研究中心，江苏 南京 210023；3.北京林业大学 林学院，北京 100083；4.省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083）

森林可燃物是森林燃烧的物质基础，其分布对森林火险的预报以及林火行为预测具有重要影响[1]。在具备火源和氧气等必要燃烧条件时，森林可燃物管理较易于人为控制。对森林可燃物的分布进行研究，有助于定量分析森林可燃物及其燃烧性，从而更好地进行可燃物管理和林火预测预报。大兴安岭地区是我国森林火灾高发区。近年来全球温室效应和厄尔尼诺现象使我国东北地区冬季增温明显，春秋两季干燥少雨，尤其是春季气温回升较快且常伴有大风天气，林内的高大枯立木又是造成夏季雷击火的主要原因，发生森林火灾的隐患逐年增加。兴安落叶松林是该地区的主要树种。因此，研究兴安落叶松林的可燃物负荷量及空间分布，对有效预防和控制该地区的森林火灾具有重要意义。

1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区东北部的呼伦贝尔市境内。地处内蒙古自治区东北部伊勒呼里山东南部余脉，地理坐标为123°45′～124°26′E，50°09′～50°35′N，属于我国北方最大的寒温带针叶林原始林区—大兴安岭林区，面积1587 km2。该区域为大陆性的季风气候，夏短冬长，年平均温度-2～4℃，年降水量为450～500 mm。土壤为棕色针叶林土和棕色泰加林土，平均厚度22 cm。该区地带性植被类型为寒温性针叶林，森林类型以兴安落叶松（Larix gmelinii）及其混交林为主，主要树种有兴安落叶松和樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）、白 桦（Betula platyphylla）、蒙古 栎（Quercus mongolica）和山杨（Populus davidiana）等。

2 研究方法

2.1 标准地设置与林分调查

在黑龙江大兴安岭林业集团公司森林经营部林业技术推广站所辖林区，根据立地因子（海拔、坡向、坡度）和林分特征（郁闭度、密度、平均树高、平均胸径等）选择林相整齐、具有代表性的4个主要林型（杜鹃-兴安落叶松林、杜香-兴安落叶松林、白桦-兴安落叶松林、草类-兴安落叶松林），在距离林缘5～10 m，远离河道、道路等且受人为干扰较少的实验林分共设置12 块面积为400 m2（20 m×20 m）的标准地。

乔木层调查：记录林分的树种组成，在标准地的四角拉两条对角线，计算林冠投影到其中一条对角线上的长度之和与对角线长度（28 m）之比，得出的值即为郁闭度；进行每木检尺，测定其胸径并求其平均值；选取3株标准木，使用勃鲁莱氏测高仪测量每株标准木的树高（m）并求其平均值；选取3 株标准木，使用生长锥测其树龄并求其平均值。同时记录第一活枝高、第一死枝高，记录枯立木的高度及株数。

灌草层调查：包括灌木、幼树和草本。在灌木样方内调查灌木和幼树的种类、高度、数量、盖度等，在草本样方内调查草本的种类、高度、数量、盖度等。

2.2 可燃物调查

采用收获法调查可燃物水平分布，灌木层设置2 m×2 m 样方（每个标准地5 个），草本层采用1 m×1 m样方（每个标准地5个），将样方内的灌木、草本全部割除并称其湿重；其中，灌木、幼树、草本按其高度，分1.5 m以下和1.5 m以上分别测定。将距地面1.5 m 以内的可燃物定为地表可燃物，主要包括枯枝落叶、杂草、低于1.5 m 的灌木；1.5 m以上定为梯状可燃物，为区分1.5 m 以下和1.5 m以上的灌木，1.5 m以下的灌木称为小灌木。地表枯落物层用1 m×1 m样方（每个标准地5 个），将枯落物分为落叶和枯枝两大类，落叶分为上层落叶和下层落叶；枯枝分为1 h 时滞枯枝（直径＜0.64 cm）、10 h 时滞（0.64 cm≤直径≤2.54 cm）和100 h 时滞（2.54 cm＜直径≤7.62 cm）3 个等级，测量落叶厚度，对各类可燃物取近100 g，分别装入信封，带回实验室烘干，计算绝干重量并取平均值。

2.3 数据处理

1）可燃物含水率测定：

式中：HU为可燃物相对含水率（%）；DH为可燃物干湿比，无量纲；WN为在自然状态下采集样品时称得的重量（g）；WD为样品烘干后的重量（g）；WA为信封湿重（g）；WB为信封干重（g）。

2）地表可燃物负荷量测定：

式中：WE为地表可燃物负荷量（t/hm2）；WS为地表可燃物质量（t）；S为可燃物调查面积（m2）。

3 结果与分析

3.1 兴安落叶松林地表可燃物负荷量分析

兴安落叶松是大兴安岭南部最具有代表性的乔木树种，在海拔350～1200m 内均有生长。本研究所涉及的4个落叶松类型分别为：杜鹃-落叶松林、杜香-落叶松林、白桦-落叶松林、草类-落叶松林，4种兴安落叶松林的地表可燃物负荷量调查结果如图1所示。

图1 兴安落叶松林主要地表可燃物负荷量水平分布

由图1 可知，在杜鹃-落叶松林中，可燃物总负荷量为14.095 t/hm2，易燃可燃物占59.47%，其中1 h 时滞可燃物的负荷量最大，为6.936 t/hm2，占整个林分地表可燃物总负荷量的49.21%。在杜香-落叶松林中，可燃物总负荷量为15.741 t/hm2，易燃可燃物占49.95%，1 h时滞可燃物的负荷量最大，为6.047 t/hm2，占整个林分地表可燃物总负荷量的38.42%。在白桦-落叶松林中，可燃物总负荷量为12.572 t/hm2，易燃可燃物占55.49%，其中1 h 时滞可燃物的负荷量最大，为4.343 t/hm2，占整个林分地表可燃物总负荷量的34.55%。在草类-落叶松林中，可燃物总负荷量为12.531 t/hm2，易燃可燃物占52.21%，其中1 h时滞可燃物的负荷量最大，为5.243 t/hm2，占整个林分地表可燃物总负荷量的41.84%。

如上所述，不同林分中1 h 时滞可燃物负荷量大小顺序为：杜鹃-落叶松林＞杜香-落叶松林＞草类-落叶松林＞白桦-落叶松林。杜鹃和杜香落叶松林内温度较低，可燃物分解缓慢，可燃物长期堆积导致负荷量较大；草类和白桦落叶松林内初期阳性灌草较多，随着林分郁闭，湿度增加，加快了对地表枯落物的分解，故1 h 时滞可燃物负荷量相对较少。10 h时滞可燃物负荷量大小顺序为：杜香-落叶松林＞草类-落叶松林＞杜鹃-落叶松林＞白桦-落叶松林。随着落叶松林的生长，林分平均高度不断增加，冠幅也随之增大，白桦作为先锋树种，生长逐渐受到抑制，故白桦-落叶松林10 h 时滞可燃物负荷量逐渐减少。100 h时滞可燃物负荷量大小顺序为：杜香-落叶松林＞白桦-落叶松林＞草类-落叶松林＞杜鹃-落叶松林。杜香-落叶松林间伐作业后残留有未清理的枝条，白桦-落叶松林分自然稀疏产生了大量枯枝，故杜香和白桦-落叶松林内100 h 时滞可燃物负荷量相对较多。灌木可燃物负荷量大小顺序为：白桦-落叶松林＞杜鹃-落叶松林＞杜香-落叶松林＞草类-落叶松林，草本可燃物负荷量大小顺序为：草类-落叶松林＞白桦-落叶松林＞杜香-落叶松林＞杜鹃-落叶松林。白桦-落叶松林内的灌木高度发达，灌木可燃物负荷量高于其他3种林分，杜鹃-落叶松林内草本相对较少，草本可燃物负荷量低于其他3种林分。

3.2 影响不同林型可燃物负荷量空间分布的因子排序

如表1所示，两期CCA排序的前4个排序轴的累积可燃物-环境解释量分别为97.8%和100%，表明前4个排序轴集中了全部排序轴所反映可燃物-环境关系的绝大部分信息。

在CCA 排序图中第1、2 轴的关系中，箭头连线的长度代表着环境因子与可燃物分布相关程度的大小，连线越长，说明相关性越大；反之越小。箭头连线与排序轴的夹角大小代表环境因子与排序轴相关性的大小，相互垂直的因子之间相关性不显著，夹角小于90°的因子之间彼此正相关，大于90°的因子彼此负相关，夹角越小，相关性越高；反之越低。箭头所处的象限表示环境因子与排序轴之间相关性的正负。从可燃物类型到代表环境因子的箭头的投影位置用来表示不同可燃物与某种环境因子下的相关性程度，距离箭头位置越近，代表该类可燃物与此环境因子的正相关性越大，位于箭头另一端的则表示负相关性越大。

由图2 可知，CCA 第一排序轴主要反映了海拔、坡度、胸径和郁闭度的变化，沿第一轴从左到右，海拔、坡度、郁闭度和胸径逐渐减小。CCA 第二排序轴主要反映了树高、林分密度和坡向的变化，沿第二轴从下到上，树高和密度呈增大趋势，坡向逐渐朝阴。影响地表可燃物负荷量的主要环境因子为林分密度、坡向、坡度和郁闭度，海拔、树高和胸径对地表可燃物的影响较小。草本可燃物与郁闭度呈负相关，灌木可燃物与林分密度呈负相关，1 h时滞和10 h时滞可燃物负荷量林分密度和胸径呈正相关。

图2 地表可燃物分布-环境因子排序图

3.3 影响不同林型地表可燃物负荷量的相关因子分析

针对地表可燃物负荷量及其影响因子，利用Pearson 相关分析进行影响因素相关分析。表2展示不同林分因子，灌草可燃物负荷量、1 h 时滞枯枝负荷量、10 h 时滞枯枝负荷量、100 h 时滞可燃物负荷量的影响。

如表2 所示，灌木可燃物负荷量与林分密度呈负相关。平均密度越大，林下的光线越弱，林下灌木生长受上层乔木压制，因此密度较大的林分灌木可燃物负荷量相对较小。草本可燃物负荷量与坡度、郁闭度和平均胸径呈负相关。随着坡度的增加，土壤厚度变薄，水分逐渐减少，不利于草本植被的生长。在林分未郁闭前，林下具备耐荫、喜阴草本的生长条件，随着林分生长，林木平均胸径也逐渐增大，林下小环境发生改变，林下光线十分微弱，加之乔冠层生长所吸取的养分增多，草本可燃物负荷量逐渐减少。1 h时滞可燃物负荷量与郁闭度和平均胸径呈正相关，10 h 时滞可燃物负荷量与郁闭度呈正相关，100 h时滞可燃物负荷量与密度呈负相关。随着林分冠幅逐渐增加，林分的平均胸径越来越大，林木自然整枝产生的枯落物逐渐增加；随着胸径增大，单位面积能够生长的树木越少，自然整枝现象越明显。郁闭度增加后的林分内相对湿度增大，温度降低，枯落物分解速度较慢，从而使得可燃物常年积累，负荷量逐渐增多。

表2 各林分因子与地表可燃物负荷量的相关系数

4 讨论与结论

实地调查和数据分析表明，草本可燃物主要与坡度、郁闭度、林分密度和平均胸径相关；灌木可燃物主要与坡向、林分密度相关；1 h时滞可燃物负荷量与郁闭度和平均胸径相关；10 h时滞可燃物负荷量与郁闭度和平均树高相关；100 h时滞可燃物负荷量与林分密度相关，与平均树高相关。各林型地表可燃物负荷量排序为：杜香-兴安落叶松林＞杜鹃-兴安落叶林＞草类-兴安落叶松林＞白桦-兴安落叶松林。

郁闭度、林分密度、平均树高和平均胸径是影响大兴安岭南部4 种主要林型可燃物负荷量的主要因素，这与以往研究所得出的结论一致[2-4]，本研究虽然也对地形因子与可燃物负荷量的影响相关性分析，但相关性并不显著，这可能是由于大兴安岭南部地形的整体差异较小所致。国内也有学者研究认为森林可燃物负荷量与林龄密切相关[5-7]，而本文研究结果与林龄无明显的相关关系，可能是由于研究区各林分龄级比较接近造成的。林分可燃物空间分布的连续性是研究可燃物空间分布特征的重点，森林可燃物的空间分布涉及树高、枝下高、灌木高度、草本高度、冠幅、灌木盖度、死地被物层的连续性等指标，本研究仅对此进行了初步的探索，后续的研究可以向确定统一的可燃物空间连续性指数方面倾斜。

森林经营活动应逐渐重视保护森林物种的多样性与森林生态系统的稳定性，对森林可燃物的管理应更加突出生态效益，选择有针对性的可燃物管理措施，不仅要降低潜在森林火灾风险，在营林工作中还应注重保护森林物种多样性，提高生态系统稳定性，同时兼顾经济、人力资源的优化配置。