乔木林可燃物载量空间分布研究——以吉安市为例

胡 庆，刘福珍，段信先

乔木林可燃物载量空间分布研究——以吉安市为例

胡 庆，刘福珍，段信先

（江西省吉安市林业事业发展服务中心，江西 吉安 343000）

【目的】查清乔木林不同优势树种、不同龄组、不同郁闭度等级单位面积可燃物载量规律，为获取森林可燃物类型及分布数据提供参考。【方法】通过在吉安市布设了235个乔木林标准地开展调查后，对调查采样进行实验室测定。【结果】经数据对比分析得出：乔木林不同优势树种单位面积可燃物载量从大到小依次为混交树种、阔叶树种和针叶树种；不同龄组单位面积可燃物载量大小基本为成熟林>近熟林>中龄林>幼龄林；不同郁闭度等级单位面积可燃物载量从大到小依次为高郁闭度、中郁闭度和低郁闭度。研究结果在森林可燃物调查中指导分析乔木林不同类型森林可燃物类型及分布具有重要意义。

森林火灾风险；优势树种；可燃物载量；龄组；郁闭度

【研究意义】森林作为陆地生态系统的重要组成部分，储存着全球植被碳库的86%，同时在维持森林生态系统碳平衡、缓解气候变化等方面发挥着不可替代的作用[1]。但森林容易受到各种自然灾害的影响，其中森林火灾最具破坏性，导致森林资源的损失和森林生态系统的破坏[2]以及土壤侵蚀[3]，例如仅在2019年一年时间里，我国共发生森林火灾2 345起，森林毁损面积高达1.35×104hm2[4]。森林火灾对全球环境产生了重大影响，也对人民的生活和财产造成了巨大的损失，同时这个问题也给经济、消防和救援工作带来了挑战[5]。为了减少灭火的负面影响，一些地区已经开始对可燃物进行了处理，中国也不例外[6-7]。引起森林火灾发生的主要因素为可燃物、地形和天气[8]。在这些因素中，只有可燃物能由管理者操纵[9]。可燃物载量受气象因子、立地因子、林龄和林分组成等因素影响。可燃物作为森林火灾发生的重要因素之一，直接影响森林火灾的引燃率、蔓延速度和火强度等[10]。获取森林可燃物类型及分布情况、连续性水平分布和积聚信息[11]，可以为森林火险预测和火灾处置提供有利依据，并能优化森林结构，预防森林病虫害。【前人研究进展】目前国内外学者对可燃物的估算方法呈现多元化，主要利用样地实测、遥感估测、模型和估计等方法[12]。设立标准地样方对可燃物进行采集与测定是常用的森林可燃物调查方法，对象是可燃物类型及载量，包括乔木、灌木、草本、枯落物、腐殖质等[13]。如郭利峰等[14]在八达岭林场布设人工油松调查样地，收集样方内的枯死可燃物和样地林分因子得到样地资料，建立油松地表可燃物符合量模型。王迪生[15]采用平均标准木法，使用伐倒称鲜重和干重，对北京城区园林植物主要树种的平均生物量进行了研究。随着遥感估算方法的丰富，玉山等[16]学者基于回归分析方法并结合卫星数据建立了草原枯草期的可燃物载量遥感估测模型。Karteris从遥感角度考虑了森林可燃物载量制图，划定呈现特定火灾行为的森林类型，使用Landsat TM数据利用不同的光谱类别区分覆盖层中占据主导地位的主要物种以及混合物，并根据其与植被指数区分可燃物的密度。【本研究切入点及拟解决的关键问题】吉安市森林资源丰富，本文通过对吉安市乔木林标准地的可燃物载量，按针叶树种组、阔叶树种组、混交树种组三类划分成不同的优势树种、龄组、郁闭度等级等相关元素系统分析，阐述研究区乔木林不同类型森林可燃物类型载量分布情况，为预防吉安市森林火灾和地表可燃物的管理提供科学的理论依据。

1 研究区域概况

吉安市位于江西省中部、吉泰盆地中心，赣江流域中游，于北纬25°58′32″～27°57′50″，东经113°46′～115°56′，下辖13个县（市、区）。区域内主要为山地丘陵盆地地貌，分中山、低山、高丘、低丘、岗阜台地、河谷平原、谷盆地七类，面积占比分别为7.59%、21.17%、17.86%、27.89%、7.53%、17.37%、0.59%，蕴藏着丰富的森林资源。吉安市属亚热带季风气候，高温天气和雨季集中在夏季，冬季气候温和，降雨较少，全年四季分明。据统计，吉安市森林覆盖率为67.70%，林地面积170.10万hm2。乔木林面积达136.56万hm2，毛竹林面积17.11万hm2[17-18]。

图1 乔木林标准地布设位置

2 研究方法

2.1 标准地设置

结合2019年森林资源二类调查成果资料和吉安市优势树种分布情况，设置的标准地235个。标准地为28.28 m×28.28 m正方形，其中，针叶树种标准地155个（杉木林标准地105个、湿地松标准地30个、马尾松标准地20个）、阔叶树种标准地20个、混交林树种（针叶混交林20个、阔叶混交林20个、针阔混交林20个）标准地60个[19-20]。标准地布设如图1所示。

2.2 可燃物载量调查及样品的采集方法

根据林分的垂直结构，将标准地分5层，即乔木层、灌木层、草本层、枯落物层和腐殖质层进行可燃物载量调查。并在标准地4个顶点向外正东、南、西、北方向2 m区，设置4个灌木、草本、枯落物和腐殖质可燃物载量调查样方。灌木层调查样方为2 m×2 m，在灌木层调查样方中布设1 m×1 m样方，开展草本层、枯落物层、腐殖质调查。标准地样方配置见图2。

图2 乔木林标准地中灌木与枯落物（草本、腐殖质）样方配置

在标准地内分别设置灌木层、草本层、枯落物层和腐殖质层调查样方（图2），采用全部收获法采集林下灌木、草本、枯落物、腐殖质各层可燃物样品。

灌木层样品采集：调查灌木层优势种名、盖度、株数、平均高等。每个样方对选取的3株（1～2丛）标准灌木，分别对可代表干、枝和叶的一部分进行取样，每株灌木的干、枝和叶相同质量比10%～20%（确保干、枝、叶的取样占各标准灌木的干、枝、叶总质量的比相同）混合，同一标准地内4个样方按照灌木树种分别混合取样，混合后的每份样品不少于500 g，称其鲜重，精确到10 g，装入样品袋中带回实验室。

草本层样品采集：沿地面完全收割每个样方所有活草本植物地上部分（包括高不足30 cm的灌木），称其鲜重。充分混合标准地所有样方草本植物各部分，取混合后新鲜草本植物300 g左右，装入样品袋中带回实验室。

枯落物层样品的采集：调查样方内枯落物厚度，用耙子收集样方内全部枯落物，包括各种枯枝、叶、果、枯草、半分解部分等枯死混合物，剔除其中石砾、土块等非有机物质，称量其鲜重；4个样方枯落物样品分别混合，取样品600 g左右，装入样品袋中带回实验室。

腐殖质层样品采集：用钢卷尺测量记录腐殖质厚度，用耙子收集样方内全部腐殖质（剔除其中石砾、土块、明显的树根等非腐殖质），收集每个样方的腐殖质，称其鲜重。4个样方混合采集腐殖质样品200 g左右，带回实验室。

2.3 可燃物载量计算方法

2.3.1 乔木层可燃物载量的计算 通过每木检尺对乔木林进行调查，选择相应树种的异速生长方程，计算单株生物量，相加得标准地可燃物载量[21]。若没有相应异速生长方程，选用生物量扩展因子方法。计算标准地内每株树木的蓄积量，并通过标准地优势树种蓄积量计算得到乔木层可燃物载量。

乔木层单位面积可燃物载量计算公式如下：

式（1）中，乔木层生物量单位为kg，标准地面积单位为m2。

2.3.2林下可燃物载量的计算 将所有采集的林下可燃物样品带回实验室，利用鼓风式烘箱105 ℃烘干样品至恒重，用电子天平称重，获取林下可燃物干重，计算林下可燃物单位面积载量。计算公式如下：

式（2）中，林下可燃物干重单位为kg，标准地面积单位为m2。

2.4 数据处理

采用Excel对测得的可燃物载量数据进行整理、归类，并利用Origin Lab作图，对地表可燃物的载量进行排序。

3 结果与分析

3.1 不同林分各层可燃物载量分析

本研究设置了235个的乔木林标准地，包括针叶树种标准地155个、阔叶树种标准地20个、混交林树种标准地60个[22-23]。各林分中乔木层载量占地表可燃物载量最高，灌木层、草木层、枯落物层和腐殖质层载量占比较低（图3）。杉木、湿地松、马尾松、阔叶树、针叶混、针阔混、阔叶混7种林分中，乔木层分别占地表可燃物总载量的81.39%、72.94%、71.20%、82.12%、77.57%、86.82%、85.09%。腐殖质层载量占地表可燃物总载量依次为8.76%、8.86%、12.78%、9.57%、10.44%、6.91%、7.78%。

图3 不同林分各层可燃物单位面积载量

从单位面积可燃物载量占比情况来看，阔叶混交林的可燃物载量最高为132.40 t/hm2，占总体的20.65%，其次是针阔混交林、阔叶林、针叶混交林，占总体的18.96%、14.78%、14.65%，杉木林、湿地松和马尾松林的可燃物载量较少，分别占总量的12.52%、9.68%和8.77%。总体上乔木层载量的多少决定了各林分总载量的高低。各林分灌木层、草木层、枯落物层、腐殖质层无明显差异。各林分中乔木层可燃物载量总占比最高，占总量的99.81%；其次是灌木层，占总载量的0.09%；草本层、枯落物层、腐殖质层可燃物载量占比均较低，分别占总载量的0.01%、0.04%、0.06%。

图4 不同林分类型各层可燃物载量占比

3.2 不同龄组的可燃物载量分析

3.2.1 针叶林 杉木按龄组分，单位面积可燃物载量：幼龄林<中龄林<近熟林<成熟林，分别为46.77，68.15，79.17，89.12 t/hm2。马尾松按龄组分，单位面积可燃物载量：幼龄林<中龄林<近熟林<成熟林，分别为32.21，47.15，51.71，55.53 t/hm2。湿地松按龄组分，单位面积可燃物载量：幼龄林<中龄林（或近熟林）<成熟林，分别为37.16，56.80，55.11，62.66 t/hm2，中龄林和近熟林单位面积可燃物载量大小相差较小，见图5。上述3种树种龄组愈近成熟，载量值呈逐渐升高趋势，湿地松中龄林和近熟林的情况或是系统误差与偶然误差形成。横纵向对比，杉木树种中龄组载量跳跃值较大，而其它两种树种变化略小，相同龄组中杉木树种载量远超其它两种。

图5 不同龄组针叶林可燃物载量

3.2.2 阔叶林 阔叶树种（组）单位面积可燃物载量按龄组分，幼龄林可燃物载量58.87 t/hm2；中龄林93.07 t/hm2、近熟林92.81 t/hm2，中龄林和近熟林相近；成熟林82.15 t/hm2，介于幼龄林和近熟林之间，见图7。除幼龄林，其余龄组可燃物载量接近，不同龄组可燃物载量中乔木层的载量占该龄组大部分，其次是腐殖质层，再者是灌木层、枯落物层。

3.2.3 混交林 针叶混树种（组）按龄组分，单位面积可燃物载量幼龄林<中龄林<近熟林<成熟林，分别为51.95，71.80，80.18，124.53 t/hm2。针叶混树种（组）单位面积可燃物载量和阔叶树种（组）相近，平均在80 t/hm2左右。

阔叶混树种（组）按龄组分，单位面积可燃物载量中龄林最大，为143.83 t/hm2；其次成熟林136.76 t/hm2，和中龄林相差不大；近熟林居中，为107.68 t/hm2；幼龄林最小，为82.99 t/hm2。

针阔混树种（组）按龄组分，单位面积可燃物载量最大的是成熟林，为134.42 t/hm2；其次是中龄林和近熟林，分别为109.06 t/hm2、104.23 t/hm2；最小的是幼龄林，为78.97 t/hm2（图7）。

图7 不同龄组混交林可燃物载量

3.3 不同郁闭度等级可燃物载量分析

3.3.1 针叶林 由图8可知，杉木按郁闭度等级分，单位面积可燃物载量：高郁闭度>中郁闭度>低郁闭度，分别为79.1155，46.827，21.8233 t/hm2；马尾松单位面积可燃物载量：高郁闭度>中郁闭度>低郁闭度，分别为55.4762，45.7469，34.7871 t/hm2；湿地松单位面积可燃物载量：高郁闭度>中郁闭度>低郁闭度，分别为59.3579，51.9577，35.9893 t/hm2。郁闭度等级对杉木林载量影响较大，马尾松载量随着郁闭度变化趋线性梯度变动，湿地松高、中郁闭度载量浮动略小。

图8 不同郁闭度针叶林各层可燃物载量

3.3.2 阔叶林 阔叶树种（组）按郁闭度等级分，单位面积可燃物载量：高郁闭度>中郁闭度>低郁闭度，分别为109.81，79.57，44.30 t/hm2（图9）。乔木层为各郁闭度载量主要来源，高郁闭度灌木层载量高于其余郁闭度灌木层载量，而中郁闭度腐殖质层载量高于中高郁闭度载量，且为总量次要来源。

图9 不同郁闭度阔叶林各层载量

3.3.3 混交林 根据图10和统计数据知，针叶混树种（组）按郁闭度等级分，单位面积可燃物载量：高郁闭度最大达100.6649 t/hm2，中郁闭度和低郁闭度相差不大，分别为63.0366 t/hm2、64.0952 t/hm2，分析原始数据发现主要原因在于低郁闭度枯立木和枯落物层可燃物载量较大；阔叶混树种（组）按郁闭度等级分，单位面积可燃物载量：高郁闭度>中郁闭度>低郁闭度，分别为136.2303，104.5404，39.7176 t/hm2；针阔混树种（组）按郁闭度等级分，单位面积可燃物载量：高郁闭度>中郁闭度>低郁闭度，分别为120.8844，91.8959，62.2028 t/hm2。

图10 不同郁闭度混交林可燃物载量

4 结论和讨论

4.1 结 论

（1）本研究对吉安市乔木林主要林分可燃物载量信息进行了调查与统计。针叶林的单位面积可燃物载量为59.681 2 t/hm2，针叶林单位面积可燃物载量由大到小依次为杉木、湿地松、马尾松；阔叶林单位面积可燃物载量为82.193 8 t/hm2；混交林单位面积可燃物载量为104.615 5 t/hm2，混交林单位面积可燃物载量由大到小逐次为阔叶混、针阔混、针叶混，并且研究区针叶混和阔叶林单位面积可燃物载量相近。

（2）研究区林分各龄组单位面积可燃物载量大小排序，成熟林、近熟林、中龄林、幼龄林。针叶林单位面积可燃物载量从大到小排列逐次为成熟林、近熟林、中龄林、幼龄林。阔叶林单位面积可燃物载量中龄林和近熟林占比最高，且中龄林和近熟林大小相近，其次为成熟林，再者是幼龄林。针叶混交林单位面积可燃物载量从大到小排列为成熟林、近熟林、中龄林、幼龄林；阔叶混交林单位面积可燃物载量和阔叶树种变化规律极相似；针阔混交林单位面积可燃物载量最大的是成熟林，其次是中龄林和近熟林，最小是幼龄林。

（3）根据吉安市乔木林主要林分类型各优势树种不同郁闭度等级可燃物载量数据，可知针叶树种、阔叶树种和混交树种，其单位面积可燃物载量按郁闭度等级分：高郁闭度>中郁闭度>低郁闭度，3种类型树种载量符合在一定稳态条件下，随着郁闭度增大，生物量积累随之变大，从而可燃物载量增大的规律。

4.2 讨 论

乔木林分是森林最重要的组成部分。乔木林不同优势树种（组）、不同龄组、不同郁闭度等级，其单位面积可燃物载量不同。通过设立不同林分类型标准地，对标准地的乔木层进行每木调查，同时通过样方调查林下灌木、草本、枯落物、腐殖质等样方内的各层可燃物[6]，可以较好地掌握不同森林类型可燃物载量，为森林火灾防控和预警提供详细可靠的基础数据。

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Spatial Characteristics of Fuel Loads in Arboreal Forests: a Case Study of Ji’an City

HU Qing, LIU Fuzhen, DUAN Xinxian

（Forestry Development Service Center of Ji’an City, Ji’an, Jiangxi 343000, China）

Identifying the combustible load patterns per unit area of different dominant tree species (groups), age groups, and canopy closure levels in tree forests can provide a scientific reference for obtaining forest combustible types and distribution data.Based on a survey on 235 standard plots of tree forests in Ji'an City, laboratory measurements were conducted on the survey samples.Through data comparison and analysis, it was found that the combustible load per unit area of different dominant tree species (groups) in the tree forest was mixed tree species (groups), broad-leaved tree species (groups), and coniferous tree species (groups) in descending order; The fuel load per unit area of different age groups was basically mature forest>near mature forest>middle aged forest>young forest; The combustible load per unit area of different canopy closure levels was in descending order of high canopy closure, medium canopy closure, and low canopy closure. The research results are of great significance in guiding the analysis of the types and distribution of forest fuels in different types of tree forests in forest fuel surveys.

forest fire risk; dominant tree species (groups); combustible load capacity; age group; canopy closure

10.3969/j.issn.2095-3704.2023.04.78

S762

A

2095-3704（2023）04-0529-09

2023-09-27

2023-11-02

胡庆（1968—），男，高级工程师，主要从事植物组培和森林资源监测工作，huqing1968@163.com。

胡庆, 刘福珍, 段信先.乔木林可燃物载量空间分布研究: 以吉安市为例[J]. 生物灾害科学, 2023, 46(4): 529-537.