北京西山林场侧柏林燃烧性及可燃物调控影响评价

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在气候变暖、林火高发及森林生态系统遭到严重破坏的背景下,要求我们必须采用合理的可燃物调控方法,既减少森林火灾的发生,又维持林分生长及森林生态系统的多样性及稳定性。本文以北京西山林场侧柏林(Platycladus orientalis)为研究对象,设置立地因子和林分特征均具有代表性的样地28块,通过林地调查掌握林分因子及可燃物特征,通过内业试验测定可燃物理化性质;采用样地林分因子为聚类变量,通过系统聚类,将样地划分为若干个主要类型,以代表西山林场侧柏林的典型林分;通过构建细小可燃物含水率模型与点火试验,进行侧柏林地表细小可燃物引燃概率的研究;通过设置不同风速、坡度、可燃物含水率条件,进行侧柏林潜在火行为研究;利用可燃物引燃概率和燃烧强度两个指标,对侧柏林燃烧性进行研究与评价;通过设置抚育间伐、修枝与堆积梯度,对可燃物调控效果进行模拟,在此基础上制定相应的可燃物调控方案;设置不同调控方案,其中CK:未处理林分,T1:间伐强度20%,T2:间伐强度30%,T3:间伐强度40%,同时均辅助以适当的堆积和修枝措施;通过调控后潜在火行为、林分光和特性、土壤理化性质和酶活性、生物多样性、林分生长等指标的比较分析,对调控方案进行验证。研究显示:(1)侧柏林样地地表和冠层可燃物引燃概率高,必须严格加强火源管控。建立侧柏林细小可燃物含水率模型,模型R~2为0.681,MAE为3.56%,MRE为9.27%,说明模型预测效果较好。通过细小可燃物点火试验,建立了地表可燃物引燃概率模型。选择防火期内有火情的两天进行分析表明,样地地表可燃物和冠层可燃物引燃概率高,发生林火概率大,必须严格加强火源管控。(2)各侧柏林样地潜在地表火、树冠火强度差异较大,其燃烧性也具有一定差异性。在一定外界条件下,三种林型地表火强度由大到小依次为侧柏林Ⅰ>侧柏林Ⅱ>侧柏林Ⅲ,树冠火强度:侧柏林Ⅱ>侧柏林Ⅰ>侧柏林Ⅲ。根据可燃物引燃概率和燃烧强度指数,将燃烧性具体划分为25个等级。28块侧柏林样地地表可燃物燃烧性等级总体偏低,不会产生严重危害,而冠层可燃物燃烧性等级总体偏高,危害性大。(3)运用Fuelcalc软件对不同类型侧柏林设置一定的调控措施和梯度,对调控效果进行模拟表明:随着堆积比率和修枝高度的增加,TORI值不断升高,树冠火活动可能性大大降低;随着间伐强度的增加,CRNI值也在升高,但变化较为平缓。对各侧柏林样地制定了适宜的调控措施:对侧柏林Ⅰ,堆积比率50%,修枝高度2.3 m,间伐强度20%—40%;对侧柏林Ⅱ,堆积比率30%,修枝高度2.5 m,间伐强度50%左右;对侧柏林Ⅲ,可进行轻度的抚育间伐,如10%左右,也可不予调控。(4)调控后,对各方案调控效果和生态影响进行了验证。潜在火行为:有效降低了潜在地表火、树冠火强度及冠层可燃物燃烧性,极大降低了潜在树冠火转化比率;光合特性:总体上看,侧柏净光合速率T2>T3>T1>CK,并且在不同光照强度下调控组Pn值均大于对照林分;土壤理化性质:调控后土壤含水率、有机质含量及p H值降低,土壤容重有所增加,土壤全氮量、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾也有所增加;林下植被生物多样性:整体上看,林下植被生物多样性有所提高,其中以T2样地提高最为明显,其物种丰富度、Shannon-Weiner指数和Simpson指数最高,以T3样地Pielou指数最高;林分生长:平均单株材积的增长量和增长率均有所提升,但各样地蓄积量均低于未处理林分。综上,本文在对可燃物特征及林分燃烧性充分研究的基础上,选择针对性的措施进行调控,并对调控措施的效果和生态影响进行评价,对可燃物生态调控理论基础进行了探讨。研究结果有利于实现防火人力物力资源的合理有效配置、降低森林火险与潜在火行为、增加森林稳定性、维持森林健康的目的,可以为研究区可燃物管理提供科学依据。
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