氣候變化背景下大興安嶺地區(qū)森林火災(zāi)減災(zāi)效益評價(jià)

陸昕　胡海清　關(guān)島　孫龍　魏書精

摘要森林火災(zāi)是一種重要的生態(tài)因子，會引起其他生態(tài)因子的重新分配，具有調(diào)節(jié)和調(diào)控森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、維護(hù)某些物種生存的作用。該文對大興安嶺地區(qū)森林減災(zāi)效益作出評價(jià)，提出科學(xué)的林火管理建議，希望在以后的大興安嶺森林防火實(shí)踐中起到幫助作用。

關(guān)鍵詞大興安嶺；林火；減災(zāi)；評價(jià)

中圖分類號S762.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）21-07449-04

森林火災(zāi)不僅對生態(tài)和社會系統(tǒng)產(chǎn)生極大影響，也可引發(fā)包括氣候變化在內(nèi)的全球大氣問題。一方面從生態(tài)學(xué)角度看，森林火災(zāi)作為一種重要的生態(tài)因子，可引起其他生態(tài)因子的重新分配，調(diào)節(jié)和調(diào)控森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，維護(hù)某些物種的生存，影響森林演替[1]、森林生物量和生產(chǎn)力[2]以及生物地球化學(xué)循環(huán)[3-4]；另一方面，森林火災(zāi)釋放的含碳溫室氣體對大氣碳平衡及全球氣候變化都具有重要影響，通過森林火災(zāi)產(chǎn)生的碳直接增加了大氣中CO2的濃度，從而改變了地區(qū)性，甚至全球性的碳循環(huán)，也間接改變了陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯。溫室氣體的不斷增加導(dǎo)致全球變暖現(xiàn)象日益明顯，而氣候變暖又會造成森林火災(zāi)發(fā)生頻率增加。20世紀(jì)70年代后期，在估算非工業(yè)源溫室氣體的排放量時(shí)，人們開始注意到了森林燃燒對全球碳循環(huán)的影響[5-6]。

據(jù)估計(jì)，由森林火災(zāi)產(chǎn)生的碳排放量占全球火災(zāi)碳排放量的15%[7]。一次森林火災(zāi)產(chǎn)生的碳排放量很可能需要數(shù)十年的森林再生才能抵消。對于我國這種森林資源貧乏的國家來說，森林重要性日益顯著。我國土地面積約占世界土地總面積的7%，而森林面積僅占世界的4%左右，森林蓄積量還不足世界總量的3%。森林資源分布不均，有明顯地區(qū)差異，如黑龍江省森林覆蓋率達(dá)33%，而山西省僅占5%[8]，整個(gè)西部地區(qū)森林覆蓋率只有東部的1/3。由于自然和歷史的原因，我國森林火災(zāi)頻繁發(fā)生，其造成的經(jīng)濟(jì)損失明顯超過森林資源自身的價(jià)值且嚴(yán)重威脅國家安全和社會的可持續(xù)發(fā)展。

大興安嶺地區(qū)是我國最北、面積最大、最具有代表性的現(xiàn)代化國有林區(qū)，森林覆蓋率達(dá)79.83%，是重要的氣候分帶。因?yàn)榇笈d安嶺地區(qū)春秋季節(jié)干燥少雨，并且受溫帶和寒溫帶季風(fēng)氣候的影響[9]，林種多為針葉樹種，闊葉樹種占少數(shù)，非常易燃，所以大興安嶺地區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生率極高。森林火災(zāi)的發(fā)生對大興安嶺地區(qū)森林資源的可持續(xù)性造成了嚴(yán)重的危害。因此對森林火災(zāi)進(jìn)行研究，尤其是對森林火災(zāi)減災(zāi)投入效益進(jìn)行研究，對減少森林火災(zāi)發(fā)生、降低森林火災(zāi)損失具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可以為有限的森林資源最大限度地發(fā)揮生態(tài)、社會以及經(jīng)濟(jì)效益提供必要的保障。探討大興安嶺地區(qū)森林火災(zāi)的防災(zāi)減災(zāi)效益問題，對于促進(jìn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大的理論和實(shí)際意義。該文研究了大興安嶺不同時(shí)期森林防火措施對林火碳排放的影響，同時(shí)對大興安嶺地區(qū)森林火災(zāi)減災(zāi)效益作出評價(jià)，提出了科學(xué)的林火管理建議，以期對以后的大興安嶺森林防火實(shí)踐工作提供借鑒。

1大興安嶺森林火災(zāi)特性

大興安嶺區(qū)域遼闊，給森林防火工作造成了一定難度，這也導(dǎo)致大興安嶺的森林防火任務(wù)十分嚴(yán)峻。大興安嶺僅喬木樹種就有28種，但是分布較廣、占比例較大的不到10種，由此導(dǎo)致森林的抗火能力下降。而由于冰川與洪積作用形成的河谷又多被草甸植物覆被，也為大興安嶺森林火災(zāi)留下隱患。根據(jù)國際對森林生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的經(jīng)驗(yàn)，大興安嶺的森林群落一旦遭到破壞，恢復(fù)期至少要120～140 a。

1.1季節(jié)分布大興安嶺森林火災(zāi)的發(fā)生與氣象條件的變化密切相關(guān)。年尺度上，降水量與過火次數(shù)顯著相關(guān)，氣溫與過火面積顯著相關(guān)；月尺度上，氣溫與過火次數(shù)顯著相關(guān)，風(fēng)速、相對濕度與過火面積顯著相關(guān)；日尺度上，過火次數(shù)與最高氣溫顯著相關(guān)，過火面積與相對濕度顯著相關(guān)[10]。春、秋季是大興安嶺一年中風(fēng)速最大的季節(jié)，也是林區(qū)火災(zāi)易發(fā)多發(fā)季節(jié)。春秋干旱的氣候造成了大興安嶺的樹木生長緩慢，加上采伐后恢復(fù)困難，極易引起森林火災(zāi)，特別是特大火災(zāi)?？偨Y(jié)大興安嶺森林火災(zāi)的季節(jié)分布的特點(diǎn)，可以看到春季火災(zāi)次數(shù)明顯多于秋季火災(zāi)次數(shù)。由于2000年以后氣候異常，在全球變暖趨勢的影響下，大興安嶺2000、2002、2004、2005、2006及2008年開始頻繁出現(xiàn)夏季火災(zāi)，共發(fā)生夏季火災(zāi)85次，占5.27%，其中僅2005年1年就發(fā)生了37次，其中有33次是由于雷擊火導(dǎo)致的。

1.2火源大興安嶺火災(zāi)的火源主要有3種：雷擊火、人為火和不明火因。大興安嶺是我國雷擊火的主要發(fā)生地，雷擊火災(zāi)多集中在春季和夏季。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1965～2010這46年間大興安嶺地區(qū)雷擊火引發(fā)的森林火災(zāi)為621次，占總林火次數(shù)的38.47%（全國年均雷擊火發(fā)生率僅為2.47%）。大興安嶺林區(qū)雷擊火多主要有2個(gè)原因，①同這個(gè)林區(qū)的地理位置、氣候特點(diǎn)有內(nèi)在聯(lián)系，5月末6月初水汽不足，在一些容易落雷的地方只要具備了易燃條件，就極易受到雷陣雨和雷暴的影響形成雷擊火；②同林區(qū)的降水量有直接關(guān)系，高溫少雨年份極易造成雷擊火。人為火主要分布在人口分布較多的加區(qū)和新林等區(qū)。尤其是2000年以來，大興安嶺林區(qū)由于長期高溫干旱少雨，造成土壤含水率和植被含水率迅速降低，林內(nèi)可燃物載量提高，以致森林火災(zāi)頻發(fā)。

2林火碳排放的相關(guān)研究

20世紀(jì)70年代后期，在估算非工業(yè)源溫室氣體的排放量時(shí)，人們開始注意到了木材燃燒對全球碳循環(huán)的影響。到20世紀(jì)90年代，林火與氣候變化成為林火研究的一個(gè)重要領(lǐng)域[11]。國內(nèi)從20世紀(jì)80年代起，就有很多學(xué)者開始對林火的空間分布規(guī)律以及氣候、植被分布、地形、人口分布等因素對林火活動格局的影響進(jìn)行大量研究。2003年田曉瑞根據(jù)1991～2000年的森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和生物量研究結(jié)果，計(jì)算得到我國森林火災(zāi)年均直接排放碳20.24～28.56 Tg[12]，為我國制定合理的林火管理策略提供了參考。胡海清[13]應(yīng)用排放因子法，完成對大興安嶺地區(qū)1980～1999年間主要森林類型灌木、草本和地被物在森林火災(zāi)中釋放的碳量及含碳溫室氣體的估算，得出20 a間大興安嶺典型森林類型灌木、草本和地被物層因森林火災(zāi)釋放的總碳量為6.56 Tg，年平均0.33 Tg，約占全國森林火災(zāi)碳釋放量的11.55%～16.30%。胡海清等[7]也在黑龍江省大興安嶺森林火災(zāi)時(shí)空格局研究的基礎(chǔ)上，通過野外調(diào)查采樣和室內(nèi)試驗(yàn)分析相結(jié)合的方法研究主要喬木樹種1980～1999年間的碳釋放量，得出大興安嶺林區(qū)20 a間森林火災(zāi)喬木釋放碳量為3.04×106～4.78×106 t，平均每年釋放碳量為1.52×105～2.39×105 t，占全國森林火災(zāi)釋放碳量的7.51%～11.81%。孫龍等[14]得出大興安嶺地區(qū)的主要喬木在1985～2005年間林火中，共計(jì)釋放碳13.44～16.58 Tg。胡海清等[15]估算出大興安嶺1965～2010年46年間森林火災(zāi)所排放的碳為2.93×107 t，年平均排放量為6.38×105 t，約占全國年均森林火災(zāi)碳排放量的5.46%。

3大興安嶺森林防火措施發(fā)展及其對林火碳排放的影響

在大興安嶺地區(qū)防火工作開展初期的20世紀(jì)60及70年代，各方面工作開展不完善，如宣傳教育、監(jiān)測預(yù)報(bào)、撲救力量等均不到位，同時(shí)資金投入緊缺，極大阻礙了大興安嶺防火工作的展開。此階段主要還是屬于靠氣候決定火災(zāi)的發(fā)生及撲滅的階段，極易出現(xiàn)重大和特大火災(zāi)；此時(shí)期撲火技術(shù)較落后、缺乏專業(yè)性，也導(dǎo)致本來可以及時(shí)撲滅的“小火”發(fā)展成“大火”，林火碳排放量總體居高不下，各年份之間林火碳排放量波動巨大。同時(shí)可以看到，在個(gè)別年份由于宣傳教育、預(yù)報(bào)監(jiān)測等方面的加強(qiáng)，有效減少了森林火災(zāi)的次數(shù)。隨后進(jìn)入到80年代，隨著防火工作的不斷深入和加強(qiáng)，科研者的不斷探索，資金投入不斷增多，同時(shí)開始開展點(diǎn)燒防火線及營林用火，大興安嶺地區(qū)的林火碳排放量總體呈現(xiàn)出明顯減少的趨勢。但是在1987年由于森林大火的慘重，林火碳排放量迅速增加。90年代大興安嶺地區(qū)不斷對之前的森林防火工作進(jìn)行總結(jié)，尤其加強(qiáng)了對人為火源的控制，不斷完善火源管理制度，形成了火災(zāi)系統(tǒng)責(zé)任制。同時(shí)大力發(fā)展并加強(qiáng)了林火監(jiān)測預(yù)報(bào)及撲救力量，充分利用現(xiàn)代化技術(shù)開展防火工作，綠色防火開始向縱深方向發(fā)展，從而深入探討防火林帶的阻火機(jī)理。到1999年，生物防火林帶建設(shè)與天然林資源保護(hù)工程緊密結(jié)合、統(tǒng)籌兼顧，并結(jié)合營林生產(chǎn)，清除林下可燃物，形成改建型生物防火林帶，也做到了在根本上防止特大火災(zāi)的發(fā)生。這一階段是大興安嶺森林防火工作快速發(fā)展進(jìn)步的時(shí)期。2000年以后，由于天保工程的實(shí)施及可燃物的恢復(fù)，大興安嶺地區(qū)的森林火災(zāi)次數(shù)又重新呈現(xiàn)上漲趨勢。與此同時(shí)大興安嶺地區(qū)森林防火措施也在不斷發(fā)展進(jìn)步，現(xiàn)代化監(jiān)測預(yù)報(bào)設(shè)備不斷完善，撲救能力不斷提高等，大興安嶺地區(qū)的過火率逐漸減小。在氣候變化平緩的年份里，防火措施的加強(qiáng)有效地減少了林火碳排放量。近年來，由于太陽黑子、厄爾尼諾現(xiàn)象及溫室效應(yīng)導(dǎo)致的氣候出現(xiàn)高溫、大風(fēng)等年份里，加上管理防范的疏忽、制度的不完整、實(shí)施防火措施時(shí)的不專業(yè)性，極易造成森林大火，尤其是重大和特大火災(zāi)的發(fā)生。雖然無可避免地發(fā)生重大和特大火災(zāi)，但是林火碳排量與1987年之前相比還是有很大幅度的減少，說明森林防火工作的進(jìn)步有效減少了林火碳排放。所以大興安嶺地區(qū)的森林防火工作還是很有成效的，但是也有待于改進(jìn)，以積極應(yīng)對新氣候背景下的森林防火形勢。

4大興安嶺森林火災(zāi)減災(zāi)效益估算分析

森林火災(zāi)致使森林資源和生態(tài)環(huán)境受到破壞，不僅造成直接經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重制約造林綠化和生態(tài)環(huán)境建設(shè)進(jìn)程[16]。大興安嶺是我國最大的國有林區(qū)，因此研究大興安嶺的森林火災(zāi)損失及效益有利于提高人們對防治森林火災(zāi)重要性的認(rèn)識、把握森林火災(zāi)的損失程度，可以為大興安嶺制定合理的防火投入及支出提供依據(jù)[17]。

4.1大興安嶺森林火災(zāi)減災(zāi)效益估算

4.1.1大興安嶺森林火災(zāi)損失情況。森林火災(zāi)損失是指因森林火災(zāi)造成的用貨幣或其他方式表示的損失[18]，分為直接損失和間接損失。直接損失包括林木資源損失、木材損失、固定資產(chǎn)損失、流動資產(chǎn)損失等；間接損失包括停減產(chǎn)損失、災(zāi)后處理費(fèi)用、現(xiàn)場施救費(fèi)用、環(huán)境和資源損失。

（1）直接損失。由于1976年以前大興安嶺森林火災(zāi)資料記錄不全面，因此筆者選取1977～1986年及1995～2004年這2個(gè)時(shí)間段進(jìn)行對比，并將1977～1986年作為1995～2004年的對照期。為了便于比較，將這2個(gè)時(shí)間段估算的損失均取平均值。由于獲取資料及數(shù)據(jù)的限制，只采用立木資源損失進(jìn)行估算。立木蓄積量按照按30 m3/hm2來估算，火災(zāi)對立木的燒傷全部按照中度燒傷木計(jì)，可選擇價(jià)值損失系數(shù)為0.7；林價(jià)根據(jù)目前林業(yè)部門實(shí)施林價(jià)制度的標(biāo)準(zhǔn)，即將立木蓄積量以150元/m3作為計(jì)算林木損失額的林價(jià)。估算后得到結(jié)果見表1。