計(jì)劃燒除對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響及其應(yīng)用研究綜述

張清張紅梅

（1江蘇省常州市金壇區(qū)農(nóng)林局 213200；

2浙江省杭州市園林文物局錢(qián)江管理處 310008）

計(jì)劃燒除對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響及其應(yīng)用研究綜述

張清1張紅梅2

（1江蘇省常州市金壇區(qū)農(nóng)林局 213200；

2浙江省杭州市園林文物局錢(qián)江管理處 310008）

計(jì)劃燒除,又稱“計(jì)劃火燒”，是森林防火工作中一項(xiàng)科學(xué)預(yù)防森林火災(zāi)的重要手段。計(jì)劃燒除以低成本、可控制的手段對(duì)森林可燃物、森林病蟲(chóng)害進(jìn)行積極干預(yù)，從而達(dá)到預(yù)防森林火災(zāi)發(fā)生，改善林分生長(zhǎng)條件的目的。從森林土壤、森林植被、森林生物、森林碳貯量、森林地表徑流五個(gè)方面闡述了計(jì)劃燒除對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響，進(jìn)而提出計(jì)劃燒除在改善森林生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用探討，為計(jì)劃燒除在森林防火工作中的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

計(jì)劃燒除；森林防火；森林生態(tài)系統(tǒng)

火對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)影響具有兩面性，是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的干擾因子之一。高強(qiáng)度火燒可迅速毀滅森林，嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡；低強(qiáng)度火燒不會(huì)超過(guò)森林生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，不僅可降低森林燃燒性，還會(huì)促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)[1-2]。

1 計(jì)劃燒除

計(jì)劃燒除是有目的、有計(jì)劃、有控制、有步驟的利用低強(qiáng)度火燒的有利方面，在規(guī)定林區(qū)內(nèi)燒除累積過(guò)多的可燃物，預(yù)防森林火災(zāi)，改善林分生長(zhǎng)條件的一項(xiàng)重要營(yíng)林措施[3]。

1.1 計(jì)劃燒除的作用

通過(guò)低強(qiáng)度火燒，減少有害可燃物載量，打破可燃物連續(xù)分布狀態(tài)，降低火災(zāi)危險(xiǎn)性，達(dá)到以火防火的目的；同時(shí)火燒促進(jìn)凋落物的分解轉(zhuǎn)化，增加土壤養(yǎng)分，改善林地衛(wèi)生狀況，提高林地生產(chǎn)力，改善植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)空間，防治病蟲(chóng)害，促進(jìn)林木更新和成長(zhǎng)。計(jì)劃燒除變火害為火利，不僅保護(hù)了森林資源，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)平衡也有積極的促進(jìn)作用[4]。

1.2 計(jì)劃燒除時(shí)間及方式

影響火燒火行為的因素主要有環(huán)境、火燒時(shí)間、森林類型和林分經(jīng)營(yíng)狀況等，計(jì)劃燒除成功與否與天氣條件及可燃物狀況有關(guān)，要正確把握火燒關(guān)鍵時(shí)機(jī)，在溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、植物含水率等適宜的時(shí)間和季節(jié)進(jìn)行[4]。

根據(jù)計(jì)劃燒除的專業(yè)技術(shù)特點(diǎn)，我國(guó)已有營(yíng)林用火技術(shù)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)各地科學(xué)有效地進(jìn)行計(jì)劃燒除。一般來(lái)說(shuō)，計(jì)劃火燒選在火險(xiǎn)等級(jí)三級(jí)以下、風(fēng)力三級(jí)以下的天氣；計(jì)劃燒除點(diǎn)燒方式有帶狀點(diǎn)燒、棋盤(pán)式斑點(diǎn)式點(diǎn)燒、“V”字型點(diǎn)燒、中心點(diǎn)燒、順風(fēng)點(diǎn)燒、逆風(fēng)點(diǎn)燒、側(cè)風(fēng)點(diǎn)燒、林內(nèi)枝丫堆點(diǎn)燒[3]。

2 計(jì)劃燒除對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響

2.1 對(duì)森林土壤的影響

2.1.1 對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

火燒將使土壤溫度升高，將可燃物及土壤有機(jī)質(zhì)分解，增加土壤速效性養(yǎng)分，張敏認(rèn)為低強(qiáng)度火燒減少土壤密度，增加土壤孔隙，但降低了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，影響土壤的持水保肥能力，低強(qiáng)度火燒后4～11年土壤結(jié)構(gòu)得到不斷改善[5]。張立存等通過(guò)堆燒方式研究表明，低強(qiáng)度火燒有利于土壤養(yǎng)分改善，火燒后土壤pH值持續(xù)升高，有機(jī)質(zhì)、有效氮、速效鉀、速效磷含量增加[6]。杜嘉林等發(fā)現(xiàn)，熏黑高度1.5m以下的低強(qiáng)度火燒主要影響土壤表層，火燒后土壤孔隙度、土壤有機(jī)質(zhì)先減少后增加，氮元素含量顯著減少，而鉀、磷、鈣、鎂等增加，3年后土壤氮、鉀、磷、鈣、鎂等與未燒林分基本一致，并表示進(jìn)行計(jì)劃火燒對(duì)森林有一定的保護(hù)作用[7]。而谷會(huì)巖等研究表明，不同強(qiáng)度火燒20年后土壤碳、氮、磷、鉀含量均低于未燒林地土壤[4]。周梅等研究發(fā)現(xiàn)，計(jì)劃燒除造成局部低溫和氣溫的增加，加速大興安嶺表層凍土的融化，擾動(dòng)凍土環(huán)境，使森林發(fā)生次生演替，同時(shí)計(jì)劃火燒燃燒濕地土壤有機(jī)質(zhì)，影響土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，降低土壤保水能力，容易引起林地沼澤化[8]。

2.1.2 對(duì)土壤微生物的影響

張立存等在梅嶺國(guó)家森林公園進(jìn)行不同火燒持續(xù)時(shí)間微生物數(shù)量研究發(fā)現(xiàn)，由于低強(qiáng)度計(jì)劃火燒后土壤溫度升高、pH值升高，土壤腐殖質(zhì)的增加，為微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境，細(xì)菌、放線菌及真菌等土壤微生物數(shù)量在低強(qiáng)度火燒后6個(gè)月逐漸恢復(fù)，且真菌和放線菌數(shù)量超過(guò)未燒之前，尤其火燒持續(xù)30分鐘最佳[9]。鄭瓊等研究不同林火強(qiáng)度對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響結(jié)果表明，低強(qiáng)度火燒能提高微生物物種豐富度、物種優(yōu)勢(shì)度及群落均勻[10]。

2.2 對(duì)森林植被的影響

2.2.1 對(duì)森林更新和植被生長(zhǎng)的影響

進(jìn)過(guò)計(jì)劃燒除，清除雜草、雜灌、雜木等，降低郁閉度，增加光照，提高土壤溫度，促使凋落物變?yōu)榱帜旧L(zhǎng)發(fā)育所需的養(yǎng)分，提高土壤肥力，改善林地條件，促進(jìn)維持森林群落的自我更新，益于林木生長(zhǎng)和林分質(zhì)量的提高，尤其是喜光植物和耐火植物[11]。朱利英等對(duì)計(jì)劃火燒蘇鐵林土壤理化分析表明，土壤有機(jī)碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量顯著提高，微生物量C、N含量也略有升高，為蘇鐵快速恢復(fù)生長(zhǎng)提供了有利條件[12]。劉廣菊[13]等點(diǎn)燒楊樺林采伐跡地后進(jìn)行幼樹(shù)更新調(diào)查發(fā)現(xiàn)，火燒后4年楊樺幼苗更新增加25%以上，且經(jīng)過(guò)10余年即可郁閉成林。美國(guó)[14]利用間伐和計(jì)劃燒除兩種方式減少橡樹(shù)林伴生樹(shù)種，為橡樹(shù)果萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)提供良好的光照環(huán)境和土壤肥力，促進(jìn)了橡樹(shù)林更新。楊道責(zé)等對(duì)云南松林計(jì)劃燒除研究發(fā)現(xiàn)，火焰高度在1m以下，火蔓延速度1.5m/s以下，火強(qiáng)度在350kw/m的低強(qiáng)度火燒后一年，林木樹(shù)高增長(zhǎng)量及徑增長(zhǎng)量均較未燒林木有所增加，灌木密度和蓋度及草本蓋度也增加；而火焰高度高于2.5m、火蔓延速度3.5m/s以上、火強(qiáng)度在3000kw/m以上的高強(qiáng)度火燒，林木生長(zhǎng)、林下幼樹(shù)、灌木及草本均會(huì)受到影響[15]。

2.2.2 對(duì)森林植物多樣性的影響

計(jì)劃火燒改變了林分局部生態(tài)環(huán)境，如光照、溫度、生存空間等，使原來(lái)難以萌發(fā)或原來(lái)沒(méi)有的植物生長(zhǎng)和入侵，增加林內(nèi)植物多樣性，部分植物由于火燒后基因改變以適應(yīng)新環(huán)境，從而增加植物遺傳多樣性[16]。陶慶等對(duì)云南思茅松林計(jì)劃燒除研究發(fā)現(xiàn)，燒除后林分郁閉度減小，光照增加，有利于林下植物的生長(zhǎng)和外部植物的進(jìn)入，增加了物種多樣性[17]。曹慧等研究表明，不同強(qiáng)度火燒后油松林林下植被物種組成、重要值和多樣性均比未燒林分上升[18]。

2.3 對(duì)森林生物的影響

2.3.1 對(duì)野生動(dòng)物的影響

計(jì)劃火燒通過(guò)促進(jìn)林下植物生長(zhǎng)，提高動(dòng)物食物質(zhì)量，進(jìn)而提高生境的利用，增加動(dòng)物區(qū)系多樣性[19-20]。張蕾認(rèn)為，火燒通過(guò)影響植被、土壤等野生動(dòng)物棲息環(huán)境，間接影響了野生動(dòng)物種類和分布及捕食關(guān)系[21]。魏志錦等認(rèn)為，計(jì)劃燒除對(duì)野生動(dòng)物棲息地影響以積極影響為主，可改善某些珍稀野生動(dòng)物的食物質(zhì)量與數(shù)量，有效保護(hù)生物多樣性[22]。楊鴻培在西雙版納進(jìn)行計(jì)劃火燒并研究了大型食草哺乳動(dòng)物如亞洲象、野豬、水鹿、野牛等動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)中表明，燒除后，林下草本、幼樹(shù)的數(shù)量和種類增加，進(jìn)而增加了食草動(dòng)物的食源供應(yīng)，而動(dòng)物群落的多樣性、優(yōu)勢(shì)度、均勻度均有所增加[20]。武子文等研究表明，周期計(jì)劃火燒在一定程度上能保持螞蟻群落較高的多度和較穩(wěn)定的物種多樣性水平[23]。

2.3.2 對(duì)森林病蟲(chóng)害的影響

通過(guò)計(jì)劃燒除清理病蟲(chóng)害木等病蟲(chóng)源物，同時(shí)清理倒木、雜草、雜灌、雜藤、雜木等雜亂條件，起到透光伐、衛(wèi)生伐等作用，減少病蟲(chóng)害傳播，減少林木競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)主要樹(shù)種生長(zhǎng)，變腐殖物為肥料，增加土壤養(yǎng)分，改善了林地衛(wèi)生和林地肥力條件，進(jìn)而控制森林病蟲(chóng)害大面積爆發(fā)。孫麗娟等通過(guò)計(jì)劃燒除地表的病落葉燒除，能有效減少和防治落葉松落葉病[24]。桂俊文等對(duì)蟲(chóng)害木采伐跡地進(jìn)行計(jì)劃掃除研究表明，燒除后大大降低了采伐跡地內(nèi)蟲(chóng)口密度，病蟲(chóng)害明顯減少，且?guī)缀鯚龤Я瞬∠x(chóng)害的病源物和傳染源，防止病蟲(chóng)害傳播和蔓延，但1年后鞘翅目害蟲(chóng)和鼠害又有所上升，應(yīng)加強(qiáng)營(yíng)林措施[25]。

2.4 對(duì)森林碳貯量的影響

計(jì)劃燒除是一種以小規(guī)模泄漏換取更大森林碳匯與固碳效能的森林管理模式，燒除后短期內(nèi)森林碳匯能力受到嚴(yán)重破壞，但可將碳貯量以枯落物等形式轉(zhuǎn)化成養(yǎng)分固定在土壤中，進(jìn)而促進(jìn)森林更新，提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，增加植被和土壤碳儲(chǔ)量，達(dá)到森林固碳增匯效果[26-27]。高仲亮等[11,28]研究比較了計(jì)劃燒除和常規(guī)營(yíng)林兩種營(yíng)林方式碳貯量，其林下枯落物載量和細(xì)小可燃物載量沒(méi)有明顯區(qū)別，而計(jì)劃燒除增加了腐殖質(zhì)層的厚度和載量，分別較常規(guī)營(yíng)林增加0.527cm和38.526t/hm2；而后，高仲亮[26]等通過(guò)演算，認(rèn)為計(jì)劃燒除四年后林下植物即可完成對(duì)計(jì)劃燒除所釋放的CO2的吸收固定。

2.5 對(duì)森林地表徑流的影響

馬志貴等對(duì)四川涼山云南松林進(jìn)行計(jì)劃燒除林地水土流失量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)計(jì)劃燒除水土流失量與林地坡度相關(guān)，雖引起水分流失量和土壤流失量增加，但其環(huán)境生態(tài)負(fù)效應(yīng)影響與常規(guī)林相比不顯著，遠(yuǎn)低于水利部門(mén)規(guī)定的最低允許流失量標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)低于火災(zāi)跡地水土流失量，且3年內(nèi)可恢復(fù)[29]。顧香鳳等對(duì)在黑龍江省林場(chǎng)的營(yíng)林用火研究也表明，營(yíng)林用火對(duì)地表徑流雖有所增加，但影響不明顯，且兩個(gè)月后可逐漸恢復(fù)[30]。

3 計(jì)劃燒除的應(yīng)用探討

森林火災(zāi)嚴(yán)重干擾了林分生長(zhǎng)，對(duì)野生動(dòng)物、空氣環(huán)境、水土流失等造成難以挽救的破壞，但完全擯棄火也會(huì)對(duì)森林帶來(lái)消極影響。森林可燃物是林火發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著植物生長(zhǎng)、季節(jié)變化，森林可燃物來(lái)不及完全分解，貯量不斷增大，增加了林火發(fā)生危險(xiǎn)?；饘?duì)森林生態(tài)系統(tǒng)是有利還是有害，取決于火燒時(shí)間和火強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)計(jì)劃燒除，去除下層雜亂植物和過(guò)多枯落物，降低森林火災(zāi)發(fā)生的可能性，發(fā)揮林火的生態(tài)效益，對(duì)森林生產(chǎn)力、生物多樣性和穩(wěn)定性、森林更新及演替、森林固碳效益等起著重要作用。

計(jì)劃火燒是一種低成本、見(jiàn)效快的防火方式，但計(jì)劃燒除一旦控制不好，容易出現(xiàn)“跑火”，從而引起森林火災(zāi)。因此，如何利用和發(fā)揮好計(jì)劃燒除，促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)平衡顯得尤為重要。通過(guò)上述對(duì)計(jì)劃燒除在森林生態(tài)系統(tǒng)中的影響分析，本文認(rèn)為計(jì)劃燒除可用于以下森林狀況：（1）可燃物積累快分解慢、人為和雷擊火多容易發(fā)生火災(zāi)的林分和地區(qū)，可迅速降低可燃物儲(chǔ)量，減少高強(qiáng)度火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；（2）殘破次生林，林地生產(chǎn)力低的林分，可改善土壤養(yǎng)分狀況或促進(jìn)難萌發(fā)種子萌發(fā)，促進(jìn)林分更新生長(zhǎng)或造林，盡快地恢復(fù)森林群落多物種、多種群穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)森林生態(tài)系統(tǒng)的功能；（3）病蟲(chóng)害或有害植物，可提前進(jìn)行計(jì)劃燒除，減少或消滅病蟲(chóng)物及有害木，并提供速效養(yǎng)分供下一步新造林健康成長(zhǎng)；（4）對(duì)適宜林下經(jīng)濟(jì)的林地實(shí)施計(jì)劃燒除，提供林下經(jīng)濟(jì)作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)空間，促進(jìn)林下經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)，進(jìn)而提高林農(nóng)收入；（5）通過(guò)計(jì)劃燒除，可選育抗火性強(qiáng)且能夠遺傳的樹(shù)種，提高森林的防火功能；（6）在適宜地區(qū)利用火燒增加野生動(dòng)物食物來(lái)源，擴(kuò)大動(dòng)物種群生態(tài)位，保護(hù)野生動(dòng)物棲息地，進(jìn)而增加野生動(dòng)物數(shù)量和多樣性。

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1004-7743（2016）04-0039-04

2016-08-11