當前形勢下發(fā)展生物防火技術(shù)的重要性

王海暉

（中國科學技術(shù)大學火災科學國家重點實驗室，安徽 合肥 230026）

當前形勢下發(fā)展生物防火技術(shù)的重要性

王海暉

（中國科學技術(shù)大學火災科學國家重點實驗室，安徽 合肥 230026）

生物防火是通過營建獨特局部植被分布以預防和抵御火災的技術(shù)。由火災案例出發(fā)分析國內(nèi)外森林火災控制能力現(xiàn)狀，探討火災直接經(jīng)濟損失以及撲救費用的規(guī)模和發(fā)展趨勢，由此論證發(fā)展生物防火技術(shù)的重要性。生物防火技術(shù)實現(xiàn)火災預防和控制與營林及生態(tài)維護的最佳結(jié)合，為新形勢下森林火災防治工作中的重要法寶。營建方法的多樣性使得其適用于任何林地條件，并可同時對地表火和樹冠火實施有效預防及阻隔。大力推廣該項技術(shù)有利于構(gòu)筑長期有效的森林防火基礎設施，降低火災頻次、控制火災規(guī)模并減少火災帶來的經(jīng)濟損失及相應的撲救費用。推動生物防火技術(shù)現(xiàn)代化是對我國乃至世界森林防火事業(yè)以及生態(tài)文明建設的重要貢獻。

森林防火；生物防火技術(shù)；生物防火林帶；遮陰型防火隔離帶；技術(shù)現(xiàn)代化

森林防火工作涉及面廣，其核心內(nèi)容圍繞火災預防和控制兩個方面展開。工作目標為有效避免火災對森林資源和林間設施的干擾及破壞，保障人民生命和財產(chǎn)安全。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及生活水平的提高，政府和社會各界對生態(tài)文明建設日益重視，相應對森林防火工作提出更高標準和要求。

生物防火技術(shù)依靠植物間可燃性差異以及其局部空間分布所構(gòu)成的潛在火蔓延規(guī)律，實現(xiàn)由獨特局部植被分布預防火災發(fā)生并阻隔火災蔓延[1-3]。以營造特定植被分布為手段的林火防控，因?qū)ι种脖患捌渖鷳B(tài)環(huán)境干擾較小，常被稱為綠色防火技術(shù)。這項技術(shù)主要包括兩大核心方法，即國內(nèi)較流行的生物防火林帶技術(shù)以及歐美較流行的遮陰型防火隔離帶技術(shù)[2-3]。

生物防火林帶是在易燃的針葉植物群落中呈帶狀密植特定常綠闊葉樹，林帶寬度在15～30 m間。生物防火林帶的防隔火功能源于常綠闊葉樹的樹冠結(jié)構(gòu)以及相對密植構(gòu)成的獨特林分：通過抑制帶內(nèi)地表可燃物的生長，實現(xiàn)對地表火的阻隔；在遭受樹冠火襲擊時，則以其樹冠較弱的可燃性和分層特性消減火勢，使火蔓延自動終止[1,2,4]。該項技術(shù)在我國應用廣泛，先后數(shù)次被納入國家五年發(fā)展計劃。盡管國內(nèi)外相關學者仍有質(zhì)疑的，但在長期的實踐中已證明該項技術(shù)的有效性和可靠性。

遮陰型防火隔離帶是近十來年西方較流行的林火阻隔技術(shù)。在隔離帶內(nèi)基本清除地表易燃可燃物或改變其易燃屬性，伐去小胸徑樹，保留胸徑較粗和抗火性較強的樹，并提升樹冠層底部離地面的高度[3,5,6]。帶寬大多為65～300 m。該項技術(shù)利用地表火和樹冠火蔓延的最低可燃物密度條件，實現(xiàn)對火災的預防及阻隔[3,6]。兩類實現(xiàn)方法上的差異為，一個是需在特定林地上密植常綠闊葉樹等，并確保其郁閉度超過90%；另一個則是直接在易燃針葉樹林分中實施間伐，使得其局部蓋度＜40%[3]。

在改革林政體系和加強生態(tài)建設的呼聲中，生物防火技術(shù)迎來新的發(fā)展機遇。本文由國內(nèi)外典型火災案例出發(fā)，分析當下森林防火工作的重點，論證生物防火技術(shù)在森林防火工作中的地位，并揭示其應用的多樣性以及效益可控特性。最后確認該項技術(shù)的現(xiàn)代化對于推動林業(yè)發(fā)展是大有裨益的。

1 國內(nèi)外林火控制現(xiàn)狀

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國在森林火災的控制能力上取得長足進步。這可以從近些年林火發(fā)生的次數(shù)、過火面積和火災造成的影響上看到。近些年，我國每年林火發(fā)生次數(shù)基本穩(wěn)定在3000余次，受害森林面積維持數(shù)萬公頃規(guī)模上；與十余年前的火災形勢相比，有很大改善。但是，火災形勢依然嚴峻。2016年3月在甘肅省甘南藏族自治州迭部縣達拉林場發(fā)生的森林火災，盡管投入地面撲救力量4000余名，仍歷時9天才將其撲滅[7]。

縱觀世界上多林國家，除法國外，在近10年時間內(nèi)都發(fā)生過震驚世界的特大森林或叢林火災。表1將若干主要火災發(fā)生情況、采用的撲救方法和手段以及損失數(shù)據(jù)予以對比[7-14]?；馂陌咐故境龅臄?shù)據(jù)是評估各國預防和抵御災害綜合能力的最有效依據(jù)。眾多火災案例表明，人類在火災面前依然處于被動狀態(tài)，到目前為止還無法實現(xiàn)及時和主動性災害控制。以2016年5月初發(fā)生在加拿大阿爾伯塔省麥克默里堡地區(qū)的森林火災為例，數(shù)天時間內(nèi)過火面積達數(shù)十萬公頃，造成石油重鎮(zhèn)Fort McMurray近10萬人緊急撤離，2000多棟房屋損毀[14]。雖然投入大量人力并動用多種控火和滅火設備，但面對大規(guī)?；馂闹荒苋纹渌谅樱粍映惺芑馂膸淼木薮髶p失。這反映了一個本質(zhì)，現(xiàn)下控制大規(guī)?；馂牡哪芰σ廊挥邢蕖?/p>

這是林火的特點使然：因通常發(fā)生偏遠地域，短時間內(nèi)難以組織有效撲救力量將其扼制，相應會發(fā)展成較大規(guī)?；馂?。形成大規(guī)?；馂暮?，蔓延勢頭迅猛；同時，火源作為高溫氣團，對環(huán)境產(chǎn)生很強的熱輻射，并通過熱對流使得環(huán)境氣溫上升，對環(huán)境的影響是災難性的[15]。因火災波及面廣加上伴隨而來的特殊林火行為，使得臨時開設工程阻隔帶的做法難以奏效。針對大面積區(qū)域燃燒的情形，有效滅火方法或是通過沙土和泥漿覆蓋或化學泡沫以隔絕空氣，或是通過灑水以冷卻降溫，或是通過噴灑化學滅火藥劑以消減火區(qū)燃燒反應速率?，F(xiàn)有的地面撲救力量通常因火區(qū)的高溫熱氣流以及強烈的熱輻射而無法靠近并發(fā)揮作用，空中滅火力量通常亦是杯水車薪，無法迅速有效地控制大規(guī)模能量災害的發(fā)展勢態(tài)。

2 生物防火技術(shù)在森林防火工作中地位

現(xiàn)有災害應急響應周期以及實際控火能力的局限性決定了對火災這種能量災害的應對策略必須是預防為主；加上災害即時釋放能量的強度以及波及的范圍，火災的控制則主要是通過可燃物的隔斷來實現(xiàn)。在人們生活的城市中，火災防治工作采用的應對措施相類似：提升建筑構(gòu)件、家具、裝潢材料和電器用品的阻燃性能；在每棟建筑設施中布置大量自動滅火裝置，還采用防火門和水幕墻等設施實現(xiàn)對潛在火蔓延的分隔。所有這些措施的目的均是為有效降低火災發(fā)生概率，減小潛在火災波及范圍，并利用相關滅火設備實現(xiàn)快速撲救響應，從而有效降低火災損失。

我國林火基本特點是，南方火災次數(shù)多，但單次火災過火面積?。欢鴸|北林區(qū)的火災發(fā)生次數(shù)少，但單次火災過火面積較大。盡管南方火源較豐富，但林地較分散；而北方火源來源相對較少，但林地面積集中。在大面積林地中，一旦發(fā)生火災，則過火區(qū)域甚大。南北方林區(qū)火災的特點其實在某種程度上亦證實防火分隔的作用。

森林火災一旦發(fā)生，不但破壞資源和生態(tài)環(huán)境，危及生命和財產(chǎn)安全，還會產(chǎn)生大量的應急和撲救費用。以云南2014年4月和5月發(fā)生的兩起火災為例，4月份滇西森林火災造成林木損失464.4萬元，生態(tài)損失1 222.2萬元，撲救人力消耗折合510萬元，投入物資330.5萬元，撲救費用275萬元，航空消防費用207萬元。5月份滇中森林火災造成林木損失1183.5萬元，生態(tài)損失1 212.7萬元，撲救人力消耗折合1220萬元，投入物資274.5萬元，航空消防費用796萬元，省市補助958萬元[13]。從表1中列出的那些震驚世界的林火案例中也能看到難以挽回的火災代價。

西方國家針對單次火災的損失評估時，往往采用總損失的概念，即直接經(jīng)濟損失與各項應急救援費用之和[16]。運用該計算方法，云南省2014年兩次火災的總損失分別為3009.1萬元和5644.7萬元，并且很容易看到火災撲救費用占總損失的比例已超過直接經(jīng)濟損失的。如果這兩場火災發(fā)生在現(xiàn)下，由于人工費有所增加，總損失還會更大。我國未來應急響應物資采購和儲備費用以及員工維持費用將不斷上漲，火災撲救的開銷勢必越來越大。在經(jīng)濟杠桿面前，火災防治工作的重心須面向災害預防和避免出現(xiàn)大規(guī)?；馂牡牟呗?。

隨著“退耕還林”和“封山育林”等政策的廣泛和持久實施，林區(qū)可燃物的累積現(xiàn)象日益嚴重，產(chǎn)生森林大火的概率顯著增加。隨著國民經(jīng)濟發(fā)展所帶來的防火新任務包括，保護林間或周邊的文化古跡、國防設施、通訊中繼系統(tǒng)、高壓輸電線、油氣管道、倉儲基地以及公路和鐵路干線等；相應地，對重點林區(qū)尤其是涉及被保護設施地域的防火分隔的必要性和工作量均有所增加。

以生物防火林帶和遮陰型防火隔離帶為主要內(nèi)容的生物防火技術(shù)，盡管是由傳統(tǒng)工程阻隔帶衍生出的，但為防火分隔措施的革命性發(fā)展帶來先機[3]。生物防火技術(shù)的獨特之處包括，可以和營林同步，可以開展林下的多種經(jīng)營，實現(xiàn)綠化、生態(tài)、景觀和經(jīng)濟效益的有效結(jié)合。由于其生物特性，由此建設成的森林防火設施具有無可比擬的長效性—一旦建成，可持續(xù)使用一百年。這確保其在森林防火設施建設中成為當然的首選。

表1 近10年國內(nèi)外主要林火的撲救方法和手段以及損失情況對比[7-14]

其重要優(yōu)勢更多表現(xiàn)在可以有效吸收林火火源形成的燃燒屑塊（即飛火），并且對火源向被保護林分的熱輻射具有高度消減和遮擋作用，為撲救隊員接近火場并組織撲救帶來便利[1,3,17]。無論是生物防火林帶還是遮陰型防火隔離帶，它們所具有的遮擋和削弱火源熱輻射的功能，使得其可以成為接近火源的掩體和通道（圖1）。表2為美國農(nóng)業(yè)部林務局科技人員總結(jié)出的人體承受熱輻射的閾值數(shù)據(jù)[18]?？梢钥闯?，包括頭部和頸部均充分保護的撲救隊員，無法在輻射強度超過7.0 kW/m2環(huán)境中作業(yè)；沒有穿特殊保護服的撲救隊員，則難以承受4.7 kW/m2的熱輻射。輻射強度4.7 kW/m2相當于寬5 m和高0.54 m火焰面在距離3 m遠處對正前方高度1.5 m接受單元的熱輻射通量，這里設定火焰溫度900℃（1173 K），發(fā)射率0.85。森林火災撲救過程中的作業(yè)機具以及通信設備，在較高熱輻射環(huán)境中亦難以長時間使用。生物防火林帶以及由此形成的防火分隔網(wǎng)絡可以為撲救隊員接近火災現(xiàn)場并輸運和囤積撲救物資提供重要庇護場所（圖1）。該項功能亦是生物防火林帶所獨有的，是包括傳統(tǒng)防火隔離帶在內(nèi)的所有其他森林防火設施所無法替代的。

圖1 生物防火技術(shù)在森林防火工作中作用和地位

生物防火建設工程可行性還在于其無須太大投入。以生物防火林帶計，每公里最多數(shù)萬元；而遮陰型防火隔離帶建設，因為無須重新栽植，每公里的營建費用則更低。據(jù)了解，目前福建省每年投入生物防火林帶的建設費用，與前面提到的云南省2014年4和5月間兩次火災總損失的費用相當?？墒牵@兩筆費用有本質(zhì)區(qū)別：一筆是森林防火基礎設施建設費用，并可因此產(chǎn)生多重效益；另一筆則是隨災害的發(fā)生消耗掉，蕩然無存。以生物技術(shù)營建的防火隔離帶涉及年度維護費用。3年前在浙江省部分地區(qū)調(diào)研時了解到，大型國有林場生物防火林帶的年度維護費用為20萬元上下，相當于現(xiàn)下航空護林站租賃直升機數(shù)次巡航的開銷。比較而言，我國在城市建筑防火設施上的投入以及維護與更新費用則為天文數(shù)字。

表2 熱輻射閾值以及對現(xiàn)場撲救人員的傷害[18]

3 技術(shù)多樣性和可控效能特性

生物防火技術(shù)除兩大核心方法外，還有派生出的改進版，共計5種，見圖2。具體實施方法及其對應的功能概括如下：

1）選擇較難燃林分，清理特定帶狀區(qū)域的地表可燃物，并適度控制林下枝丫高（圖2a）。這是北方林區(qū)通常營建的改培型生物防火林帶[3,19]。具有的功能基本為預防和控制地表火蔓延。尤其適合在結(jié)合部附近一般只出現(xiàn)地表火的情形下采用。

2）在易燃針葉林分中選擇局部區(qū)域，清理其地表可燃物，控制枝下高，并稀化林木密度構(gòu)筑遮陰型防火隔離帶（圖2b）。具體實施標準為：將地表可燃物載量降低到4.5 t/hm2以下；伐去胸徑通常＜15 cm的樹木，林冠蓋度降至40%以下，并保證樹冠間間距3 m以上；樹冠層底部離地面高2 m以上[3,5,6,20-21]。該隔離帶可同時預防或阻隔地表火和樹冠火，適合一般不生長常綠闊葉樹或生長緩慢的地域。目前在北美林區(qū)應用較廣。

3）在易燃林分中間插常綠闊葉樹，即通常的林相改造（圖2c）。實施基本原則為，控制林下地表可燃物的載量；建混交林，并確保針葉樹剩余量的覆蓋率＜40%。該方法預防和阻隔火災的機理與第2種完全相同。如果實施得當，該方法的效果應等同于遮陰型防火隔離帶。其獨特優(yōu)勢是，混交的闊葉樹有利于避免第2種方法中因出現(xiàn)局部生態(tài)位真空而產(chǎn)生的地表可燃物生長以及外部物種侵入現(xiàn)象[3]。

4）常規(guī)生物防火林帶—將樹冠濃郁和含水量高的常綠闊葉樹呈帶狀栽植進易燃林分或植物群落中（圖2d）。具體栽植方法已在前面介紹。在我國的南方省份木荷等樹種被廣泛采用為主要“防火樹種”，這是因為它們在造林特性（樹冠幅度和濃郁程度、生長速度以及土壤適應性）、持水性（可燃性或抗火特性）、災后再生能力（耐火性）和抗病蟲害的能力上存在優(yōu)勢[1,2,22]。常規(guī)生物防火林帶適宜在氣候溫熱的地域生長。

5）復合型生物防火林帶（圖2e）。在林帶外或林內(nèi)實現(xiàn)陽性與陰性植物混交，或常綠喬木與常綠草本植物或灌木混交，拓展其有效寬度，增強其吸收火源燃燒屑塊和阻隔高強度林火的效能，同時提高土地利用率[1,2]。

5種方法中，前兩種基本通過間伐實現(xiàn)的，而后3種均涉及“防火樹種”的栽植。通過局部改變可燃物的屬性和分布狀態(tài)，就可以達到不同程度地預防火災和阻隔火災的目的（圖2）。生物防火技術(shù)的多樣性確保在任何特定林區(qū)，無論是植被分布多么特殊抑或當?shù)貧夂驐l件如何，均可以實施防火分隔，并且可以立即見效。同樣，因生物防火技術(shù)較強的可塑性，使得運用該項技術(shù)營建的防火隔離帶具備可阻隔幾乎任何規(guī)模林火的侵襲。從這個意義上來說，人類實現(xiàn)主動性預防和控制森林火災的戰(zhàn)略手段業(yè)已具備。

圖2 生物防火技術(shù)多樣性和功能可塑性展示

4 技術(shù)現(xiàn)代化標志

生物防火技術(shù)是林業(yè)科學與森林防火工作的最佳結(jié)合。技術(shù)本身的進一步發(fā)展和完善，有利于提高實施的效率和防隔火的效果。技術(shù)的現(xiàn)代化特征應體現(xiàn)在以下幾個方面。

4.1 建立防火隔離帶防隔火效能的量化指標

依據(jù)生物防火技術(shù)營建的隔離帶能防樹冠火，但不是所有強度的樹冠火都能阻隔。當然，也沒有這個必要，因為不是任何林子都會形成最高強度林火。由栽植常綠闊葉樹營建成的防火設施是活體，栽植的寬度以及生長過程中高度和豐滿程度變化，對其抵御樹冠火襲擊的能力有重大影響。通過間伐營造的遮陰型防火隔離帶也存在類似問題。有必要進一步增進對生物防火林帶和遮陰型防火隔離帶抵抗樹冠火規(guī)模的量化研究，并建立相應技術(shù)性能指標，以確定具體隔離帶能阻隔多高強度的樹冠火[2]。這將為特定林區(qū)生物防火技術(shù)的實施提供不可或缺的科學依據(jù)。

4.2 科學實施原則和規(guī)范化技術(shù)規(guī)劃方法

這里的實施原則不是指技術(shù)實施過程中的具體做法，而是針對實施前的技術(shù)實施規(guī)劃和設計而言的。特定林區(qū)是否需營建森林防火分隔網(wǎng)絡，其建設密度如何，這些對于生物防火技術(shù)實施的有效性和經(jīng)濟性均產(chǎn)生重要影響。現(xiàn)有的關于生物防火林帶建設規(guī)劃方法過于籠統(tǒng)，沒有考慮當?shù)鼗痣U等級情況以及被保護易燃植被的潛在林火行為?？茖W實施的原則應綜合當?shù)亓址值幕痣U等級以及被保護林分遭受侵襲后的可能火災強度和規(guī)模，給出合理的實施方案，以實現(xiàn)防火隔離帶建設中有效性與經(jīng)濟性統(tǒng)一。

4.3 高效作業(yè)機具

隔離帶內(nèi)可燃物處理，是隔離帶建設和維護中的主要工作量之所在，通常采用人工作業(yè)、機械作業(yè)、生物化學方法、計劃燒除等多種方法。技術(shù)實施中高效作業(yè)方式和裝備尤為重要：這不但會提高工作效率，還會大幅降低隔離帶的營建成本，并確保隔離帶內(nèi)清理出的可燃物可以作為生物質(zhì)能源再利用[3]?，F(xiàn)代化的作業(yè)裝備應包括更高效清除復雜地形條件下森林地表禾草類植物、灌木和樹木的機具，以及集切割、收集、分類和裝卸于一體的聯(lián)合作業(yè)機械等。

4.4 保障技術(shù)實施效益最大化的相關政策條例

構(gòu)建生物防火林帶作為寓植樹與防火一體化的作業(yè)，可以同時兼顧防火功能、景觀效應、生態(tài)和經(jīng)濟效益的多重性。營造遮陰型防火隔離帶，不但能在易燃針葉林分中開辟出迅速產(chǎn)生阻隔火災能力的防火隔離帶，也因局部清理了特定林分中的雜草、枯死木和病樹，使得林木健康得到改善，并由此促進林木的產(chǎn)出[23]；與此同時，開辟防火隔離帶產(chǎn)生大量的廢棄物，將成為林區(qū)生物質(zhì)能源物質(zhì)的重要來源。相關的政策政令可以保障生物防火技術(shù)營建的森林防火設施長期使用過程中防隔火功能以及其他效益的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

依據(jù)國際國內(nèi)森林火災形勢，實現(xiàn)防火分隔和預防大規(guī)模森林火災依然是當前工作的重點。大力推廣生物防火技術(shù)有利于進一步減少火災發(fā)生的頻次，并顯著降低火災直接經(jīng)濟損失以及相應的撲救費用。生物防火技術(shù)實現(xiàn)火災預防和控制與林業(yè)建設的完美結(jié)合，可以同時兼顧防火功能、景觀效應、生態(tài)和經(jīng)濟效益的多元化。

實施方法的多樣性使得其適用于任何林地條件，并可確保效益的最大化和長期化。該項技術(shù)現(xiàn)代化的標志包括，建立量化的技術(shù)效能評定指標、開發(fā)技術(shù)實施的高效作業(yè)機具以及保障技術(shù)實施效益穩(wěn)定性的相關政策條例等。

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（責任編輯：韓煥金）

S762.3+3

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2016-12-19