丘陵山地森林火險(xiǎn)等級評價(jià)技術(shù)研究
——以嶗山林場為例

王 靜，葛忠強(qiáng)*，囤興建，張奎生，崔紅霞，王亞珍

（1. 山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250014；2. 山東省林業(yè)科技培訓(xùn)中心，山東 濟(jì)南250010；3. 山東省國土測繪院，山東 濟(jì)南250010；4. 青島嶗山風(fēng)景區(qū)管理局，山東 青島266100）

森林火災(zāi)是危害森林的主要自然災(zāi)害之一，具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、救助困難的顯著特點(diǎn)。20 世紀(jì)80年代以來，受全球氣候變化、區(qū)域極端天氣和人類活動(dòng)的共同影響，我國森林火災(zāi)頻繁發(fā)生，已給社會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。開展森林火險(xiǎn)等級評價(jià)研究是制定森林防火策略的要依據(jù)。美國、加拿大等西方發(fā)達(dá)國家很早就對森林火險(xiǎn)等級評價(jià)進(jìn)行了有針對性的研究，技術(shù)也趨于成熟[2]。相比之下，我國對森林火險(xiǎn)等級評價(jià)的研究進(jìn)行較晚，但也取得較大進(jìn)展。郭懷文等[3]采用聚類分析方法，通過參考2000年至2009年間森林火災(zāi)發(fā)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，對福建省三明地區(qū)11 個(gè)區(qū)縣進(jìn)行了森林火險(xiǎn)等級的劃分；李煜姍等[4]在系統(tǒng)地分析森林可燃物含水率、氣象因子的分布頻率以及各因子間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過主成分分析方法獲得火險(xiǎn)因子得分方程，進(jìn)而計(jì)算出井岡山地區(qū)森林火險(xiǎn)指數(shù)，構(gòu)建了火險(xiǎn)等級劃分和森林火險(xiǎn)等級預(yù)報(bào)模型。張恒等[5]選取樹種燃燒類別、人口密度、路網(wǎng)密度、防火期月平均降水量、氣溫、以及風(fēng)速 等6 項(xiàng)火險(xiǎn)因子，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析方法和聚類分析法對赤峰市的森林火險(xiǎn)等級進(jìn)行了評估。

山東省人工林面積所占比例較大，主要分布在魯西、魯北平原地區(qū)以及膠東、魯中南山地丘陵區(qū)，主要林分類型為楊樹、側(cè)柏、黑松、赤松等。其中膠東丘陵區(qū)作為山東省代表性的暖溫帶沿海山地林區(qū)，松樹人工林面積較大，發(fā)生火災(zāi)不僅會破壞森林資源，還會對整個(gè)區(qū)域內(nèi)的生態(tài)平衡產(chǎn)生不利影響。因此，建立適用于山地丘陵地區(qū)的森林火險(xiǎn)等級評價(jià)技術(shù)對于預(yù)防森林火災(zāi)的發(fā)生，減少火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失和保護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。本文以青島嶗山林場為例，利用森林調(diào)查數(shù)據(jù)、DEM 及TM 遙感影像，通過計(jì)算森林火險(xiǎn)指數(shù)，對試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)森林火險(xiǎn)等級進(jìn)行評價(jià)，旨在為丘陵山區(qū)森林防火提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

嶗山林場地處膠東丘陵區(qū)，區(qū)劃范圍36°03’N -36°24’N，120°07E-120°43’E，東、南瀕臨黃海，全場分東、西兩片：東片大，以嶗頂為中心，有北九水、仰口、太清、流清河、巨峰、棋盤石六大林區(qū)，面積6133 hm2；西片面積較小，有華樓林區(qū)、夏莊林區(qū)和嶗山林場苗圃，面積1200 hm2。兩片相距10 余km，森林覆蓋率為68%。本試驗(yàn)研究區(qū)設(shè)在嶗山林場東部，總面積6225 hm2，有林地面積3823 hm2[6]。

嶗山林場東高西低，除主峰嶗頂海拔1133 m 外，一般多在400—800 m 之間。沿海岸線長30 km。年平均氣溫11.9 ℃,年日照平均時(shí)數(shù)2622.3 h，年平均降雨量約800 mm，屬典型的溫帶海洋性季風(fēng)氣候。土壤為棕色森林土，以沙壤為主，適于營造用材林、水源涵養(yǎng)林和針、闊葉用材及水土保持林。嶗山林場自然植被屬暖溫帶落葉闊葉林區(qū)。植物種類繁多，共有約159 科724 屬14 變種。其中草本植物有約1000 種。主要的喬木有：黑松、赤松、落葉松、刺槐、櫟類、山櫻、水榆、花楸等。另有一些溫帶樹種，如遼東榿、遼東櫟、椴樹、樺、榛等。由于地形復(fù)雜，又受海洋性氣候的影響，亞熱帶常綠樹種也有分布，如紅楠、山茶、野茉莉等。灌木有胡枝子、白檀、山杜鵑、天目瓊、繡線菊等。藤本有葛根、菝葜、南蛇藤、野葡萄等。草本有：禾本科、莎草科、菊科、毛茛科等一些多年生草類。嶗山林場原以天然赤松及櫟類次生林為主，并有相當(dāng)面積的灌木林，后經(jīng)多年改造和更新造林，目前全部是人工林。主要樹種有落葉松、黑松、刺槐、赤楊、櫟類等，多為純林，部分是不規(guī)則的株間及小塊狀混交。林分結(jié)構(gòu)比較單一，多數(shù)林分長勢良好，密度均勻，林相整齊，已郁閉成林出材，森林生態(tài)效益發(fā)揮較大。

2 材料與方法

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)林相圖和森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)來自嶗山林場管理處，氣象數(shù)據(jù)來自國家氣象資源數(shù)據(jù)共享平臺，30 m 分辨率的DEM 數(shù)據(jù)和LandSat TM5 遙感影像數(shù)據(jù)來自中科院地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http://www.gscloud.cn/）。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

參考國家林業(yè)局發(fā)布的 《全國森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]以及相關(guān)的研究文獻(xiàn)，結(jié)合研究區(qū)的森林狀況，構(gòu)建了森林火險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)體系（見表1 ），采用層次分析法確定各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重（見表2 ）。

表1 森林火險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系

2.2.2 森林火險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算

采用以下公式，計(jì)算森林火險(xiǎn)等級指數(shù)（Forest fire danger rating index，F(xiàn)FDRI）：

其中，Wi 為森林火險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，Xi 為森林火險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)。

表2 森林火險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3 結(jié)果與分析

3.1 森林火險(xiǎn)等級評價(jià)指數(shù)和等級分級

把森林火險(xiǎn)等級評級指標(biāo)數(shù)據(jù)和各指標(biāo)權(quán)重代入評價(jià)模型中，經(jīng)運(yùn)算后即可獲得研究區(qū)森林火險(xiǎn)等級評價(jià)指數(shù)空間分布圖（見圖1）和森林火險(xiǎn)等級分級圖（見圖2）。

3.2 森林火險(xiǎn)狀況分析

根據(jù)對研究區(qū)森林火險(xiǎn)指數(shù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)森林火險(xiǎn)指數(shù)最大值為8.6354，最小值是3.9612，平均值是7.2438，標(biāo)準(zhǔn)差是0.6591，采用Jenks 的自然斷點(diǎn)法設(shè)置5.96285、7.374728 兩個(gè)中間斷點(diǎn)，把整個(gè)研究區(qū)分成森林火災(zāi)低度危險(xiǎn)區(qū)、中度危險(xiǎn)區(qū)和高度危險(xiǎn)區(qū)3 個(gè)區(qū)域類型，從火險(xiǎn)等級分級表的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出（見表3），研究區(qū)森林火險(xiǎn)以中度危險(xiǎn)區(qū)面積最大，占整個(gè)研究區(qū)面積的52.36%，其次是高度危險(xiǎn)區(qū)，面積占到43.77%，標(biāo)明研究區(qū)在每年的防火期內(nèi)防火壓力較大。

表3 研究區(qū)森林火險(xiǎn)等級分級表

4 結(jié)論

本文以山東膠東丘陵山區(qū)的嶗山林場為研究對象，綜合考慮了地形、植被、人類干擾等3 類指標(biāo)，選取坡度、坡向、海拔、齡組、地類、林下覆蓋度、道路緩沖區(qū)、居民點(diǎn)緩沖共8 項(xiàng)火險(xiǎn)因子，計(jì)算出嶗山林場的森林火險(xiǎn)指數(shù)并繪制了等級分級圖。結(jié)果表明，研究區(qū)森林火險(xiǎn)指數(shù)最大值為8.6354，最小值是3.9612，平均值是7.2438，研究區(qū)森林火險(xiǎn)以中度危險(xiǎn)區(qū)面積最大，占整個(gè)研究區(qū)面積的52.36%，其次是高度危險(xiǎn)區(qū)，面積占到43.77%，表明研究區(qū)在每年的防火期內(nèi)防火壓力較大。