森林火災(zāi)與氣候變化

郭天峰，周宇飛

（1.廣東省航空護(hù)林站（廣東省林火衛(wèi)星監(jiān)測中心），廣東廣州，510520；2.廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東廣州，510520）

森林火災(zāi)與氣候變化

郭天峰1，周宇飛2

（1.廣東省航空護(hù)林站（廣東省林火衛(wèi)星監(jiān)測中心），廣東廣州，510520；2.廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東廣州，510520）

森林是生態(tài)系統(tǒng)中重要的碳庫，森林火災(zāi)使森林碳庫遭受重大損失，對全球氣候變化產(chǎn)生重大影響。研究了國內(nèi)外森林火災(zāi)碳排放及其計量技術(shù)，評價了森林火災(zāi)對氣候變化的影響，并指出了應(yīng)對氣候變化的森林防火對策。

森林火災(zāi)；氣候變化；碳排放

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，貯存了全球陸地生態(tài)系統(tǒng)地上80%以上的碳貯量和陸地地下40%的碳貯量。保護(hù)和管理好森林，則可增強(qiáng)森林對碳的吸收，充分發(fā)揮森林的碳匯作用，不僅可遏制和減緩全球氣候變化，而且可以美化和改善環(huán)境，充分發(fā)揮森林的生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)和文化等多種巨大功能和效益。森林火災(zāi)是森林面積減少的主要原因之一。森林火災(zāi)使森林面積減少，降低森林的碳匯功能，森林碳庫遭受巨大損失，增加了大量碳排放，對全球氣候變化產(chǎn)生重大影響，成為全球共同關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。

1 森林火災(zāi)碳排放

1.1世界森林火災(zāi)碳排放

對火災(zāi)釋放含碳?xì)怏w的估算主要是在高緯度的北方針葉林地區(qū)和赤道熱帶雨林地區(qū)（包括熱帶大草原），這兩個植被帶被認(rèn)為是含碳?xì)怏w排放的兩個主要源[2]。北方和溫帶林地區(qū)受天然火災(zāi)的影響較大，熱帶地區(qū)主要是人為影響的結(jié)果，其中刀耕火種的生產(chǎn)方式和對森林采伐的影響較大。Auclair用有效可燃物模型估算北方林區(qū)森林火災(zāi)排放的CO2，CO，CH4和NMHC的量分別為235Tg/a，21Tg/a，1.4Tg/a和0.7Tg/a[3]。Van der werf運(yùn)用TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mis?sion）衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及CASA（Carnegie-Ames-Stan?ford-Approach）生物地球化學(xué)循環(huán)模型估算出1998-2001年熱帶地區(qū)林火和木材燃燒所直接釋放的總碳量為每年2.6PgC，另外由于林火間接釋放的碳量為每年1.2PgC，林火所造成的直接或間接的總碳損失占熱帶或亞熱帶凈初級生產(chǎn)量的9%[4]。

1.2我國森林火災(zāi)碳排放

北方林在我國主要分布在東北的大小興安嶺和長白山地區(qū)，田曉瑞等[5]對我國1991-2000年森林火災(zāi)直接釋放碳量進(jìn)行的估算表明，我國森林生物量的消耗主要是寒溫帶森林火災(zāi)造成的。胡海清等[6]估算了大興安嶺林區(qū)1980-1999年20年各喬木樹種的火災(zāi)釋放碳量，發(fā)現(xiàn)落葉松林燃燒釋放的碳最多，約占總釋放量的2/3；其次為白樺，約占總釋放量的1/4；其他樹種較少，約占釋放量的1/12[6]。

王效科等[7]用有效可燃物模型法,以我國?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）為單位，對我國森林火災(zāi)釋放的CO2、CO和CH4平均每年排放量進(jìn)行了研究，認(rèn)為這3種氣體的釋放量主要是由火災(zāi)面積決定的，黑龍江、內(nèi)蒙古和云南3省區(qū)的排放量占全國的80%以上。田曉瑞等[5]用有效可燃物模型法，采用林火統(tǒng)計數(shù)據(jù)和生物量研究資料，對我國1991-2000年森林火災(zāi)生物量年均損失進(jìn)行了估算，并估算了燃燒直接排放碳及CO2，CH4和煙霧顆粒物的量。

2 森林火災(zāi)碳排放研究進(jìn)展

2.1森林火災(zāi)碳排放計量技術(shù)進(jìn)展

目前，國內(nèi)外對森林火災(zāi)排放碳量和含碳?xì)怏w排放量的計量主要集中于大尺度研究，對小尺度的計量研究不多，而且主要集中于火災(zāi)多發(fā)區(qū)。對火災(zāi)碳排放的估算主要應(yīng)用平均生物量數(shù)據(jù)，而不是應(yīng)用每次火災(zāi)實(shí)際消耗量，對于林型不同而導(dǎo)致火災(zāi)碳排放的差異研究不夠深入，對燃燒效率和排放因子及排放比的測定未形成一套相對量化的標(biāo)準(zhǔn)，主要是通過實(shí)地調(diào)查進(jìn)行估測。

1）小尺度森林火災(zāi)碳排放計量模型。①森林火災(zāi)總碳排放計量模型，1980年，Seiler[8]和Crut?zen[9]提出了森林火災(zāi)燃燒損失生物量的計量方法，即森林火災(zāi)損失生物量計量模型；②森林火災(zāi)含碳?xì)怏w排放計量模型，森林火災(zāi)含碳?xì)怏w排放計量的前提是通過有關(guān)公式計算出森林火災(zāi)所排放的總碳量，再利用排放比法或排放因子法進(jìn)行含碳?xì)怏w排放量的計量。

2）大尺度森林火災(zāi)碳排放計量模型。目前，對大尺度森林火災(zāi)碳排放的計量，主要是通過小尺度研究得出相應(yīng)計量參數(shù)，然后進(jìn)行尺度擴(kuò)展，外推到大尺度的森林火災(zāi)碳排放計量中。①使用高分辨率遙感影像估測森林火災(zāi)面積和可燃物載量。②利用高分辨率遙感圖像估測森林火災(zāi)的燃燒效率。③通過大量室內(nèi)燃燒試驗和野外空中采樣來確定排放因子和排放比。

2.2各類森林的火災(zāi)碳排放估測

不同區(qū)域的森林不但具有不同的可燃物數(shù)量，而且火災(zāi)的起源差異很大，一些學(xué)者估算了森林火災(zāi)所釋放的總碳量、CO2、CO、CH4和NMHC氣體量。無論哪種氣體，熱帶的排放量是溫帶和北方林區(qū)的幾倍。由于大多數(shù)情況下，排放的總碳量中，以CO2形式排出的占90%，因而CO2的排放量和排放的總碳量在數(shù)值上相差不大，從森林火災(zāi)排放的CO2、CO、CH4和NMHC的量，熱帶林區(qū)分別為2900TgC/a、207TgC/a、15.3TgC/a和42.7TgC/a。溫帶和北方林區(qū)分別為235TgC/a、21TgC/a、1.4TgC/a和0.7TgC/a。全球總的森林火災(zāi)排放CO2、CO、CH4的總量分別為3135TgC/a、228TgC/a和167TgC/a，分別為全球所有排放量的45%、21%和44%。這里需指出的是對熱帶的火災(zāi)釋放量估計中包括了草原火災(zāi)和農(nóng)作物廢棄物的燃燒[10]。

3 森林火災(zāi)對氣候變化的影響

3.1森林火災(zāi)的生態(tài)影響

森林火災(zāi)對生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制復(fù)雜，除了直接排放碳和含碳?xì)怏w、造成生態(tài)系統(tǒng)碳的凈損失以及影響大氣碳平衡外，還會對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程、土壤的物理化學(xué)性質(zhì)、生物過程產(chǎn)生間接影響，其間接作用是通過改變生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和功能來影響對碳的排放和吸收，主要表現(xiàn)為改變生態(tài)系統(tǒng)年齡結(jié)構(gòu)、物種組成與結(jié)構(gòu)、葉面積指數(shù)，從而影響生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力，對火燒跡地恢復(fù)過程中的碳收支產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而對全球碳循環(huán)產(chǎn)生重要作用。

值得注意的是，由于我國鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)各自的操作規(guī)程不同，爐批材料的成分和性能也不一致，雖都符合材料標(biāo)準(zhǔn)，但波動范圍大，材質(zhì)的一致性、均勻性和穩(wěn)定性較差。同時，國內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)眾多，各自技術(shù)水平、設(shè)備生產(chǎn)能力不同，導(dǎo)致航空用鋼鐵材料的性能數(shù)據(jù)較為分散，離散系數(shù)大[9]。

森林火災(zāi)對森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的間接影響還表現(xiàn)在火燒跡地土壤呼吸的變化，火后未完全燃燒可燃物由于分解作用而產(chǎn)生的碳排放，以及火后植被恢復(fù)中對碳的吸收與排放等方面。Amiro等[11]研究發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)后對生態(tài)系統(tǒng)CO2通量產(chǎn)生重要影響。Auclair等[3]對高緯度北方林火后的碳通量進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)火后的間接碳排放是火中直接碳排放的2倍多。Dixon等[12]對俄羅斯的火后碳排放進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其間接碳排放是直接碳排放的2倍。許多學(xué)者在研究森林火災(zāi)碳排放時發(fā)現(xiàn)，由于可燃物的不完全燃燒而產(chǎn)生的黑炭（black carbon）在生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中具有碳匯功能。

3.2森林火災(zāi)對氣候變化影響評價

森林經(jīng)常受到火災(zāi)的危害，在諸多危害森林的因子中火災(zāi)是破壞性最大的一個因子?；饘Υ髿庵械臏厥覛怏w和氣溶膠的增加有顯著影響，對于全球大部分區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)而言，它是一個很重要的干擾因子。氣候變化與林火行為之間有著非常緊密的聯(lián)系。氣候變化會通過對森林植被和可燃物類型與載量的影響來改變林火行為。同時，森林燃燒產(chǎn)生的溫室氣體又對氣候變化產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?。森林火?zāi)是CO2的重要來源，不但影響到全球溫室氣體減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，更關(guān)系到社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。氣候變化反過來又增加森林火災(zāi)發(fā)生概率，這是因為氣候變化引起了動植物種群變化和植被組成或樹種分布區(qū)域的變化，從而影響林火發(fā)生頻率和火燒強(qiáng)度，林火變化又會促進(jìn)動植物種群改變，溫度升高和降水模式改變會增加干旱區(qū)的火險，火燒頻度加大；氣候變化影響人類的活動區(qū)域，并影響到火源的分布；氣候變化還會增加一些極端天氣事件與災(zāi)害的發(fā)生頻率和量級，極端干早事件常常引起森林火災(zāi)大爆發(fā)。未來氣候變化特點(diǎn)是氣溫升高、極端天氣/氣候事件增加和氣候變率增大。此外，天氣變暖會引起雷擊和雷擊火的發(fā)生次數(shù)增加，防火期將延長。因此，林火與氣候變化成為近年來林火研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。

3.3充分認(rèn)識森林防火在碳減排增匯中的作用

森林火災(zāi)碳排放量在全球碳排放中具有舉足輕重的作用。森林火災(zāi)所造成的溫室氣體排放對大氣碳平衡及全球氣候變化具有重要影響。森林火災(zāi)釋放碳量在某些年份甚至與化石燃料燃燒所釋放碳量相當(dāng)。森林火災(zāi)的發(fā)生不僅會在短期內(nèi)將儲存在植被體中的碳釋放到大氣中，而且由于土溫升高而加速了土壤的碳釋放，而后者往往產(chǎn)生更大的碳釋放。森林火災(zāi)已經(jīng)成為全球碳排放的主要來源。從世界范圍來看，以澳大利亞為例，澳大利亞每公頃林地儲存的CO2約為50到80t。MarkAdams的研究表明，澳大利亞在2003年以及2006至2007年度發(fā)生的森林火災(zāi)大概向大氣中釋放了1.05億tCO2。澳大利亞全國每年的CO2排放總量大約為3.3億t，這樣根據(jù)科學(xué)家估算，澳大利亞近幾年來森林大火造成的碳排放已經(jīng)相當(dāng)于該國一年CO2排放總量的1/3。

加強(qiáng)森林防火成為全球?qū)嵤┑吞及l(fā)展戰(zhàn)略的重要措施，要充分認(rèn)識森林防火在碳減排增匯中的重要作用。森林植被包括森林土壤在增匯減排上具有特殊不可替代的作用。而森林火災(zāi)使森林由碳匯變成碳源，把森林碳庫變?yōu)榫薮蟮奶寂欧旁础Ｉ只馂?zāi)產(chǎn)生大量碳排放，從而影響全球氣候變化，越來越受到世界各國的關(guān)注。加強(qiáng)森林防火工作，減少森林火災(zāi)發(fā)生，減少森林碳排放已經(jīng)成為世界各國共識。森林防火工作受到世界，尤其是發(fā)達(dá)國家的高度重視。我國高度重視森林防火工作，積極實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略。我國森林防火在實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略、履行國際公約、應(yīng)對氣候變化中發(fā)揮著獨(dú)特的作用，為提升我國林業(yè)國防話語權(quán)，維護(hù)國家權(quán)益作出了重要貢獻(xiàn)。2010年9月國家林業(yè)局時任局長賈治邦在全國森林公安森林防火工作會議上的講話指出：“十一五”期間，我國森林火災(zāi)年均受害率為0.7‰，遠(yuǎn)低于3.5‰的歷史平均水平，同時也遠(yuǎn)低于同期世界林業(yè)發(fā)達(dá)國家的水平，相當(dāng)于每年減少了4/5的森林火災(zāi)碳排放，保持了4.5億t的固碳能力，為世界各國履行《國際氣候公約》作出了表率。

4 應(yīng)對氣候變化的森林防火對策

4.1更加注重“防”，最大限度減少森林火災(zāi)

林業(yè)在應(yīng)對氣候變化，實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略中具有特殊不可取代的作用。森林防火要在林業(yè)低碳發(fā)展戰(zhàn)略中發(fā)揮重要的作用。實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略對森林防火的根本要求就是最大限度減少森林火災(zāi)，減少碳排放，保護(hù)和提高森林的碳匯功能。因此，實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略，要求更加注重森林火災(zāi)的預(yù)防，最根本的措施就是在“防”字上下工夫。

強(qiáng)化預(yù)防為主的方針，除強(qiáng)化常規(guī)森林防火工作措施外，應(yīng)特別注意加強(qiáng)火源管理，要“嚴(yán)”字當(dāng)頭，嚴(yán)格落實(shí)火源管理，嚴(yán)格用火執(zhí)法；要強(qiáng)化基層防火責(zé)任制，責(zé)任落實(shí)到具體山頭、地塊，落實(shí)到護(hù)林人員；要創(chuàng)新森林防火措施，針對不同野外火源及其產(chǎn)生的人群，采取相應(yīng)的宣傳教育方式；要完善林火預(yù)警，監(jiān)測體系，把森林防火工作落實(shí)到“早”字上，最大限度縮短對森林火情反應(yīng)的時間。

4.2更加突出“快”，最大限度減少森林受害率

森林火災(zāi)應(yīng)急處置，從“快”字下工夫，也就是要實(shí)現(xiàn)“打早、打小、打了”，從而最大限度減少森林受害率，減少碳排放，有效保護(hù)森林生態(tài)安全。因此，突出快速應(yīng)急處置森林火災(zāi)是森林防火實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略的根本手段。

實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)急處置，最大限度減少森林受害率，應(yīng)當(dāng)建立森林火災(zāi)快速應(yīng)急處置體系?？焖偬幹脩?yīng)當(dāng)建設(shè)以林火監(jiān)測體系為前提，以配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，以消防隊伍建設(shè)為主體，以消防手段建設(shè)為重點(diǎn)，以指揮系統(tǒng)建設(shè)為關(guān)鍵，以制度建設(shè)為保障，全面提高森林防火裝備水平、改善基礎(chǔ)設(shè)施條件，增強(qiáng)預(yù)警、監(jiān)測、應(yīng)急處置和撲救能力，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防控現(xiàn)代化、管理工作規(guī)范化、隊伍建設(shè)專業(yè)化，撲救工作科學(xué)化，使森林受害率降至最低。

應(yīng)當(dāng)從廣東森林防火實(shí)際出發(fā)，建設(shè)森林防火監(jiān)控體系、林火撲救指揮系統(tǒng)、森林消防阻隔系統(tǒng)、森林消防撲火道路系統(tǒng)、森林消防物資儲備和隊伍建設(shè)系統(tǒng)，形成覆蓋廣東省林地的森林防火網(wǎng)絡(luò)體系，形成森林火災(zāi)快速應(yīng)急處置體系。

4.3重視低碳防火技術(shù)研究與應(yīng)用

實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略，森林防火工作要在預(yù)防和撲救上采取積極有效的措施，減少森林火災(zāi)，減少森林火災(zāi)受害率，達(dá)到減少碳排放的目的，同時要重視低碳防火技術(shù)的研究與應(yīng)用。

低碳森林防火技術(shù)主要包括生物防火技術(shù)（如高效碳匯防火林營建技術(shù)，生物防火阻隔網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等）；森林可燃物低碳管理技術(shù)（如加速地被物轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)的技術(shù)，造林地剩余物低碳處理技術(shù)等）；森林火災(zāi)低碳撲救技術(shù)（如低碳高效撲火機(jī)具研制與應(yīng)用，利用自然水源水體構(gòu)建消防用水體系，森林消防阻燃劑研制及應(yīng)用技術(shù)等）。

4.4建立低碳森林防火制度和評價體系

實(shí)施低碳發(fā)展戰(zhàn)略是科學(xué)發(fā)展的全新理念，對森林防火提出了新的要求。森林防火應(yīng)當(dāng)在理念、觀念和制度等方面有所創(chuàng)新，以適應(yīng)這個新的要求。因此必須建立全新的低碳森林防火制度和評價體系：①研究森林火災(zāi)碳排放評估技術(shù)；②把森林火災(zāi)碳排放納入地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的節(jié)能減排核算；③建立森林火災(zāi)碳排放績效辦法及獎懲辦法；④鼓勵應(yīng)用低碳森林防火技術(shù)，用經(jīng)濟(jì)機(jī)制推動低碳森林防火技術(shù)發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：韓煥金）

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2015-06-04