高仲亮，周汝良，王軍國，楊建明，瞿海斌

（西南林學(xué)院保護(hù)生物學(xué)學(xué)院，云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)試驗(yàn)室，云南 昆明 650224）

1 計(jì)劃燒除概念及意義

計(jì)劃燒除是在能把火限制在預(yù)定區(qū)域內(nèi)，同時(shí)又在可以使該火產(chǎn)生資源管理所需的火強(qiáng)度和蔓延速度的特定環(huán)境條件下，對自然狀態(tài)或人工改變的野生地可燃物進(jìn)行控制性用火[1]。低強(qiáng)度計(jì)劃燒除，即在不損害優(yōu)勢木的樹冠和樹干的情況下，燒除樹冠下面累積的可燃物，火強(qiáng)度一般為60～250 KW/m，最高強(qiáng)度限度為500 KW/m[2]。適當(dāng)?shù)摹⒌蛷?qiáng)度的計(jì)劃燒除，不僅不會(huì)破壞森林的整體結(jié)構(gòu)和功能，而且還對森林的生長、林分質(zhì)量的提高都是有益的，是森林演變更替的動(dòng)力，能夠促進(jìn)維持森林群落的自我更新，增加生物多樣性。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)旅游、經(jīng)濟(jì)開發(fā)等人為活動(dòng)的增加，引發(fā)火災(zāi)的火源條件大大增加。生物組分中的生產(chǎn)者綠色植被以枯枝落葉、果實(shí)等形式，源源不斷地向地面土壤提供碳源，構(gòu)成了土壤碳匯的基礎(chǔ)。對于穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)，由于動(dòng)物、昆蟲、微生物以及真菌等消費(fèi)者、分解者的生物組分結(jié)構(gòu)合理，森林形成的地表凋落物能被穩(wěn)定的消費(fèi)、分解，并穩(wěn)定地向土壤碳庫提供碳源。而對于人工林生態(tài)系統(tǒng)、次生林生態(tài)系統(tǒng)，由于生物組分的結(jié)構(gòu)失調(diào)，消費(fèi)與分解過程失衡，導(dǎo)致地表凋落物過多堆積，使森林發(fā)生森林火災(zāi)的可能性、發(fā)生重特大森林火災(zāi)的可能性大大增加。重特大森林火災(zāi)將摧毀森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯初級(jí)生產(chǎn)力，并使若干年形成的植被碳匯、土壤碳庫的部分碳儲(chǔ)量在短時(shí)間內(nèi)泄漏；一般森林火災(zāi)也能產(chǎn)生小規(guī)模的泄漏，增加森林的CO2的排放。為減少重特大森林火災(zāi)的發(fā)生，計(jì)劃燒除技術(shù)被用于生產(chǎn)實(shí)踐中，利用弱度火燒除林間內(nèi)的地表細(xì)小可燃物，目的在于減少重特大森林火災(zāi)發(fā)生的概率，這是一種以小規(guī)模泄漏換取更大植被碳匯與固碳效能的森林管理模式。

2 計(jì)劃燒除促進(jìn)森林發(fā)展

（1）計(jì)劃燒除改善造林和林木生長條件[3]。計(jì)劃燒除可以減少病蟲害，清除雜草、雜木改變造林地內(nèi)的雜亂條件，防止或減少與林木的競爭，起透光伐的作用，還可以抑制次生物種，維護(hù)主要樹種的生長起除伐的作用，可以清除林內(nèi)站桿，倒木和病腐木，變腐殖物為肥料，改善林地衛(wèi)生條件，增加土壤養(yǎng)分，起到衛(wèi)生伐的作用，對恢復(fù)森林及促進(jìn)森林更新和生長大有益處。

（2）計(jì)劃燒除促進(jìn)種子萌發(fā)。計(jì)劃燒除以一定的強(qiáng)度和高度進(jìn)行，放出的能量加速種子釋放，而一定的火焰高度使成熟后的種子及早下落，減少動(dòng)物的取食。另外，火燒后形成的灰分，在有效地覆蓋種子的同時(shí)，為種子的萌發(fā)以及今后幼苗的生長提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和生長空間，火燒越頻繁，萌發(fā)數(shù)量越多。

（3）計(jì)劃燒除提高葉子的光合效率。計(jì)劃燒除一般都在林下開展，由于其有限的火強(qiáng)度對植物的葉子沖擊最大，從某種程度上來講，計(jì)劃燒除對植物的生長不利。但是，有些樹種的葉子燒后葉綠素含量增加，從而增加葉子的光合效率。樟子松火燒后葉子的葉綠素含量增加，特別是當(dāng)年新萌發(fā)的葉子其葉綠素含量增加更顯著。受害愈嚴(yán)重，葉綠素增加的量愈多，如瀕死木當(dāng)年新萌發(fā)葉子的葉綠素含量比正常木（未受害木）增加高達(dá)64.29%；嚴(yán)重受害木上一年的葉綠素含量亦增加30.70%。

（4）計(jì)劃燒除促進(jìn)喜光植物的生長[1，3]?；馃笾参锷姝h(huán)境發(fā)生了改變，其中最為主要的是火燒跡地上光照加強(qiáng)，土壤溫度升高，有利于喜光植物的生長發(fā)育。我國東北的紅松林較大面積火燒后，跡地上最先侵入和演替起來的是山楊和白樺等喜光闊葉樹種。

（5）計(jì)劃燒除促進(jìn)森林群落進(jìn)展演替[3]。火對原生演替作用不大，對森林群落的次生演替有很大的影響。在自然條件下，沒有受到外界因素嚴(yán)重干擾的各類植物群落稱為原生植被。次生演替可能開始于原生植被受到破壞而進(jìn)行演替的任何一個(gè)階段，中低強(qiáng)度的林火可能使森林群落產(chǎn)生進(jìn)展演替（由較低等的森林群落演替為較高等森林群落）。

3 森林碳匯

碳匯是指自然界中碳的寄存體，一般是指從空氣中清除CO2的過程、活動(dòng)、機(jī)制[4]。森林碳匯就是指森林具有的吸收和儲(chǔ)存CO2的作用。森林碳匯使森林成為自然界中碳的寄存體，森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)力最高，碳儲(chǔ)存量最大的植被類型，在陸地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部碳循環(huán)以及與其他碳庫交換和碳循環(huán)過程中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。森林在生長過程中，通過光合作用吸收空氣中CO2，存儲(chǔ)于植被和土壤中，形成有機(jī)碳，起到固碳作用，森林生長就代表了它所形成的碳沉降量在不斷增加。同時(shí)森林植被通過呼吸作用向大氣中排放CO2，枯枝落葉不斷地被分解，一部分直接向大氣排放CO2，一部分成為腐殖質(zhì)繼續(xù)起到固碳作用，森林火災(zāi)可以大量排放樹木所固定的碳。

森林成熟后被采伐，采伐和加工剩余物如果被當(dāng)做薪炭材，則其所固的碳會(huì)很快回歸大氣。但是，薪炭材對于減少CO2排放的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在薪炭材對化石性能源的替代作用從而形成的CO2減排，如果木材被深加工，則繼續(xù)起到固碳作用，大氣CO2減排→森林碳匯→木制品固碳→大氣CO2的循環(huán)鏈被延長[4]。森林碳匯效果的發(fā)揮使其能夠吸收并儲(chǔ)存大氣中的CO2，從而減少大氣中CO2濃度，并起到抑制和減緩溫室效應(yīng)的效果。

4 計(jì)劃燒除對森林碳匯的影響分析

4.1 CO2釋放量與碳匯量的估算

4.1.1 計(jì)劃燒除CO2釋放量估算

計(jì)劃燒除到底能釋放出多少CO2氣體，目前還沒有那位學(xué)者能準(zhǔn)確地算出，利用森林火災(zāi)釋放的碳量進(jìn)行估算，計(jì)算繁瑣，誤差太大，沒有多少意義。李順龍教授在計(jì)算森林碳匯量時(shí)引入了林下植物固碳量，而我們的計(jì)劃燒除正好是燒除林下植物的。因此，提出以林下植物固碳量計(jì)算計(jì)劃燒除CO2釋放量。

假設(shè)：①林下植物燒除率在80%左右；②釋放的碳完全以CO2氣體的形式釋放；

計(jì)劃燒除CO2釋放量估算的公式：

其中：Cij=Vij×δ×ρ×γ經(jīng)過變形可得：

式中：Q CO2—計(jì)劃燒除CO2釋放量；Sij—第i類地區(qū)第j種森林類型的面積；Cij—第i類地區(qū)第j種森林類型的生物量碳密度；Vij—第i類地區(qū)第j種森林類型單位面積蓄積量；V—森林蓄積量；S—森林面積；A—計(jì)劃燒除面積；b—計(jì)劃燒除率，取0.8；α—林下植物碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，取0.195；δ—生物量擴(kuò)大系數(shù)，取1.9（政府間氣候變化專門委員會(huì)IPCC默認(rèn)值）；ρ—容積系數(shù)，取0.5（IPCC默認(rèn)值）；γ—含碳率，取0.5（IPCC默認(rèn)值）。

4.1.2 森林碳匯量計(jì)算

森林碳匯的計(jì)算方法有碳密度法、碳平衡F—CARBON模型法、CO2FIX模型法等，這里只介紹李順龍教授提出的計(jì)算方法——森林蓄積量換算因子法。

森林全部固碳量計(jì)算公式：

其中：Cij=Vij×δ×ρ×γ

式中：CF—森林全部固碳量；Sij—第i類地區(qū)第j種森林類型的面積；Cij—第i類地區(qū)第j種森林類型的生物量碳密度；Vij—第i類地區(qū)第j種森林類型單位面積蓄積量；δ—生物量擴(kuò)大系數(shù)，取1.9（IPCC默認(rèn)值）；α—林下植物碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，取0.195；β—林地碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，取1.244；ρ—容積系數(shù)，取 0.5（IPCC默認(rèn)值）；γ—含碳率，取 0.5（IPCC默認(rèn)值）。

運(yùn)用李順龍?zhí)岢龅纳痔紖R計(jì)算方法，結(jié)合我國歷次森林資源清查結(jié)果對我國森林碳匯變化情況進(jìn)行測算分析。測算分以下兩種情況分別進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果見表1。

第一種情況：森林碳匯量只計(jì)算林木生物量固碳量

林木生物量碳儲(chǔ)量=森林蓄積×擴(kuò)大系數(shù)×容積系數(shù)×含碳率=V×1.9×0.5×0.5

第二種情況：森林碳匯量包括林木生物量碳儲(chǔ)量、林下植物碳儲(chǔ)量和林地碳儲(chǔ)量。

第六次森林資源清查結(jié)果表明，我國現(xiàn)在每年消耗資源3.6億m3，而林木蓄積生長量每年大約都在4.97億m3，有的年份要超過5億m3，每年森林凈增長大約1.78億m3，消耗量只有生長量的70%左右。據(jù)此計(jì)算中國每年森林碳匯凈增量：

森林生物量碳匯凈增量=1.78×1.9×0.5×0.5=0.85億 t碳

森林全部碳匯凈增量 =1.78×1.9×0.5×0.5×2.439=2.06億 t碳

4.2 計(jì)劃燒除對森林碳匯的影響

假設(shè)：①森林在6年內(nèi)更新恢復(fù)到火燒前的狀況，且第一年恢復(fù)到10%，第二年恢復(fù)到40%，第三年恢復(fù)到60%，第四年恢復(fù)到80%，第五年恢復(fù)到95%，第六年恢復(fù)到100%，其他條件與上面的假設(shè)相同。根據(jù)上面提到的林下植物固碳量公式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表2。

計(jì)算結(jié)果表明：燒除后，林下植物在第四年完成對計(jì)劃燒除所釋放的CO2的吸收固定，之后將發(fā)揮碳匯的功能。

計(jì)劃燒除不僅在預(yù)防森林火災(zāi)方面發(fā)揮著重要而不可替代的作用，還可以改善森林環(huán)境，提高光合效率，促進(jìn)林木的更新和生長，尤其以低強(qiáng)度的計(jì)劃燒除最為顯著。林木在更新和生長過程中，必定通過光合作用從大氣中吸收固定大量的CO2。根據(jù)有關(guān)的研究表明：樹木通過光合作用每生長1 t立木蓄積就要吸收1.6 tCO2，或者說森林每增加1 m3立木蓄積凈吸收CO2量為1 t，同時(shí)釋放730 kg氧氣，儲(chǔ)存270 kg碳；陸地植被通過光合作用每年從大氣中吸收1200億t碳，其中植被呼吸返回大氣約600億t碳，土地有機(jī)質(zhì)分解返回500億t碳，干擾返回90億t碳，陸地植被凈碳吸收量10～15億t碳。

表1 我國森林資源碳儲(chǔ)量計(jì)算

計(jì)劃燒除作為一種營林手段，不會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而加速有機(jī)物轉(zhuǎn)化為礦物質(zhì)的過程，可以盡快地恢復(fù)森林群落多物種、多種群、多結(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，一定程度上可以促進(jìn)森林對碳的吸收固定，提高森林碳匯的能力，對森林碳匯是有好處的。

5 結(jié)語

根據(jù)我國森林資源現(xiàn)狀，提出加強(qiáng)森林管理和增加森林碳吸收的措施和建議：建議在我國大面積開展計(jì)劃燒除特別是低強(qiáng)度的計(jì)劃燒除來減少林下可燃物，降低森林火險(xiǎn)，預(yù)防森林火災(zāi)的發(fā)生，同時(shí)增加森林碳庫容積；采取有效措施提高森林碳匯的能力，減少碳源排放。森林吸收溫室氣體，穩(wěn)定和減緩大氣CO2濃度，主要從以下幾方面體現(xiàn)：一是保護(hù)好現(xiàn)有的森林碳儲(chǔ)量，防止毀林和森林火災(zāi)，使得現(xiàn)有森林所固定的碳不會(huì)釋放到大氣中；二是增加森林碳庫容積。通過合理經(jīng)營管理，提高森林固碳速度和固碳能力，提高森林固碳總量；三是能源替代。木材作為能源，考察其生產(chǎn)和使用全過程，可以認(rèn)為CO2排放為零；四是原材料替代。鋼鐵、水泥、鋁材、塑料等都屬于能耗密集型產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量CO2。這些材料一定程度上都有可能被木材替代，從而大量減少這些原材料在生產(chǎn)過程中向大氣排放CO2等溫室氣體；五是加強(qiáng)木材綜合利用，延長木材固碳時(shí)間。

表2 林下植物更新恢復(fù)過程中固定的二氧化碳量

計(jì)劃燒除對于增匯的影響是非常復(fù)雜的過程，目前的實(shí)踐表明，不合理的計(jì)劃燒除有可能引發(fā)森林大火，同時(shí)對森林生態(tài)系統(tǒng)的生物組分的變化產(chǎn)生重大影響，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的健康性與穩(wěn)定性，其取得的效果與計(jì)劃燒除的目的相背離。所以，有待研究可行的計(jì)劃燒除及森林管理對碳匯產(chǎn)生的影響，以增加森林的碳匯效能。

[1]姚樹人,文定元.森林消防管理學(xué)[M].北京:中國林業(yè)出版社,2002.

[2]胡海清.林火生態(tài)與管理[M].北京:中國林業(yè)出版社，2005.

[3]巳樹桓.森林防火概論[M].北京：中國林業(yè)出版社，2007.

[4]李順龍.森林碳匯問題研究[M],哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社,2006.