龍 駿 王藝穎 鄧湘雯，3 詹長虹 李梓銘

（1.湖南省森林草原防火監(jiān)測調度評估中心，湖南 長沙 410000；2.中南林業(yè)科技大學生命科學與技術學院，湖南 長沙 410004；3.南方林業(yè)生態(tài)應用技術國家工程實驗室，湖南 長沙 410004）

林火作為森林生態(tài)系統(tǒng)中非?；钴S的生態(tài)因子之一，參與森林生態(tài)系統(tǒng)的形成、演化和發(fā)展，與森林共存。但在多種威脅森林資源的因素中，森林火災卻又是破壞自然、社會和生態(tài)系統(tǒng)平衡的災害之一[1]。隨著全球氣候變化與人類社會活動的發(fā)展，森林防火事業(yè)將在新形勢下迎來挑戰(zhàn)[2]；城鎮(zhèn)化加劇、農村人口減少、農耕土地缺少科學管理等，使森林生態(tài)系統(tǒng)中可燃物的積累速度加?。煌瑫r，工業(yè)化程度加快及能源結構改變，導致碳排放增加，加之周期性厄爾尼諾和拉尼娜事件等氣象異?，F(xiàn)象[3]，導致森林火災發(fā)生可能性提高，森林資源持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展越來越重要。因此，新形勢下面臨著人口、環(huán)境、氣候、森林資源等系列問題，森林防火、滅火倍受世界關注[1]。

森林防火工作主要包括森林火災的預防和森林火災的撲救。我國《森林防火條例》中指出“森林防火工作實行預防為主、積極消滅的方針”。森林可燃物是森林燃燒的物質基礎，對其進行研究和管理，是森林火災預防工作重要內容之一，森林防火工作都必須建立在此基礎上。森林可燃物研究是林火管理科學化的基本手段，也是實現(xiàn)林火仿真的重要基礎數據。因此，世界各國都十分重視森林可燃物基礎性研究工作[4]。本研究通過綜述國內外對森林可燃物研究現(xiàn)狀，以及我國新形勢下森林可燃物基本特點，提出新形勢下現(xiàn)代森林防火工作對策，為提高森林防火科學化管理水平提供基礎數據和理論依據。

1 國外森林可燃物研究進展

20世紀60年代，美國對可燃物載量模型開展了大量研究，隨后加拿大、澳大利亞等國相繼開展森林可燃物研究。各國對可燃物的研究從基礎分類開始[5]，進而對可燃物物理性質進行測定，探究可燃物燃燒現(xiàn)象本質[6]；探究森林可燃物各項特征指標間的關系[7]，開展了一系列可燃物模型研究[8]，推動了世界各國森林火險預報體系的建設。

在發(fā)達國家的森林火災預警和防火管控工作中，系統(tǒng)開展森林可燃物基礎性研究工作，有效提升了森林火險預報水平。其中，美國國家火險等級系統(tǒng)（NFDRS）和加拿大森林火險等級系統(tǒng)（CFFDRS）是目前世界上應用較為廣泛的火險系統(tǒng)[9-10]，均大量用到了森林可燃物基礎研究成果。國外對森林可燃物研究發(fā)展至今，已具有較為完善的科學體系，對森林可燃物進行了大規(guī)模的動態(tài)模型研究，并應用于森林火災的火行為預測[10]。

1.1 美國森林可燃物研究

美國國家火險等級系統(tǒng)（NFDRS）是在燃燒原理的基礎上進行點燒實驗，并結合可燃物、氣候、地形等影響因素建立的物理模型[11]。系統(tǒng)中將全國森林可燃物類型劃分成20個[12]，客觀地描述了林火蔓延狀態(tài)、預測火行為，模擬火險發(fā)生等，進而為決策部門做好火險預報預警工作提供準確的科學預測結果。由表1[9]可知，美國國家火險等級系統(tǒng)中將森林可燃物主要分為死可燃物和木本植物及草本植物分開研究，而死可燃物則由其受熱失水的速度不同，分1、10、100 h和 1 000 h時滯分開進行統(tǒng)計，以用于火行為預測模型中。

表1 美國國家火險等級系統(tǒng)中可燃物類型Tab.1 The forest fuel types in the US National Fire Risk Classification System

1.2 加拿大森林可燃物研究

加拿大對森林可燃物類型進行了系統(tǒng)研究，并將可燃物劃分為16個類型（見表2），得到林火行為預報系統(tǒng)（FBP）[13-14]，可為全國提供火行為預報[15]。FBP系統(tǒng)中主要用到的森林可燃物數據包括林分樹高和胸徑、林分密度和樹種組成、枯落物及半腐殖質層厚度、體積密度及有機質含量、地表草本和灌木種類型和數量、林冠可燃物層長度、數量和密度、發(fā)生火災時可燃物熄滅含水率等[16]。

表2 加拿大林火行為預報系統(tǒng)（FBP）可燃物類型表[20]Tab.2 The forest fuel types in Canadian Forest fire Behavior Forecast Systems

加拿大林火等級研究小組根據16個不同可燃物類型、細小可燃物濕度碼以及有效可燃物指標為變量因子，建立了森林火險等級系統(tǒng)（CFFDRS）統(tǒng)計模型，再根據站點氣象觀測結果，預測火險天氣、火發(fā)生和火行為[17]。此系統(tǒng)適用于森林可燃物分布較為均勻、林區(qū)面積較小的地區(qū)[18]，為森林火災管理與防治做出了重要的貢獻[19]。

2 我國森林可燃物研究進展

我國對森林可燃物的研究于20世紀80年代中期開始，雖起步較晚，但研究范圍較廣，且形成了較為成熟的方法與體系。從定性分類到定量分析燃燒性，再到建立可燃物載量模型，發(fā)展至今，已在地理位置、氣候環(huán)境、森林植被等方面形成系統(tǒng)的森林可燃物理論體系與研究方法。對我國森林火災防治與管理提供了理論研究基礎。

2.1 森林可燃物類型劃分

可燃物類型不同，燃燒性和林火行為也不同[21]，通過對可燃物類型進行劃分，既能掌握森林火險性，同時也能探索林火行為，為森林火災預報提供基礎數據。在森林火災撲救過程中，可根據不同可燃物類型安排人力物力，決定撲火方法和撲火工具、撲火對策。因此，對可燃物類型劃分是現(xiàn)代林火管理的重要組成部分。

我國學者在對森林可燃物研究初期，通過明確各類型植物物種在林火特征上的顯著區(qū)別，對其類型進行劃分[22-26]：1）從物種角度分：可分為喬木、灌木、草本、地衣、死地被物、苔蘚、森林雜亂物等；2）從可燃物的空間分布分：分為地下、地表和空中可燃物；3）從是否容易點燃分：可分為易燃、燃燒緩慢和難燃可燃物；4）按燃燒時可燃物消耗分：可分為有效、剩余和總可燃物；5）按可燃物揮發(fā)性分：可分為低揮發(fā)性、高揮發(fā)性以及中揮發(fā)性可燃物；6）按生活力分：分為死可燃物和活可燃物兩大類。

2.2 森林可燃物燃燒性研究進展

研究可燃物燃燒性，對建立林火數據庫、進行森林火險等級劃分，以及滅火指揮、營林用火和防火等都具有重要意義。我國學者對可燃物不同類型進行劃分后，對其可燃物燃燒性的研究主要受生物量研究的束縛，沒有上升到林火規(guī)律的高度，如對生物量的研究，沒有根據森林燃燒、蔓延特點區(qū)分為有效可燃和潛在可燃物進行研究；而地表層卻又缺乏對火險性最高凋落物載荷的研究，使可燃物載量研究缺乏系統(tǒng)性。針對以上問題，我國學者對森林可燃物主要進行了表3中幾個方面的研究。

表3 我國森林可燃物燃燒性研究進展Tab.3 Research progress of forest fuel combustibility in China

2.3 森林可燃物載量預測模型

通過在前人對可燃物燃燒性的研究基礎上，國內學者逐步通過建立森林可燃物載量模型，計算可燃物載量，用于探究林火發(fā)生規(guī)律（見表4）。對預測火險等級地表可燃物管理具有重要實踐意義。其中，可燃物載量動態(tài)模型，可確認在不同時間點可燃物載量的變化情況，有助于進行計劃燒除，對森林防火起到關鍵作用。我國森林可燃物模型及其預測研究始于20世紀80年代初期，通過不同方法建立了相關研究模型。

表4 我國森林可燃物載量預測模型Tab.4 Prediction models of forest fuel loading in China

3 我國森林防火工作對策

目前，我國對于森林火災管理與撲救的實踐應用缺乏科學高效措施。為應對當前人口、環(huán)境、氣候、森林資源的變化，我國森林防火工作需根據當前形勢進行調整。將改變單一防控對策，結合生物防火應用，調整農、林、牧產業(yè)結構，采用清潔能源；從預防、管理、防治等多方面提出相應對策，使森林防火工作更高效。

3.1 建設生物防火工程，管理森林可燃物

3.1.1 生物防火概念 生物防火[44]是運用生態(tài)學原理，利用植物、動物、微生物的理化性質及生物學和生態(tài)學特性上的差異，結合林業(yè)生產措施，營造防火林帶，減少可燃物的積累，調節(jié)林分組成和結構，降低森林燃燒性，增強林分的抗火性和阻火能力，而達到控制林火目的的理論和技術措施[45]。生物防火有利于維護森林生態(tài)平衡，可充分發(fā)揮森林多種功能，促進林區(qū)經濟發(fā)展，是低投資、高效率的森林防火措施[46]。例如，生物防火中的防火林帶建設能較長期有效地阻止森林火災的蔓延，減少火災的損失，是生物防火體系建設主要內容之一[47]。

3.1.2 生物防火原理 1）組成森林群落的生物，由于個體大小、形狀、理化性質的不同，燃燒性亦不相同。因此在易燃群落中調整林分結構，增加難燃物的比重則可有效降低群落的燃燒性。2）森林群落具有特定的森林環(huán)境。林內光照強度低、溫度低、濕度大、風速小，不利于林火蔓延。因此林分郁閉度越大，越不易燃。3）林分的垂直結構影響林分中可燃物的連續(xù)性，從而影響林火的種類。如針葉異齡林呈復層結構，林內可燃物連續(xù)分布，易發(fā)生樹冠火；針葉幼林中樹冠高度低，亦易發(fā)生樹冠火；而同齡成林和由不同樹種構成的復層林，通常只發(fā)生地表火。因此，對火災有較大抗性。4）不同立地條件下生長的森林具有不同抗火性。如云杉多生長在水濕條件下，樹木本身富含油脂，易燃，但林內生長的大量蘚類和水濕環(huán)境可阻止火蔓延。5）植物生物特性不同，具有不同抗火性。如落葉松落葉可作為防火樹種[48]；南方的木荷、火力楠等樹種在火災季節(jié)常綠而能阻火；北方的早春植物在防火期內生長，對火的蔓延有阻止作用。

3.1.3 生物防火應用 細小易燃可燃物是森林易燃的主要原因之一。森林中的凋落物、易燃灌木和雜草被稱為危險森林可燃物。通常對于次生林改造和經營后，清理跡地殘留采伐剩余物方式有三種：1）堆腐法，這種方式對改善林分的衛(wèi)生狀況和森林更新均有利，但自然腐朽的時間長，一旦發(fā)生火災，可燃物堆就成了火災迅速蔓延的“火藥庫”；2）焚燒法，這種方法的危險性大，技術要求高，有時對局部土壤還有一定的影響，且無任何經濟效益，又污染空氣；3）生物防火法[49]，如接種微生物，這種方法既能得到食用菌，增加林區(qū)農民的經濟收入，又能大大降低可燃物的燃燒性能，同時可使營養(yǎng)元素及時回歸土壤，加速物質循環(huán)的進程?，F(xiàn)有生物防火帶中，使用草甘膦，可殺滅雜草、雜灌等易燃物。因此應用生物防火技術是林業(yè)科技的重大進步，可為南方森林防火事業(yè)做出巨大貢獻。

3.2 調整農、林、牧產業(yè)結構，降低森林燃燒性

農、林、牧、漁作為我國第一產業(yè)，同時也是其他產業(yè)的發(fā)展基礎。應重視對其產業(yè)結構的調整，不單一發(fā)展某一產業(yè)，而是相互融合，共同發(fā)展。如經營管理土地時，在林場中科學合理地進行畜牧，可使林緣處減少雜草等易燃可燃物的出現(xiàn)，從而降低森林火險性，同時也為畜牧產業(yè)提供充足的養(yǎng)殖原料。因此，不斷對產業(yè)進行深化改革，可充分發(fā)揮各產業(yè)的優(yōu)勢。

3.3 使用潔凈生物質能源，減少可燃物載量

使用生物能源不僅有利于降低森林中的可燃物積累速度，而且有利于改良國家的能源消費結構，減少環(huán)境污染。目前，我國對生物質能源的研究也有相關成果，如對秸稈的使用[50]，可有效減少碳排放對環(huán)境的污染，但由于其分布不集中，砍伐、收集、運輸成本等方面的發(fā)展還尚未成熟。同時生物質能源有效利用比例還不能滿足市場需求，因此還需大力發(fā)展生物質能源技術。這將大幅減少林內易燃可燃物，可直接有效降低森林火災風險。

4 展望

目前隨著遙感技術、地理信息技術的發(fā)展，多元化的遙感數據收集方式使可燃物載量在景觀尺度上進行估算成為了可能，做到了對我國林火發(fā)生規(guī)律的把控以及預測的作用，突破以往單一物種、小面積范圍內的限制，可進行更大時間和空間尺度上對可燃物載量精準定量估測[51]。通過結合遙感法中3S技術，即RS（衛(wèi)星遙感技術）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、GPS（全球定位系統(tǒng)），研發(fā)和完善“堆腐制肥”技術，可增加對可燃物的研究廣度與深度，為我國森林火災防火與預測提供有力支撐，同時為研究林火行為與火險性提供堅實基礎。

4.1 應用3S技術監(jiān)測森林可燃物動態(tài)

對森林可燃物進行研究前提是精準掌握可燃物動態(tài)變化規(guī)律。我國在林火管理時，森林可燃物研究主要借助人工野外調查，收集森林可燃物相關基礎數據，野外調查工作量大，樣本量龐大。近期我國開展的“全國森林和草原火災風險普查工作”，工作強度較高的即為森林可燃物調查。如應用3S技術來監(jiān)測森林和草原可燃物動態(tài)，可及時且準確地監(jiān)測森林生態(tài)系統(tǒng)和周邊環(huán)境變化，經過GPS定位，借助GIS地理信息系統(tǒng)，進行計算機統(tǒng)計分析，從而克服人為操作的不足。

在森林防火中高新技術的應用主要是指利用遙感方法，借助3S技術進行科學的林火管理。利用3S技術能及時發(fā)現(xiàn)火情，這一技術已在我國得以應用。未來還需加強這一體系的普及與完善，培養(yǎng)相關技術人員，大范圍推廣使用，有助于增強數據調查的精度與廣度。

4.2 應用3S技術和火險區(qū)劃確定林火首要援助區(qū)域

除前期對森林火險進行防治研究，后期的火災補救同樣十分重要。林火發(fā)生時，首要任務是確定最緊急求援的林區(qū)，但在實踐時過多依賴撲火指揮員的經驗來進行判斷，會降低工作效率。但GIS可根據其空間數據和地圖資源，由專家子系統(tǒng)提供的推理機制，確定重要林區(qū)應急救援過程。且林火管理中，應用GIS確定首要撲救林區(qū)方法，已在美國研制成功，并在美國科羅拉多州和卡羅萊納洲北部的國家公園推廣應用。我國可以結合“全國森林和草原火災風險普查工作”中森林可燃物類型基礎數據，開展全國森林火險區(qū)劃工作，借助3S技術，確定林火首要援助區(qū)域。

首先由專家子系統(tǒng)基于多參數進行分析，如對可燃物類型、載量、燃燒性、森林植被的耐火性能，結合氣象要素進行分析，并綜合坡度、坡向、土地利用情況等信息進行綜合分析，由GIS提供地圖知識，進行不同類型森林和草原的林火行為仿真研究，根據火行為指標，確定最優(yōu)撲火路線。因此，未來應在火災補救過程中使用3S技術，其集成系統(tǒng)還應根據估算林火區(qū)域的森林生態(tài)系統(tǒng)經濟價值，確定合理的撲火隊伍數量，根據林火價值等參數對飛機出動時間策略進行優(yōu)化。

4.3 加強“堆腐制肥”等技術研發(fā)，減少可燃物積累

根據相關調查，森林生態(tài)系統(tǒng)中的可燃物積累有持續(xù)增加趨勢，加強可燃物科學管理和利用將成為森林火災預防的主要手段之一。業(yè)界已開展對農林業(yè)可燃物的研究，有學者研究了園林廢棄物復合基質對農業(yè)生產的作用。結果表明：這些廢棄物具有很好的增產作用；有學者對農林廢棄物堆腐后生產栽培基質的理化性質進行了詳細分析，發(fā)現(xiàn)廢棄物生產基質的安全性是有保障的。因此未來開展森林可燃物的利用研究，研發(fā)和完善“堆腐制肥”技術，不僅可減少森林可燃物積累，還可大量減少使用化肥，改良土壤[52-54]。

5 結語

當前環(huán)境與氣候變化等系列問題，增大了森林火災的發(fā)生可能性。因此，需不斷提升對森林火災防御與控制工作的重視程度；結合我國國情及林業(yè)工作者的實際情況，根據我國各類森林生態(tài)系統(tǒng)特點，制定具有中國特色的森林防火方案；貫徹落實“預防為主，積極消滅”的森林防火方針；應用先進科學方法，對森林火災進行預警、檢測；采用高效的措施手段，對森林火災進行應急處置，培養(yǎng)專業(yè)滅火隊伍，對森林火災進行管理撲救；全面提升我國森林火災的綜合防控能力，推進我國森林防火事業(yè)的科學化、現(xiàn)代化、法制化發(fā)展，保障國土安全及生態(tài)穩(wěn)定，確保森林資源及人民生命財產安全。