陸雙莉 戴智明 梁少湖 黃文浩 周宇飛

(1.廣東鑫華資環(huán)科技有限公司, 廣東 江門(mén) 529020; 2.廣東省江門(mén)市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心, 廣東 江門(mén) 529099;3.廣東省林業(yè)科學(xué)院研究院, 廣東 廣州 510520)

森林可燃物是指林分內(nèi)的一切植物有機(jī)質(zhì), 包括樹(shù)干、 枝、 葉、 腐殖質(zhì)、 枯落物等[1-2]。 可燃物是森林火災(zāi)的燃燒基礎(chǔ), 是影響林火發(fā)生、 林火危險(xiǎn)性、 火燒強(qiáng)度等的重要因素[3]。 因此, 可燃物載量的分布特征是評(píng)估森林火災(zāi)危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)[4]。明確可燃物載量的垂直、 水平分布格局對(duì)于林火監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、 防范化解火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義[5], 為有效開(kāi)展區(qū)域森林可燃物調(diào)控管理提供科學(xué)決策依據(jù)。

針對(duì)森林可燃物的研究開(kāi)展了許多, 不少學(xué)者研究了不同林分特征對(duì)其林下可燃物載量的影響[6-7]。 相同的林分特征在不同地理區(qū)域中森林可燃物載量差異不盡相同, 這是由于地理差異導(dǎo)致的水熱條件不同[8-9]。 有研究表明, 海拔、 緯度、坡度[10-11]等是影響森林可燃物載量的重要因素。近年來(lái), 研究人員開(kāi)展了針對(duì)林分因子對(duì)可燃物的影響的研究, 胸徑、 冠幅、 郁閉度等因子均對(duì)可燃物載量有一定影響[12-13]。 這表明森林結(jié)構(gòu)組成、 物種組成等因子是影響可燃物載量不同分布特征的關(guān)鍵因素。 除此之外, 細(xì)小可燃物作為引火之源越來(lái)越受到學(xué)者的關(guān)注, 通過(guò)構(gòu)建細(xì)小可燃物與林分因子的模型進(jìn)行了相關(guān)研究[14-16]。 研究發(fā)現(xiàn), 細(xì)小可燃物的載量因枯落物種類(lèi)和分解速率的快慢而受到影響[17-18]。

亞熱帶森林是全球重要的碳匯, 其碳庫(kù)安全管理對(duì)于碳固持具有重要意義[19]。 研究區(qū)是典型的南亞熱帶森林, 如何合理評(píng)估區(qū)域火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn), 防范重大森林火災(zāi)是亟需解決的問(wèn)題。 基于此, 本研究以珠三角地區(qū)中山市森林作為研究對(duì)象, 通過(guò)布置標(biāo)準(zhǔn)樣方進(jìn)行林分調(diào)查和樣品采集,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室測(cè)定分析, 以期明確區(qū)域森林可燃物載量在垂直、 空間區(qū)域的分布格局, 為科學(xué)開(kāi)展森林經(jīng)營(yíng)、 撫育、 防火工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)以中山市為主, 珠江三角洲中部偏南的西、 北江下游出海處。 中山市境內(nèi)由低山與丘陵組成的主要山嶺有五桂山山脈、 竹嵩嶺山脈,其中五桂山山脈為主要山脈, 地勢(shì)中部高亢、 四周平坦, 平原地區(qū)自西北向東南傾斜。 研究區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候, 年平均氣溫22.5℃, 平均年降水量1 886 mm, 年平均日照時(shí)1 705.4 h。 良好的自然條件孕育了豐富的森林資源, 全市森林覆蓋率23.13%, 森林蓄積量約233.87 萬(wàn)m3。 區(qū)域內(nèi)植被類(lèi)型豐富, 包含了闊葉混交林、 針闊混交林、闊葉林等南亞熱帶典型植被類(lèi)型, 主要喬木種類(lèi)包括杉木Cunninghamialanceolata、 木荷Schima superba、 殼菜果Mytilarialaosensis、 馬尾松Pinus massoniana等。

圖1 中山市樣地分布Fig.1 Distribution of sample points in the Zhongshan city

1.2 樣方布設(shè)及調(diào)查

基于研究區(qū)森林資源分布狀況, 按植被區(qū)域、齡組(幼齡林、 中齡林、 近熟林、 成過(guò)熟林)、 郁閉度(高＞0.70、 中0.40 ～0.69、 低0.20 ～0.39)等要素, 對(duì)森林可燃物布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地, 充分考慮小班內(nèi)的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種以篩選典型森林樣地, 共設(shè)置22個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地, 大小為25.82 m×25.82 m, 覆蓋中山市主要林地。 分別于所布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣地的4 個(gè)角點(diǎn)位置設(shè)置5 m×5 m 的灌木調(diào)查樣方, 每個(gè)灌木樣方中心位置分別布設(shè)1 m×1 m 的草本、 枯落物、腐殖質(zhì)調(diào)查樣方。

對(duì)樣方內(nèi)的喬木進(jìn)行每木檢尺, 對(duì)灌木樣方和草本、 枯落物、 腐殖質(zhì)樣方, 均采用全部收獲法分別測(cè)定樣方內(nèi)全部物質(zhì)的鮮質(zhì)量, 并利用牛皮紙信封收集帶回。 將枯落物層分3 個(gè)層次進(jìn)行調(diào)查, 分別為枯落物層1 (直徑＜0.6 cm 的小枝、葉和雜草)、 枯落物層2 (直徑0.6 ～2.5 cm 的小枝、 葉和雜草) 和枯落物層3 (直徑2.5～7.62 cm的小枝、 葉和雜草)[20]。 其中枯落物層1、 2、 3 可歸類(lèi)為細(xì)小可燃物載量[21]。

1.3 實(shí)驗(yàn)室分析

對(duì)所有外業(yè)調(diào)查帶回的樣品, 分灌木、 枯落物單獨(dú)存放。 稱(chēng)量樣品鮮質(zhì)量后, 將樣品放入烘箱, 在105 ℃恒溫下烘24 h 直至質(zhì)量恒定進(jìn)行稱(chēng)重(0.01 g), 計(jì)算各樣品干鮮比。 根據(jù)干鮮比重計(jì)算可燃物載量, 其中, 喬木層基于標(biāo)準(zhǔn)地每木調(diào)查結(jié)果計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)地材積, 喬木層蓄積量即為可燃物載量。 其余層次計(jì)算方法如下:

其中,M為可燃物載量,D為干鮮比,Mx為樣方總鮮質(zhì)量。 單位面積可燃物載量(t/hm2) 通過(guò)轉(zhuǎn)換干重(單位為t), 除以相應(yīng)樣方總面積。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用R 軟件單因素方差進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析, 運(yùn)用Arcgis10.3 進(jìn)行空間克里金插值及制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林可燃物載量垂直分布特征

結(jié)果顯示, 喬木層可燃物載量極顯著高于其它層次的可燃物載量 (p＜0.001), 平均為3 831.61 kg。 腐殖質(zhì)層的可燃物載量最低, 介于0.79～3.56 kg 之間。 本次調(diào)查中, 樣地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)枯倒木層。 枯落物層由于其形態(tài)規(guī)格細(xì)碎, 歸為細(xì)小可燃物載量, 其載量大小依次為枯落物層1＞枯落物層2＞枯落物層3 (圖2)。

圖2 中山市林地不同層次的可燃物載量Fig.2 The fuel load of forest land at different levels in Zhongshan city

單位面積可燃物載量結(jié)果表明(圖3), 喬木層載量處于最高的水平, 平均為57.47 t/hm2, 極顯著高于其它層次可燃物載量(p＜0.001)。 灌木層和腐殖質(zhì)層之間沒(méi)有顯著差異(p＞0.05), 平均值分別為3.81 和5.09 t/hm2。 草本層與枯落物層之間沒(méi)有顯著差異(p＞0.05), 草本層平均可燃物載量為1.54 t/hm2。 細(xì)小可燃物中, 枯落物層1 可燃物載量極顯著高于其它兩個(gè)層次的可燃物載量(p＜0.01), 其它枯落物兩個(gè)層次之間含量差異不顯著(p＞0.05)。

圖3 中山市林地不同層次的單位面積可燃物載量Fig.3 The fuel load per unit area of forest land at different levels in Zhongshan city

2.2 森林可燃物載量空間格局

圖4 可知, 研究區(qū)森林喬木層可燃物載量為881.48 ～11 595.00 kg, 整體呈現(xiàn) “W” 型變化, 區(qū)域東部可燃物載量明顯高于其他區(qū)域可燃物載量。 灌木層可燃物載量在東北、 西南區(qū)域有較為明顯的高值, 其余區(qū)域基本處于平均水平, 其載量范圍為2.89 ～9.21 kg。 草本層載量的變異范圍較小, 分布整體表現(xiàn)為北高南低。 腐殖質(zhì)層的分布基本與草本層一致, 表現(xiàn)為由北向南逐漸降低。

圖4 中山市林地可燃物載量的空間分布格局Fig.4 Spatial pattern of fuel loading in Zhongshan city

細(xì)小可燃物載量的枯落物層1 表現(xiàn)為明顯的北高南低(圖5), 其可燃物載量范圍為1.24～2.26 kg, 高于其他枯落物兩個(gè)層次的可燃物載量。 枯落物層2 的空間差異較大, 在中部、東部、 南部均有較為明顯的高值區(qū)域, 其余區(qū)域含量較低。 枯落物3 的分布總體呈現(xiàn)由西向東逐漸降低的格局。

圖5 中山市林地枯落物層可燃物載量的空間分布格局Fig.5 Spatial pattern of fuel loadingin litter layer in Zhongshan city

3 結(jié)論與討論

本研究表明, 在森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi), 喬木層對(duì)可燃物載量的貢獻(xiàn)最大, 占可燃物總載量的99.7%, 遠(yuǎn)高于其它層次, 在森林內(nèi)部垂直分布上存在著顯著差異。 這一結(jié)果與亞熱帶地區(qū)典型森林可燃物載量的分布特征研究結(jié)果一致, 喬木層可燃物載量與喬木層蓄積量間有顯著的正相關(guān)關(guān)系[8]。 有研究表明, 枯倒木層對(duì)可燃物載量的貢獻(xiàn)率僅次于喬木層[22]。 本次調(diào)查范圍內(nèi)無(wú)枯倒木層, 說(shuō)明該區(qū)域森林可燃物調(diào)控管理工作較為及時(shí), 有效降低了枯倒木層對(duì)可燃物載量的貢獻(xiàn)。在本研究中, 灌木層是第二大可燃物載量貢獻(xiàn)者,占可燃物總載量的0.16%。 森林結(jié)構(gòu)組成影響可燃物的垂直分配[23-24], 這說(shuō)明林分中灌木層生長(zhǎng)相對(duì)較為旺盛, 這種情況會(huì)隨著喬木層的生長(zhǎng)得到緩解。 高大的喬木層會(huì)減少穿過(guò)林冠的光照,從而降低灌木層、 草本層等的生物量[25]。 大量的枯枝落葉在快速分解下形成腐殖質(zhì), 使得腐殖質(zhì)快速積累, 其載量甚至超過(guò)了草本層可燃物載量?？萋湮飳? (直徑＜0.6 cm 的小枝、 葉和雜草) 的可燃物載量(占細(xì)小可燃物載量的74.54%) 顯著高于枯落物層2 (直徑 0.6 ～2.5 cm 的小枝、 葉和雜草) 和枯落物層3 (直徑2.5 ～7.62 cm 的小枝、葉和雜草) 的可燃物載量, 證明在該生態(tài)系統(tǒng)中,枯落物的分解速率較快[26-27]。

森林植被類(lèi)型對(duì)可燃物的空間分布有較大的影響[6]。 喬木層可燃物載量在空間上表現(xiàn)為中部低, 東部區(qū)域較高, 該區(qū)域以闊葉、 針闊葉混交林為主。 研究表明, 木荷純林、 針闊混交林等較針葉林有更高的可燃物載量[28-29]。 針葉林較其它林分擁有更豐富的灌木層[30]。 本研究灌木層中,東北、 西南明顯高于其它區(qū)域。 草本層與腐殖質(zhì)層有較為一致的可燃物載量空間分布格局, 進(jìn)一步證明了兩者之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性。 細(xì)小可燃物枯落物層1 (直徑＜0.6 cm 的小枝、 葉和雜草)呈現(xiàn)由北向南逐漸降低的趨勢(shì), 說(shuō)明北部區(qū)域枯落物較南部枯落物更易分解。 研究區(qū)北部針闊混交林占比較大, 針闊混交林較其它林分枯落物具有更快的分解速度, 組成樹(shù)種的枯落物的種類(lèi)豐富度及其分解難度對(duì)森林地表可燃物的分配具有重要影響[31]。

整體來(lái)看, 在垂直方向上, 喬木層是該區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)可燃物載量的主要來(lái)源, 其次是灌木層、 腐殖質(zhì)層、 草本層、 枯落物層, 林分結(jié)構(gòu)層次決定了可燃物載量的大小。 在空間分布格局上, 研究區(qū)域北部可燃物載量明顯高于南部, 尤其是東北、 西北區(qū)域, 林分類(lèi)型的差異可能是空間格局的主要原因。 基于此, 針對(duì)載量較高的針葉純林, 有必要進(jìn)行闊葉林改造或針闊混交林改造。 針對(duì)可燃物載量較高的區(qū)域, 應(yīng)適當(dāng)開(kāi)展一定強(qiáng)度其他層次的林地清理工作, 降低可燃物載量, 防范火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。