胡 慶，劉福珍，段信先

喬木林可燃物載量空間分布研究——以吉安市為例

胡 慶，劉福珍，段信先

（江西省吉安市林業(yè)事業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，江西 吉安 343000）

【目的】查清喬木林不同優(yōu)勢(shì)樹種、不同齡組、不同郁閉度等級(jí)單位面積可燃物載量規(guī)律，為獲取森林可燃物類型及分布數(shù)據(jù)提供參考。【方法】通過在吉安市布設(shè)了235個(gè)喬木林標(biāo)準(zhǔn)地開展調(diào)查后，對(duì)調(diào)查采樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)定?！窘Y(jié)果】經(jīng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出：?jiǎn)棠玖植煌瑑?yōu)勢(shì)樹種單位面積可燃物載量從大到小依次為混交樹種、闊葉樹種和針葉樹種；不同齡組單位面積可燃物載量大小基本為成熟林>近熟林>中齡林>幼齡林；不同郁閉度等級(jí)單位面積可燃物載量從大到小依次為高郁閉度、中郁閉度和低郁閉度。研究結(jié)果在森林可燃物調(diào)查中指導(dǎo)分析喬木林不同類型森林可燃物類型及分布具有重要意義。

森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；優(yōu)勢(shì)樹種；可燃物載量；齡組；郁閉度

【研究意義】森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，儲(chǔ)存著全球植被碳庫的86%，同時(shí)在維持森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡、緩解氣候變化等方面發(fā)揮著不可替代的作用[1]。但森林容易受到各種自然災(zāi)害的影響，其中森林火災(zāi)最具破壞性，導(dǎo)致森林資源的損失和森林生態(tài)系統(tǒng)的破壞[2]以及土壤侵蝕[3]，例如僅在2019年一年時(shí)間里，我國共發(fā)生森林火災(zāi)2 345起，森林毀損面積高達(dá)1.35×104hm2[4]。森林火災(zāi)對(duì)全球環(huán)境產(chǎn)生了重大影響，也對(duì)人民的生活和財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失，同時(shí)這個(gè)問題也給經(jīng)濟(jì)、消防和救援工作帶來了挑戰(zhàn)[5]。為了減少滅火的負(fù)面影響，一些地區(qū)已經(jīng)開始對(duì)可燃物進(jìn)行了處理，中國也不例外[6-7]。引起森林火災(zāi)發(fā)生的主要因素為可燃物、地形和天氣[8]。在這些因素中，只有可燃物能由管理者操縱[9]?？扇嘉镙d量受氣象因子、立地因子、林齡和林分組成等因素影響?？扇嘉镒鳛樯只馂?zāi)發(fā)生的重要因素之一，直接影響森林火災(zāi)的引燃率、蔓延速度和火強(qiáng)度等[10]。獲取森林可燃物類型及分布情況、連續(xù)性水平分布和積聚信息[11]，可以為森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)和火災(zāi)處置提供有利依據(jù)，并能優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)，預(yù)防森林病蟲害?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)可燃物的估算方法呈現(xiàn)多元化，主要利用樣地實(shí)測(cè)、遙感估測(cè)、模型和估計(jì)等方法[12]。設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)地樣方對(duì)可燃物進(jìn)行采集與測(cè)定是常用的森林可燃物調(diào)查方法，對(duì)象是可燃物類型及載量，包括喬木、灌木、草本、枯落物、腐殖質(zhì)等[13]。如郭利峰等[14]在八達(dá)嶺林場(chǎng)布設(shè)人工油松調(diào)查樣地，收集樣方內(nèi)的枯死可燃物和樣地林分因子得到樣地資料，建立油松地表可燃物符合量模型。王迪生[15]采用平均標(biāo)準(zhǔn)木法，使用伐倒稱鮮重和干重，對(duì)北京城區(qū)園林植物主要樹種的平均生物量進(jìn)行了研究。隨著遙感估算方法的豐富，玉山等[16]學(xué)者基于回歸分析方法并結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立了草原枯草期的可燃物載量遙感估測(cè)模型。Karteris從遙感角度考慮了森林可燃物載量制圖，劃定呈現(xiàn)特定火災(zāi)行為的森林類型，使用Landsat TM數(shù)據(jù)利用不同的光譜類別區(qū)分覆蓋層中占據(jù)主導(dǎo)地位的主要物種以及混合物，并根據(jù)其與植被指數(shù)區(qū)分可燃物的密度。【本研究切入點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題】吉安市森林資源豐富，本文通過對(duì)吉安市喬木林標(biāo)準(zhǔn)地的可燃物載量，按針葉樹種組、闊葉樹種組、混交樹種組三類劃分成不同的優(yōu)勢(shì)樹種、齡組、郁閉度等級(jí)等相關(guān)元素系統(tǒng)分析，闡述研究區(qū)喬木林不同類型森林可燃物類型載量分布情況，為預(yù)防吉安市森林火災(zāi)和地表可燃物的管理提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

吉安市位于江西省中部、吉泰盆地中心，贛江流域中游，于北緯25°58′32″～27°57′50″，東經(jīng)113°46′～115°56′，下轄13個(gè)縣（市、區(qū)）。區(qū)域內(nèi)主要為山地丘陵盆地地貌，分中山、低山、高丘、低丘、崗阜臺(tái)地、河谷平原、谷盆地七類，面積占比分別為7.59%、21.17%、17.86%、27.89%、7.53%、17.37%、0.59%，蘊(yùn)藏著豐富的森林資源。吉安市屬亞熱帶季風(fēng)氣候，高溫天氣和雨季集中在夏季，冬季氣候溫和，降雨較少，全年四季分明。據(jù)統(tǒng)計(jì)，吉安市森林覆蓋率為67.70%，林地面積170.10萬hm2。喬木林面積達(dá)136.56萬hm2，毛竹林面積17.11萬hm2[17-18]。

圖1 喬木林標(biāo)準(zhǔn)地布設(shè)位置

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置

結(jié)合2019年森林資源二類調(diào)查成果資料和吉安市優(yōu)勢(shì)樹種分布情況，設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)地235個(gè)。標(biāo)準(zhǔn)地為28.28 m×28.28 m正方形，其中，針葉樹種標(biāo)準(zhǔn)地155個(gè)（杉木林標(biāo)準(zhǔn)地105個(gè)、濕地松標(biāo)準(zhǔn)地30個(gè)、馬尾松標(biāo)準(zhǔn)地20個(gè)）、闊葉樹種標(biāo)準(zhǔn)地20個(gè)、混交林樹種（針葉混交林20個(gè)、闊葉混交林20個(gè)、針闊混交林20個(gè)）標(biāo)準(zhǔn)地60個(gè)[19-20]。標(biāo)準(zhǔn)地布設(shè)如圖1所示。

2.2 可燃物載量調(diào)查及樣品的采集方法

根據(jù)林分的垂直結(jié)構(gòu)，將標(biāo)準(zhǔn)地分5層，即喬木層、灌木層、草本層、枯落物層和腐殖質(zhì)層進(jìn)行可燃物載量調(diào)查。并在標(biāo)準(zhǔn)地4個(gè)頂點(diǎn)向外正東、南、西、北方向2 m區(qū)，設(shè)置4個(gè)灌木、草本、枯落物和腐殖質(zhì)可燃物載量調(diào)查樣方。灌木層調(diào)查樣方為2 m×2 m，在灌木層調(diào)查樣方中布設(shè)1 m×1 m樣方，開展草本層、枯落物層、腐殖質(zhì)調(diào)查。標(biāo)準(zhǔn)地樣方配置見圖2。

圖2 喬木林標(biāo)準(zhǔn)地中灌木與枯落物（草本、腐殖質(zhì)）樣方配置

在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)分別設(shè)置灌木層、草本層、枯落物層和腐殖質(zhì)層調(diào)查樣方（圖2），采用全部收獲法采集林下灌木、草本、枯落物、腐殖質(zhì)各層可燃物樣品。

灌木層樣品采集：調(diào)查灌木層優(yōu)勢(shì)種名、蓋度、株數(shù)、平均高等。每個(gè)樣方對(duì)選取的3株（1～2叢）標(biāo)準(zhǔn)灌木，分別對(duì)可代表干、枝和葉的一部分進(jìn)行取樣，每株灌木的干、枝和葉相同質(zhì)量比10%～20%（確保干、枝、葉的取樣占各標(biāo)準(zhǔn)灌木的干、枝、葉總質(zhì)量的比相同）混合，同一標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)4個(gè)樣方按照灌木樹種分別混合取樣，混合后的每份樣品不少于500 g，稱其鮮重，精確到10 g，裝入樣品袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。

草本層樣品采集：沿地面完全收割每個(gè)樣方所有活草本植物地上部分（包括高不足30 cm的灌木），稱其鮮重。充分混合標(biāo)準(zhǔn)地所有樣方草本植物各部分，取混合后新鮮草本植物300 g左右，裝入樣品袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。

枯落物層樣品的采集：調(diào)查樣方內(nèi)枯落物厚度，用耙子收集樣方內(nèi)全部枯落物，包括各種枯枝、葉、果、枯草、半分解部分等枯死混合物，剔除其中石礫、土塊等非有機(jī)物質(zhì)，稱量其鮮重；4個(gè)樣方枯落物樣品分別混合，取樣品600 g左右，裝入樣品袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。

腐殖質(zhì)層樣品采集：用鋼卷尺測(cè)量記錄腐殖質(zhì)厚度，用耙子收集樣方內(nèi)全部腐殖質(zhì)（剔除其中石礫、土塊、明顯的樹根等非腐殖質(zhì)），收集每個(gè)樣方的腐殖質(zhì)，稱其鮮重。4個(gè)樣方混合采集腐殖質(zhì)樣品200 g左右，帶回實(shí)驗(yàn)室。

2.3 可燃物載量計(jì)算方法

2.3.1 喬木層可燃物載量的計(jì)算 通過每木檢尺對(duì)喬木林進(jìn)行調(diào)查，選擇相應(yīng)樹種的異速生長(zhǎng)方程，計(jì)算單株生物量，相加得標(biāo)準(zhǔn)地可燃物載量[21]。若沒有相應(yīng)異速生長(zhǎng)方程，選用生物量擴(kuò)展因子方法。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)每株樹木的蓄積量，并通過標(biāo)準(zhǔn)地優(yōu)勢(shì)樹種蓄積量計(jì)算得到喬木層可燃物載量。

喬木層單位面積可燃物載量計(jì)算公式如下：

式（1）中，喬木層生物量單位為kg，標(biāo)準(zhǔn)地面積單位為m2。

2.3.2林下可燃物載量的計(jì)算 將所有采集的林下可燃物樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，利用鼓風(fēng)式烘箱105 ℃烘干樣品至恒重，用電子天平稱重，獲取林下可燃物干重，計(jì)算林下可燃物單位面積載量。計(jì)算公式如下：

式（2）中，林下可燃物干重單位為kg，標(biāo)準(zhǔn)地面積單位為m2。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對(duì)測(cè)得的可燃物載量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸類，并利用Origin Lab作圖，對(duì)地表可燃物的載量進(jìn)行排序。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分各層可燃物載量分析

本研究設(shè)置了235個(gè)的喬木林標(biāo)準(zhǔn)地，包括針葉樹種標(biāo)準(zhǔn)地155個(gè)、闊葉樹種標(biāo)準(zhǔn)地20個(gè)、混交林樹種標(biāo)準(zhǔn)地60個(gè)[22-23]。各林分中喬木層載量占地表可燃物載量最高，灌木層、草木層、枯落物層和腐殖質(zhì)層載量占比較低（圖3）。杉木、濕地松、馬尾松、闊葉樹、針葉混、針闊混、闊葉混7種林分中，喬木層分別占地表可燃物總載量的81.39%、72.94%、71.20%、82.12%、77.57%、86.82%、85.09%。腐殖質(zhì)層載量占地表可燃物總載量依次為8.76%、8.86%、12.78%、9.57%、10.44%、6.91%、7.78%。

圖3 不同林分各層可燃物單位面積載量

從單位面積可燃物載量占比情況來看，闊葉混交林的可燃物載量最高為132.40 t/hm2，占總體的20.65%，其次是針闊混交林、闊葉林、針葉混交林，占總體的18.96%、14.78%、14.65%，杉木林、濕地松和馬尾松林的可燃物載量較少，分別占總量的12.52%、9.68%和8.77%?？傮w上喬木層載量的多少?zèng)Q定了各林分總載量的高低。各林分灌木層、草木層、枯落物層、腐殖質(zhì)層無明顯差異。各林分中喬木層可燃物載量總占比最高，占總量的99.81%；其次是灌木層，占總載量的0.09%；草本層、枯落物層、腐殖質(zhì)層可燃物載量占比均較低，分別占總載量的0.01%、0.04%、0.06%。

圖4 不同林分類型各層可燃物載量占比

3.2 不同齡組的可燃物載量分析

3.2.1 針葉林 杉木按齡組分，單位面積可燃物載量：幼齡林<中齡林<近熟林<成熟林，分別為46.77，68.15，79.17，89.12 t/hm2。馬尾松按齡組分，單位面積可燃物載量：幼齡林<中齡林<近熟林<成熟林，分別為32.21，47.15，51.71，55.53 t/hm2。濕地松按齡組分，單位面積可燃物載量：幼齡林<中齡林（或近熟林）<成熟林，分別為37.16，56.80，55.11，62.66 t/hm2，中齡林和近熟林單位面積可燃物載量大小相差較小，見圖5。上述3種樹種齡組愈近成熟，載量值呈逐漸升高趨勢(shì)，濕地松中齡林和近熟林的情況或是系統(tǒng)誤差與偶然誤差形成。橫縱向?qū)Ρ?，杉木樹種中齡組載量跳躍值較大，而其它兩種樹種變化略小，相同齡組中杉木樹種載量遠(yuǎn)超其它兩種。

圖5 不同齡組針葉林可燃物載量

3.2.2 闊葉林 闊葉樹種（組）單位面積可燃物載量按齡組分，幼齡林可燃物載量58.87 t/hm2；中齡林93.07 t/hm2、近熟林92.81 t/hm2，中齡林和近熟林相近；成熟林82.15 t/hm2，介于幼齡林和近熟林之間，見圖7。除幼齡林，其余齡組可燃物載量接近，不同齡組可燃物載量中喬木層的載量占該齡組大部分，其次是腐殖質(zhì)層，再者是灌木層、枯落物層。

3.2.3 混交林 針葉混樹種（組）按齡組分，單位面積可燃物載量幼齡林<中齡林<近熟林<成熟林，分別為51.95，71.80，80.18，124.53 t/hm2。針葉混樹種（組）單位面積可燃物載量和闊葉樹種（組）相近，平均在80 t/hm2左右。

闊葉混樹種（組）按齡組分，單位面積可燃物載量中齡林最大，為143.83 t/hm2；其次成熟林136.76 t/hm2，和中齡林相差不大；近熟林居中，為107.68 t/hm2；幼齡林最小，為82.99 t/hm2。

針闊混樹種（組）按齡組分，單位面積可燃物載量最大的是成熟林，為134.42 t/hm2；其次是中齡林和近熟林，分別為109.06 t/hm2、104.23 t/hm2；最小的是幼齡林，為78.97 t/hm2（圖7）。

圖7 不同齡組混交林可燃物載量

3.3 不同郁閉度等級(jí)可燃物載量分析

3.3.1 針葉林 由圖8可知，杉木按郁閉度等級(jí)分，單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為79.1155，46.827，21.8233 t/hm2；馬尾松單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為55.4762，45.7469，34.7871 t/hm2；濕地松單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為59.3579，51.9577，35.9893 t/hm2。郁閉度等級(jí)對(duì)杉木林載量影響較大，馬尾松載量隨著郁閉度變化趨線性梯度變動(dòng)，濕地松高、中郁閉度載量浮動(dòng)略小。

圖8 不同郁閉度針葉林各層可燃物載量

3.3.2 闊葉林 闊葉樹種（組）按郁閉度等級(jí)分，單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為109.81，79.57，44.30 t/hm2（圖9）。喬木層為各郁閉度載量主要來源，高郁閉度灌木層載量高于其余郁閉度灌木層載量，而中郁閉度腐殖質(zhì)層載量高于中高郁閉度載量，且為總量次要來源。

圖9 不同郁閉度闊葉林各層載量

3.3.3 混交林 根據(jù)圖10和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)知，針葉混樹種（組）按郁閉度等級(jí)分，單位面積可燃物載量：高郁閉度最大達(dá)100.6649 t/hm2，中郁閉度和低郁閉度相差不大，分別為63.0366 t/hm2、64.0952 t/hm2，分析原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)主要原因在于低郁閉度枯立木和枯落物層可燃物載量較大；闊葉混樹種（組）按郁閉度等級(jí)分，單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為136.2303，104.5404，39.7176 t/hm2；針闊混樹種（組）按郁閉度等級(jí)分，單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為120.8844，91.8959，62.2028 t/hm2。

圖10 不同郁閉度混交林可燃物載量

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié) 論

（1）本研究對(duì)吉安市喬木林主要林分可燃物載量信息進(jìn)行了調(diào)查與統(tǒng)計(jì)。針葉林的單位面積可燃物載量為59.681 2 t/hm2，針葉林單位面積可燃物載量由大到小依次為杉木、濕地松、馬尾松；闊葉林單位面積可燃物載量為82.193 8 t/hm2；混交林單位面積可燃物載量為104.615 5 t/hm2，混交林單位面積可燃物載量由大到小逐次為闊葉混、針闊混、針葉混，并且研究區(qū)針葉混和闊葉林單位面積可燃物載量相近。

（2）研究區(qū)林分各齡組單位面積可燃物載量大小排序，成熟林、近熟林、中齡林、幼齡林。針葉林單位面積可燃物載量從大到小排列逐次為成熟林、近熟林、中齡林、幼齡林。闊葉林單位面積可燃物載量中齡林和近熟林占比最高，且中齡林和近熟林大小相近，其次為成熟林，再者是幼齡林。針葉混交林單位面積可燃物載量從大到小排列為成熟林、近熟林、中齡林、幼齡林；闊葉混交林單位面積可燃物載量和闊葉樹種變化規(guī)律極相似；針闊混交林單位面積可燃物載量最大的是成熟林，其次是中齡林和近熟林，最小是幼齡林。

（3）根據(jù)吉安市喬木林主要林分類型各優(yōu)勢(shì)樹種不同郁閉度等級(jí)可燃物載量數(shù)據(jù)，可知針葉樹種、闊葉樹種和混交樹種，其單位面積可燃物載量按郁閉度等級(jí)分：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，3種類型樹種載量符合在一定穩(wěn)態(tài)條件下，隨著郁閉度增大，生物量積累隨之變大，從而可燃物載量增大的規(guī)律。

4.2 討 論

喬木林分是森林最重要的組成部分。喬木林不同優(yōu)勢(shì)樹種（組）、不同齡組、不同郁閉度等級(jí)，其單位面積可燃物載量不同。通過設(shè)立不同林分類型標(biāo)準(zhǔn)地，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地的喬木層進(jìn)行每木調(diào)查，同時(shí)通過樣方調(diào)查林下灌木、草本、枯落物、腐殖質(zhì)等樣方內(nèi)的各層可燃物[6]，可以較好地掌握不同森林類型可燃物載量，為森林火災(zāi)防控和預(yù)警提供詳細(xì)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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Spatial Characteristics of Fuel Loads in Arboreal Forests: a Case Study of Ji’an City

HU Qing, LIU Fuzhen, DUAN Xinxian

（Forestry Development Service Center of Ji’an City, Ji’an, Jiangxi 343000, China）

Identifying the combustible load patterns per unit area of different dominant tree species (groups), age groups, and canopy closure levels in tree forests can provide a scientific reference for obtaining forest combustible types and distribution data.Based on a survey on 235 standard plots of tree forests in Ji'an City, laboratory measurements were conducted on the survey samples.Through data comparison and analysis, it was found that the combustible load per unit area of different dominant tree species (groups) in the tree forest was mixed tree species (groups), broad-leaved tree species (groups), and coniferous tree species (groups) in descending order; The fuel load per unit area of different age groups was basically mature forest>near mature forest>middle aged forest>young forest; The combustible load per unit area of different canopy closure levels was in descending order of high canopy closure, medium canopy closure, and low canopy closure. The research results are of great significance in guiding the analysis of the types and distribution of forest fuels in different types of tree forests in forest fuel surveys.

forest fire risk; dominant tree species (groups); combustible load capacity; age group; canopy closure

10.3969/j.issn.2095-3704.2023.04.78

S762

A

2095-3704（2023）04-0529-09

2023-09-27

2023-11-02

胡慶（1968—），男，高級(jí)工程師，主要從事植物組培和森林資源監(jiān)測(cè)工作，huqing1968@163.com。

胡慶, 劉福珍, 段信先.喬木林可燃物載量空間分布研究: 以吉安市為例[J]. 生物災(zāi)害科學(xué), 2023, 46(4): 529-537.