計(jì)劃燒除文獻(xiàn)綜述

1、計(jì)劃燒除介紹引言 11計(jì)劃燒除的定義和由來(lái) 12 計(jì)劃燒除用途及實(shí)踐 22.1 平整土地，為植樹(shù)造林準(zhǔn)備立地22.2 降低火險(xiǎn) 22.3 控制林內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)性植被的生長(zhǎng) 42.4 計(jì)劃燒除還可以用來(lái)控制森林病蟲(chóng)害 42.5 管理動(dòng)物棲息環(huán)境 52.6 維護(hù)和轉(zhuǎn)變植被類(lèi)型 52.7 利用計(jì)劃燒除維持特定物種和種群 52.8 促進(jìn)物種多樣性，（生物系統(tǒng)）景觀多樣性 62.9 用火來(lái)維持生態(tài)系統(tǒng) 63 計(jì)劃燒除的理論依據(jù) 63.1 林火燃燒機(jī)理 73.1.1森林燃燒的理化過(guò)程 73.1.2 森林可燃物的理化特性 83.1.3火行為 103.2 點(diǎn)火技術(shù) 143.3 生態(tài)學(xué)認(rèn)識(shí) 163.3.1火對(duì)環(huán)境的影響

2、 163.3.2 火燒對(duì)植物個(gè)體以及種群的影響 183.3.3植物對(duì)火燒的反應(yīng) 213.3.4 火對(duì)森林群落的影響 213.3.5 火與森林生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系21 早期的認(rèn)識(shí) 21 “火歷史和火狀況 (fire regime) ”概念的提出。 火與生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)關(guān)系 224.計(jì)劃燒除的實(shí)施程序 264.1 確定計(jì)劃燒除的目的 資源管理目標(biāo) 264.2 確定技術(shù)指標(biāo) 264.3 編寫(xiě)火燒配方 264.4 制定燒除計(jì)劃 264.5 實(shí)施燒除 264.6 評(píng)估燒除結(jié)果 27結(jié)束語(yǔ) 27參考文獻(xiàn)： 28引言對(duì)森林火燒開(kāi)展科學(xué)研究并大規(guī)模地利用火燒實(shí)現(xiàn)土地資源管

3、理目標(biāo)雖然歷史不長(zhǎng)但發(fā)展非常迅速。 今天，人工火燒或者是有控制的自然火燒被許多國(guó)家的土地資源管 理特別是森林資源管理部門(mén)用作一種常規(guī)的管理手段?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在森林生態(tài)系統(tǒng)中，火是一個(gè)非常重要的因子。森林中每年的凋落物不能完全腐化，就造成了地表枯落物的積累， 在自然條件下，火便成為促進(jìn)枯落物轉(zhuǎn)化的因子。利用計(jì)劃燒除預(yù)防森林火災(zāi)、改善更新條件是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用而又能夠?qū)崿F(xiàn)多種效益的管理手段。1計(jì)劃燒除的定義和由來(lái)關(guān)于計(jì)劃燒除的定義，國(guó)際機(jī)構(gòu)、政府部門(mén)、科學(xué)家和生產(chǎn)部門(mén)等作了很多的表述：(1) 聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO )對(duì)計(jì)劃燒除下的定義為“在特定環(huán)境條件下，對(duì)室外處于自然狀況或經(jīng)過(guò)人工處理

4、過(guò)的可燃物有控制地用火，將火限制在預(yù)先設(shè)定的區(qū)域，同時(shí)讓火產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度和蔓延速度以達(dá)到預(yù)定的資源管理目的(Chandler et al,1985)”。(2) 美國(guó)林學(xué)會(huì)對(duì)計(jì)劃燒除的定義是：“在一定氣候、可燃物濕度、土壤溫度條 件下，熟練地用火燒除天然可燃物，并把火限定在規(guī)定的地面，在一定的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生合適的熱量強(qiáng)度和蔓延速度，為防火、育林、野生動(dòng)物管理、放牧和減少病蟲(chóng)害等一個(gè)或 幾個(gè)目標(biāo)，而獲得一定的予期效果”(舒立福，田曉瑞，寇曉軍，1998)。(3) 1998年由美國(guó)國(guó)家公園管理局、林務(wù)局、印地安事務(wù)局、魚(yú)類(lèi)與野生動(dòng)物管理局和土地管理局共同頒布的 荒火與計(jì)劃燒除火管理規(guī)定的定義為：“任何為

5、了實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)而人工點(diǎn)燃的火燒，必須有書(shū)面的經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)的燒除計(jì)劃”。(4) 其它的定義如“在特定的可燃物、天氣和其它條件下有計(jì)劃地將火用之于野 外可燃物，讓火保持在預(yù)先確定的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)資源管理的目的”( , 1997 )。這些定義的表述不盡相同，但其共同特點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)人為地利用火燒進(jìn)行資源管理。早在1890年美國(guó)就有人提出計(jì)劃燒除。目的是為了減少森林可燃物。1907年，F(xiàn).E.Olmosted第一次提出了 “計(jì)劃火燒”概念。 1911年，R.Harper提出用控制火燒來(lái)管理 森林的下層雜木。1935年以后，計(jì)劃火燒在美國(guó)森林區(qū)進(jìn)行了大范圍的研究，1960年以

6、后計(jì)劃火燒被廣泛應(yīng)用，直到本世紀(jì) 70 年代中期 ,計(jì)劃燒除才作為一種有效的森林、 生態(tài)管理手段，在美國(guó)被廣泛接受 (周道瑋，李曉波， 1996) 。在計(jì)劃燒除開(kāi)展得比較廣 泛的加拿大，情況也基本如此。早在 1925 年，加拿大就已有用計(jì)劃燒除來(lái)降低火險(xiǎn)和 幫助森林更新的報(bào)道，在本世紀(jì) 30， 40 年代都進(jìn)行過(guò)計(jì)劃燒除的實(shí)踐和研究(VanWagner, 1995)，但是，直到60-70年代以后才大規(guī)模地應(yīng)用于生產(chǎn)中。 在安大略(Ontairio ) 省，從 1962 年到 1992 年的 30 年間，計(jì)劃燒除面積增加了近十倍 ( Van Wagner, 1995)。2 計(jì)劃燒除用途及實(shí)踐隨著

7、火生態(tài)研究的日益深入， 火燒在森林經(jīng)營(yíng)和生態(tài)管理等方面的應(yīng)用也正變得越 來(lái)越廣泛。人們正設(shè)法利用這種廉價(jià)而高效的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)多重目標(biāo)。2.1 平整土地，為植樹(shù)造林準(zhǔn)備立地在世界上許多地方， 火仍是種莊稼、 改良牧場(chǎng)和造林之前平整立地的主要工具， 用 火燒整地的好處除了快速外， 就在于火燒后植被所釋放出的有效養(yǎng)份可以被隨后出現(xiàn)的 處于快速生長(zhǎng)、正需營(yíng)養(yǎng)的植被所吸收。而且， 如果操作得當(dāng)， 火燒的方法比機(jī)械方法 引起土壤壓實(shí)、 物理移動(dòng)的可能性也要小些。 火燒法整地的一個(gè)弊端就是由于可燃物特 征、地形地貌、 以及可燃物分布和點(diǎn)火技術(shù)的不均勻性容易導(dǎo)致火燒效果的不一致。不過(guò)， 這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)對(duì)可燃物

8、進(jìn)行預(yù)處理如分散、集中、 控制點(diǎn)火技術(shù)等措施加以克服(Chandler et al，1985)。用火燒法整地的關(guān)鍵是火燒時(shí)機(jī)的選擇，可燃物太干燥時(shí)，容易導(dǎo)致大面積高強(qiáng)度火燒，這樣對(duì)立地本身的破壞作用可能會(huì)超過(guò)其所產(chǎn)生的效益， 而且強(qiáng)度太大也容易失控，造成損失。 可燃物濕度太高時(shí)， 又達(dá)不到燒除目的， 而且燒 除時(shí)機(jī)受氣象要素所控制程度也較高。 在加拿大、 美國(guó)以及中國(guó)東北林區(qū)采伐后通常用 此法來(lái)清除林地剩余物， 以便重新造林。 在有些經(jīng)濟(jì)落后的地區(qū)， 煉山造林的作法一直 沿用至今。2.2 降低火險(xiǎn)用計(jì)劃燒除降低森林火險(xiǎn)， 也叫可燃物管理， 即在比較溫和的燃燒條件下燒除伐余 物或自然積累的危險(xiǎn)可

9、燃物以防止在干燥或有風(fēng)等的高火險(xiǎn)季節(jié)發(fā)生火突，或即使起火也不致燃火大 (吳德友， 1998)。它是迄今為止計(jì)劃燒除用得最廣的領(lǐng)域。森林火災(zāi)一直是全球， 尤其是溫帶和亞熱帶森林所面臨的最大問(wèn)題。全世界每年發(fā)生森林火災(zāi)約22多萬(wàn)次，燒毀森林面積640萬(wàn)公傾以上，約占世界森林覆蓋率的 2.3%。 以上（舒立福， 1998）。這種大面積的森林火災(zāi)不僅使大片森林資源突然消失，對(duì)生態(tài) 系統(tǒng)和環(huán)境造成極大破壞，而且往往伴隨著生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失。如 1987 年 5 月發(fā)生 的中國(guó)大興安嶺森林火災(zāi)過(guò)火面積達(dá) 114萬(wàn)公傾，燒死 213人。 1997年 6日開(kāi)始的印 度尼西亞大火到 11 月已有 191.4 萬(wàn)

10、公傾珍貴熱帶雨林過(guò)火，許多人在大火中喪生，大 氣污染同時(shí)波及到馬來(lái)西亞、文萊、新加坡和菲律賓等國(guó)。火災(zāi)之害，由此可見(jiàn)一斑。 正因?yàn)槿绱耍?如何防止大規(guī)模的、 災(zāi)害性強(qiáng)的森林火災(zāi)的發(fā)生， 一直是各國(guó)火管理部門(mén) 和科研工作者的工作重點(diǎn)。森林火災(zāi)是三個(gè)要素：火源、氣象條件、森林可燃物相結(jié)合的產(chǎn)物。由于人們很容易看到火源在引起森林火災(zāi)中的作用， 所以過(guò)去的防火工作主要側(cè)重 在利用行政手段加強(qiáng)火源管理上。 但是， 這種手段的作用十分有限， 因?yàn)椋菏紫?，火源管理可以加?qiáng)，但是無(wú)法杜絕。隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、生產(chǎn)活動(dòng)的日益繁頻、 生活方式的改變、 生活水平的提高、人們?cè)絹?lái)越向往大自然，這樣形成了農(nóng)村、 城市的 居民

11、與森林的接觸都比以前更頻繁， 所以人為火源的控制越發(fā)困難。 而自然火源如雷擊、 火山、泥石流等引起的火源則更是難以控制。 雖然有人嘗試在雷擊多發(fā)區(qū)域安裝雷針等， 但收效甚微（ Chandler et al,1985 ）。其次，由于加強(qiáng)了火源管理， 森林火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)確實(shí)減少了。 但是，由于火災(zāi)次 數(shù)少了， 森林內(nèi)可燃累積越來(lái)越多，所以一旦發(fā)生火災(zāi)，往往都是大的森林火災(zāi)，森林 火災(zāi)造成的總的損失并沒(méi)有多大改變。氣象條件受大氣環(huán)流的控制，人類(lèi)目前的能力還只能初步預(yù)報(bào)，但無(wú)法改變?；趯?duì)于上述事實(shí)的認(rèn)識(shí)， 人們將目光轉(zhuǎn)向可燃物的管理。 可燃物管理主要反映的 是林地上的枯枝落葉等死的和下層草本灌木等細(xì)

12、小可燃物的管理。 隨著人們對(duì)林火行為 的認(rèn)識(shí)的加深和對(duì)火與生態(tài)的關(guān)系認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變， 人們開(kāi)始趨利避害， 選擇一定的可燃物 狀況、氣候條件和點(diǎn)火技術(shù)在高火險(xiǎn)季節(jié)到來(lái)之前就將林內(nèi)的易燃可燃物如枯枝落葉、 活地被物等完全或部分去除， 以降低火險(xiǎn)。 計(jì)劃燒除降低了林內(nèi)易燃物量， 即使發(fā)生火 災(zāi)，由于火燒強(qiáng)度低， 同時(shí)又由于不斷地?zé)档土肆謨?nèi)草本和灌木層的高度、 打破了 可燃物的垂直連續(xù)性， 發(fā)生災(zāi)害性樹(shù)冠火的可能性也大大降低。利用計(jì)劃燒除進(jìn)行森林防火的關(guān)鍵在于要 （ 1）了解被保護(hù)樹(shù)種對(duì)不同強(qiáng)度、 頻度、 季節(jié)火燒的物理、生理反應(yīng)；（ 2）根據(jù)可燃物狀況、氣候條件以及被保護(hù)樹(shù)種生長(zhǎng)情 況選擇燒除時(shí)機(jī)和

13、點(diǎn)火技術(shù)； （ 3）確定恰當(dāng)?shù)臒g隔期； （ 4）控制火行為。各國(guó)科學(xué)家根據(jù)不同的具體情況制定出了許多用于在不同樹(shù)種的林內(nèi)開(kāi)展計(jì)劃燒 除以降低火險(xiǎn)的用火規(guī)程。在中國(guó)， 計(jì)劃燒除是由各級(jí)森林防火部門(mén)組織開(kāi)展的。 東北林區(qū)、四川林區(qū)、 云南 林區(qū)等， 每年都要燒除很大的面積， 主要目的就是為了降低森林火險(xiǎn)等級(jí)、 減輕防火壓 力，取得了良好的效果。許多林區(qū)，如東北林區(qū)、內(nèi)蒙古、云南省等都根據(jù)本省情況制 定了開(kāi)展計(jì)劃燒除的林業(yè)政策和火燒規(guī)程， 用于指導(dǎo)本省的計(jì)劃燒除工作。同時(shí)，各國(guó)科學(xué)家都針對(duì)不同樹(shù)種的情況開(kāi)展了大量研究。 Van Wagner(1993) 對(duì)北 美的主要樹(shù)種的火生態(tài)學(xué)進(jìn)行了仔細(xì)的研

14、究。 在中國(guó)，西南林學(xué)院的吳德友教授等 (1995) 對(duì)云南松、 思茅松的林火特性進(jìn)行了研究并提出了在云南松、 思茅松林分內(nèi)開(kāi)展計(jì)劃燒 除的技術(shù)規(guī)程。 王金錫等人 (1995) 也在四川西昌等對(duì)云南松林區(qū)計(jì)劃燒除進(jìn)行了大量的 研究。2.3 控制林內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)性植被的生長(zhǎng)計(jì)劃燒除的又一個(gè)作用就是用于控制競(jìng)爭(zhēng)性植被， 促進(jìn)主要樹(shù)種更新。 例如在以針 葉樹(shù)為主的用材林中，當(dāng)主林層郁閑后，林內(nèi)小環(huán)境的濕、熱、光等條件發(fā)生變化，針 葉樹(shù)幼苗無(wú)法適應(yīng)林內(nèi)環(huán)境，只有耐陰的硬雜木幼苗可以建群生長(zhǎng)，如果不加以控制， 這些硬雜木既會(huì)與目的樹(shù)種爭(zhēng)奪資源又不利于針葉樹(shù)的天然更新。 由于硬雜木與目的樹(shù) 種高度不一樣，樹(shù)木抗火

15、性也不一樣， 硬雜木、 林下植被等的抗火性不及針葉樹(shù)強(qiáng)， 利 用計(jì)劃燒除可以消除下層植被， 從而消除競(jìng)爭(zhēng)樹(shù)種， 既利于目的樹(shù)種生長(zhǎng)， 又利于其天 然更新。2.4 計(jì)劃燒除還可以用來(lái)控制森林病蟲(chóng)害火能燒死林內(nèi)害蟲(chóng)和病原體， 同時(shí)還能除去大部分生長(zhǎng)能力弱的病木和被壓木， 火 燒后留下的林分將會(huì)更加健康，長(zhǎng)勢(shì)更優(yōu)。Van Wagner( 1993)將以上幾種用途歸為與生產(chǎn)木材有關(guān)的營(yíng)林性計(jì)劃火燒，它的顯著優(yōu)勢(shì)就是速度快，成本低。計(jì)劃燒除的另一領(lǐng)域與木材等林產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)關(guān)系不大， 而側(cè)重于發(fā)揮火的生態(tài)作用以 實(shí)現(xiàn)生態(tài)學(xué)方面的目標(biāo)。 這些目標(biāo)大多包括管理和維持某些野生動(dòng)物的棲息環(huán)境、 促進(jìn) 生物、生境多樣性

16、，或維持某些特殊的生態(tài)系統(tǒng)、維持特殊種群或群落。2.5 管理動(dòng)物棲息環(huán)境國(guó)外已有許多關(guān)于成功地應(yīng)用計(jì)劃燒除管理牧場(chǎng)、 改良松雞生境和火燒沼澤地以改 善水禽和水生動(dòng)物棲息地的報(bào)道( Van Wagner( 1993)。如果是在孵化期以外進(jìn)行的 話(huà)，低強(qiáng)度火燒對(duì)野生動(dòng)物總是有利的(Cha ndler et al,1985)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)動(dòng)物和鳥(niǎo)類(lèi)都喜歡多樣化生境和邊緣地帶， 低強(qiáng)度火燒有利于促進(jìn)邊緣效應(yīng)。 但是， 要成功地做到 這一點(diǎn)， 仍然要求對(duì)有關(guān)動(dòng)物的生態(tài)要求有較徹底的了解， 對(duì)一種動(dòng)物有利的火燒或許 對(duì)另一種動(dòng)物有害。所以，在設(shè)計(jì)計(jì)劃時(shí)一定要權(quán)衡利弊，綜合考慮有關(guān)動(dòng)物的要求。 計(jì)劃燒除對(duì)動(dòng)物

17、帶來(lái)的另一個(gè)好處就在于火燒后生長(zhǎng)的嫩草，萌發(fā)的枝條， 樹(shù)葉等比燒前更鮮嫩適口，更富營(yíng)養(yǎng)。(楊道貴等，1997)。火燒林地可提高草的有效營(yíng)養(yǎng)成分?；馃箝L(zhǎng)出的草中粗脂肪， 粗蛋質(zhì)， 無(wú)氮浸出物等含量都比未火燒地長(zhǎng)出的要高 (楊道 貴， 1995)。2.6 維護(hù)和轉(zhuǎn)變植被類(lèi)型火燒轉(zhuǎn)換植被類(lèi)型的作用很明顯的。 如果目的是要使植被逆行演替， 只需正確使用 計(jì)劃火燒就是可達(dá)到目的 (Chandler et al,1985 )。如利用火燒可以成功地去除草地中的 木本植物； 利用計(jì)劃火燒也可以成功地去除針闊混交林分中的闊葉樹(shù)種，因?yàn)榛鹉芸刂齐s木生長(zhǎng)從而有利于松樹(shù)生長(zhǎng)( Liu et a l , 1 9 97

18、 ) 。以上兩種情況都是利用火燒維持植被 類(lèi)型的例子。 成功的關(guān)鍵還是在于對(duì)于群落演替方向的了解， 以及對(duì)于火燒強(qiáng)度、 火燒 頻度和火燒時(shí)機(jī)的選擇。2.7 利用計(jì)劃燒除維持特定物種和種群許多物種在長(zhǎng)期的進(jìn)化中已經(jīng)進(jìn)化了許多靠火燒才能完成天然更新的生活特征。Whelan (1995)在火生態(tài)一書(shū)中列出了20多種生長(zhǎng)在北美、黑西哥和地中海地區(qū)的松伯科植物如地中海地區(qū)的 Pinus pinaster 、北美的池松( P. serotina )、杰克松( P. banksiana)、扭葉松(P. contorta )、墨西哥的展葉松(P. patula)等與火的依賴(lài)關(guān)系。 這些樹(shù)的球果的鱗片都由脂類(lèi)粘

19、在一起， 包閉在其中的種子只有在高溫熔化了樹(shù)脂使鱗 片張開(kāi)后才會(huì)掉下，開(kāi)始新的一輪生活史。典型的例子就是杰克松。 杰克松的球果的鱗片粘得很緊， 只有高強(qiáng)度的樹(shù)冠火才能 使其種子被釋放出來(lái)。 這些種子可以一直在樹(shù)上停留很多年而且仍然可育。 如果沒(méi)有火 燒，就只有在天氣很熱或枝條枯死時(shí)才會(huì)掉下來(lái)。 但是靠這種方式掉下的種子數(shù)量太少， 即使不被動(dòng)物捕食， 也會(huì)由于上部遮蔭或林地枯落物太厚而無(wú)法發(fā)芽、扎根， 所以無(wú)法完成天然更新。 在自然狀況下， 這些樹(shù)都是靠高強(qiáng)度火來(lái)完成更新的?；馃环矫媸骨蚬罅块_(kāi)裂， 放出種子， 一方面又能清除地表枯枝落葉層， 暴露出礦質(zhì)土壤，有利于種 子發(fā)芽，扎根。另一方面，

20、火燒燒掉林內(nèi)灌木雜草消除了營(yíng)養(yǎng)和空間競(jìng)爭(zhēng)。再者，火燒 至少會(huì)燒死部分上層林木， 從而為下層幼苗更新提供其所需的光熱條件。 澳大利亞的一 些山龍眼科植物也有這樣的特性。有些種類(lèi)的蘭花也要靠頻繁的火燒才能延續(xù)其種群 (Whelan, 1995)。通過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化， 這些樹(shù)種組成的群落各自都演化了比較固定的火燒周期， 如杰克松 (P. bansiana)的自然火燒周期為 25-100年(Chandler, 1985)。過(guò)于頻繁和過(guò)于推遲 的火燒都會(huì)影響其更新能力， 影響植被的演替途徑。 近年來(lái)， 人們開(kāi)始使用計(jì)劃火燒來(lái) 恢復(fù)長(zhǎng)葉松林群落( Liu et al, 1997 )。Van Wagner ( 1

21、 993)研究了加拿大的 10種主要用材樹(shù)種的火生態(tài)特征和用火潛力。2.8 促進(jìn)物種多樣性， (生物系統(tǒng)) 景觀多樣性在美國(guó)阿肯色州進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，火燒能增加草本植物多樣性和豆科植物的多度( Sparks 等， 1998)?；馃^(guò)后一年生、兩年生的有花植物會(huì)大量出現(xiàn)。同時(shí)，火燒 能產(chǎn)生多樣化的生境， 從而利于各種動(dòng)、 植物的生存。 火燒后促進(jìn)了植被類(lèi)型的多樣化 從而有利于景觀多樣性， 增加了森林的美學(xué)價(jià)值。 在美國(guó)， 人們用火燒來(lái)促進(jìn)公園景觀 多樣性，以吸引觀光。2.9 用火來(lái)維持生態(tài)系統(tǒng)火是維持生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的一個(gè)潛在力量。 研究表明， 每一種生態(tài)系統(tǒng)都有其固 有的火燒歷史( Chandl

22、er, 1985)。每種生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀都同一定火燒歷史有關(guān)。所以， 要維持生態(tài)系統(tǒng)，就有必要讓這些自然的因子發(fā)揮作用。美國(guó) 1964 年的荒原法案 認(rèn)為：森林公園是一些其土地及生命群落不受人類(lèi)影響， 人類(lèi)自己只是一個(gè)不常來(lái)的過(guò) 客的地方，對(duì)這些地方加以保護(hù)和管理以保存其自然狀況一一只受自然力的作用(Chandler 等， 1985)， 1979 年加拿大公園政策中說(shuō)永久保護(hù)具加拿大國(guó)家意義 的自然區(qū)域，將其原封不動(dòng)地留給后代( Van Wagner, 及 Methven 1980 )。這種指導(dǎo)思 想允許生態(tài)系統(tǒng)遵循其自身的演替路線(xiàn)，并且允許火在這個(gè)演過(guò)程中發(fā)揮其應(yīng)有的作 用。3 計(jì)劃燒除的理論

23、依據(jù)計(jì)劃燒除的理論依據(jù)來(lái)源于人們?cè)谌齻€(gè)方面的研究成果：( 1 )火燒機(jī)理(2) 點(diǎn)火技術(shù)(3) 火的生態(tài)作用。3.1林火燃燒機(jī)理長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)森林火燒機(jī)理進(jìn)行了大量研究，取得了豐碩成果。3.1.1森林燃燒的理化過(guò)程通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)植物材料的燃燒實(shí)際上就是植物體中纖維素、半纖維素、木素以多種抽提物的燃燒。纖維素和半纖維素的燃燒熱為2,850卡/克，大大低于木素(5,860卡/克)或抽提物。其中木素含量對(duì)火燒強(qiáng)度起重要作用，但抽提物在火的蔓延和火焰高度上起作用。燃燒的第一階段是可燃物遇熱源吸熱降解的過(guò)程，也是一個(gè)纖維脫水的過(guò)程。當(dāng)達(dá)到一定溫度(280 C時(shí))時(shí)，放熱過(guò)程就占優(yōu)勢(shì)并推動(dòng)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)

24、表面溫度 達(dá)到500C 600C時(shí)，如果脫水降解生成的木炭表面有氧氣供應(yīng)的話(huà)，就開(kāi)始有焰燃 燒。在有焰燃燒的過(guò)程中，木炭在其表面直接轉(zhuǎn)化成CO,并在表面稍上一點(diǎn)地方又立關(guān)于點(diǎn)熱過(guò)程，人們也做了大量研究，植物材料能否被點(diǎn)燃取決于傳導(dǎo)到木材材料 的熱量和該熱量被吸收的情況。在研究了許多木材樣品后，Marian提出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，用可燃物密度和水分表示的木材傳導(dǎo)率：K= (4.78+0.79M ) S+0.568 X 10-4 ( 0 40)其中， K= 熱傳導(dǎo)率（卡 /秒 .厘米 2）M= 水分含量（千重 %）S=容重（千重/在 M時(shí)的濕體積）實(shí)踐證明， 這一公式適用于一大批森林可燃物。 森林火燒

25、傳播除了通過(guò)傳導(dǎo)、 對(duì)流、 輻射等方式外， 還可以通過(guò)質(zhì)量傳播的方式在火頭前方很遠(yuǎn)地方形成飛火。3.1.2 森林可燃物的理化特性可燃物中對(duì)火行為產(chǎn)生影響的因子主要有：（ 1）可燃物的化學(xué)性質(zhì)中最重要的變量就是乙醚提取物和無(wú)硅灰分的含量。森林 可燃物的抽提物含量在 0.2715左右，無(wú)硅灰分含量在2-40之間。乙醚提取物含量高的植物比較容易著火而且燃燒時(shí)火焰較高， 無(wú)硅灰分含量高的樹(shù)種具有較高的抗火 性。植物的乙醚提取物具有季節(jié)性變化。（ 2）可燃物的水分含量對(duì)火行為具有壓到一切的重要性（Chandler,1983） ?；畹目扇嘉锏乃趾渴芷渖磉^(guò)程、 季節(jié)和大氣環(huán)流所左右。 死可燃物的水分含

26、量主要受 氣候和相對(duì)濕度的影響， 兩種可燃物都有日變化。水分含量對(duì)可燃物引燃，以及引燃后的火行為都有較大影響。 Van Wagner 的實(shí)驗(yàn) 表明在其它條件相同時(shí)，葉含水量為135的林冠火蔓延速度為 17 米/分鐘，火焰高度為 20 米，而葉含水量為 95的林冠火蔓延速度則達(dá)到 27 米/分鐘，火焰高度則可達(dá) 30 米。60年代初，Byram提出了時(shí)間滯差（time tag）這個(gè)概念用以表征可燃物含水率與 空氣含水率取得平衡所需時(shí)間： 任何一個(gè)以指數(shù)速率減少的量在單位時(shí)間里大約將失去 起始量的三分之二，準(zhǔn)確地說(shuō)為1-1/e,即卩63.2%。（ 3）可燃物的多少即可燃物負(fù)荷是決定火燒可能性以及影

27、響火行為的重要因素。人們根據(jù)研究和生產(chǎn)需要提出了總的可燃物量或植物量（W=26VA,其中，W為以噸計(jì)算的每公頃總植物量； A 為林齡）、潛在可燃物（在最強(qiáng)烈的火燒中可能燒掉的可燃 物數(shù)量） 、有效可燃物載荷 （在特定火燒天氣條件下可望燃燒的可燃物量） 。為了計(jì)算一定燃燒條件下的有效可燃物載荷， 人們將可燃物分別歸類(lèi)為葉子、 直徑 為 0.5-1cm、1-2cm、2-5cm、5-10cm 和大于 10cm 等若干類(lèi)。(4) 緊實(shí)度，即可燃物載床(從礦質(zhì)土壤到樹(shù)冠頂部的各種大小和形狀的活的和 死的植物材料的集合) 內(nèi)可燃物充填的程度。 緊實(shí)度影響燃燒顆粒的空氣供應(yīng)和熱量傳 導(dǎo)，進(jìn)而影響燃燒速率和火

28、焰高度。對(duì)于任一給定大小的可燃物載床都有一個(gè)最適合燃 燒的緊實(shí)度。緊實(shí)度處于最佳值時(shí)，燃燒反應(yīng)最快，火強(qiáng)度最大。(5) 表面積/體積比描述可燃物顆粒的幾何特征和可燃物復(fù)合體各組成成分相對(duì)尺度的物理量就是可 燃物的表面積/體積比。可燃物的表面積是可燃物一個(gè)十分重要的參數(shù)，因?yàn)樗鼘?duì)燃燒 過(guò)程的幾個(gè)方面如著火性、可持續(xù)燃燒性、燃燒性等都有比較大的影響(Paulo M.Fernandes &Francisco C. Rego, 1998 )。大的表面積和體積比能夠大大增加氣相燃燒階 段的能量和質(zhì)量交換，從而加快點(diǎn)燃過(guò)程，提高蔓延速度。Rothermel(1972)在其著名的火蔓延模型中，就將可燃物的表

29、面積和體積比作為一個(gè)主要的變量 Ferna ndes&Francisco C. Rego, 1998 )。該物理量與可燃物的厚度(粗度)有關(guān)，它與緊實(shí)度一塊 可以用來(lái)表征火燒在該可燃物上傳播的速度，如厚度為 0.011的雀麥草的值為189,歐 州山毛櫸葉的值為 222，粗度為0.1cm的小技的值為40,粗度為0.5cm的小枝的值為8， 而粗度為2.0的小技的值為 2( Chandler,1987)。Fernandes和Rego( 1998)提出了一種新的用水浸法測(cè)定可燃物表面積/體積比的方法：_ _W2W1p-W9.033其中：(T =表面積/體積比W2=可燃物被水浸泡后的重量W1 =可燃物被

30、水浸泡前的重量Q p=可燃物的密度同傳統(tǒng)的方法相比，該方法快速、簡(jiǎn)便、省錢(qián)，而且適用于各種可燃物。該方法中的密度隨物種和可燃物顆粒的直徑大小不同而變化。(5)可燃物的水平和重直連續(xù)性可燃物的水平和垂直連續(xù)性決定了火能夠從一種可燃物類(lèi)型蔓延到另外一種可燃物類(lèi)型和由地表火轉(zhuǎn)變?yōu)闃?shù)冠火的可能性。不同的可燃物類(lèi)型內(nèi)的燃燒具有不同的火行為，這一點(diǎn)對(duì)于撲火也具有指導(dǎo)意義。 有些森林群落的成層性比較明顯， 下層火燒一般 很難傳播到上層可燃物， 而有些森林的垂直分層不明顯， 很多中間的或附生植物等會(huì)起 到傳播火種的作用， 使得地表火轉(zhuǎn)變成樹(shù)冠火。 在幼林林分里， 由于目的樹(shù)種比較低矮， 枝下高較小， 而林分內(nèi)

31、的灌木和雜草則比較高， 往往形成比較好的垂直連續(xù)性， 使得地 表火很容易發(fā)展成毀滅性的樹(shù)冠火。 而在近成熟林分內(nèi)， 由于目的樹(shù)種比較高大， 枝下 高也比較大， 從而在地表可燃物層和上部林冠層之間形成比較大的空隙， 地表火很難到 達(dá)林冠層可燃物， 發(fā)生樹(shù)冠火的可能性也比較小。(6) 可燃物積累隨著可燃物的積累， 森林的火險(xiǎn)等級(jí)也越來(lái)越高。 林地可燃物積累取決于植物種類(lèi)、 年齡和密度、 溫度和濕度等。 后兩者決定了可燃物到地面后的分解速度。 人們常用分解 常數(shù)，即從林分發(fā)生到枯落物的分解速率等于積累速率的時(shí)間來(lái)表示可燃物的分解速 度。在地中海灌叢區(qū)為 50-70 年，而在夏多雨量充沛的美國(guó)南部地區(qū)

32、則只有 17-20 年。 活下木的數(shù)量取決于氣候、 土壤和上木的種類(lèi)與密度。 下木可燃物載荷隨上木密度變化 可以用下面的公式表示( Chandler,1967 )。Y=X- (X-Z )( 1-eac) b其中，Y= 下木可燃物載荷( T/HA )X= 沒(méi)有上木時(shí)的下木可燃物載荷Z= 樹(shù)冠完全郁閉的下木可燃物載荷C= 樹(shù)冠層郁閉度 (%)a 與 b 為取決于上木樹(shù)種的常數(shù)e=自然對(duì)數(shù)底3.1.3 火行為(1) 火焰溫度如果木材按照化學(xué)計(jì)量學(xué)的方式燃燒，著木木材的化學(xué)計(jì)量學(xué)火焰溫度可達(dá)1,920 C，但在實(shí)際火燒中，由于通常都是氧供應(yīng)不足，所以火焰溫度很少真正達(dá)到 1920 C。在實(shí)際火燒中火焰

33、溫度一般在1500 C( Philpot,1965 )至 800左右(Clements,Memahon, 1980)?；鹧鏈囟群瓦^(guò)量空氣之間存在著下列相關(guān)關(guān)系( smithy,1952) 。2195 -1.435TfE =Tf -Ta其中E=過(guò)量空氣的量Tf=火焰溫度Ta=周?chē)諝鉁囟饶壳叭藗円呀?jīng)可以利用多普勒紅外成像儀很容易地測(cè)得火焰各個(gè)層面的溫度情況。（2）火強(qiáng)度火強(qiáng)度即火燒所產(chǎn)生的熱能的速率，用卡或焦耳表示。表示火強(qiáng)度的方法有輻射強(qiáng)度、對(duì)流強(qiáng)度、總的火強(qiáng)度、反應(yīng)強(qiáng)度、火線(xiàn)強(qiáng)度等，在林火中最常見(jiàn)最常用的火強(qiáng)度 量度還是火線(xiàn)強(qiáng)度。火線(xiàn)強(qiáng)度也叫Byram強(qiáng)度，它等于地上單位面積燃燒的有效熱能跟

34、火蔓延速率的乘積（Cha ndler et al, 1983 ）即1=0.007 HWR其中I=火線(xiàn)強(qiáng)度（千瓦/米）H=可燃物熱值（卡/克）W=可燃物載荷（噸/公頃）只=蔓延速度（米/分）火線(xiàn)強(qiáng)度被普遍接受的主要原因是其跟火焰長(zhǎng)度有直接的相關(guān)關(guān)系，而火焰長(zhǎng)度是一個(gè)很容易觀察而且也比較容易測(cè)定的現(xiàn)象。同時(shí)Byram還為野外確定火強(qiáng)度設(shè)計(jì)了一個(gè)沿用至今的經(jīng)驗(yàn)公式：1=273（ h）2.17其中I=火線(xiàn)強(qiáng)度（千瓦/米）h=火焰高度（米）而且該公式還可進(jìn)一步寫(xiě)成1=3（ 10H） 2,其誤差也是可以接受的。（4）火焰高度對(duì)于實(shí)際發(fā)生的火燒，當(dāng)然可以實(shí)際測(cè)量火焰高度，但是在預(yù)測(cè)火焰高度時(shí)，仍然 可以利用

35、Byram火強(qiáng)度公式。根據(jù)有關(guān)可燃物載荷等可以計(jì)算機(jī)出火燒強(qiáng)度，進(jìn)而利 用火強(qiáng)度計(jì)算火焰高度，即： IH=.300（5）烤焦高度由于火燒能否引起樹(shù)冠火以及計(jì)劃火燒對(duì)樹(shù)木的損害情況都與地表火的烤焦高度 有直接關(guān)系，所以林火工作者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。從理論上來(lái)說(shuō)，樹(shù)葉烤焦是由幾個(gè)因素決定的：地表火燒強(qiáng)度、樹(shù)葉接受的輻射能、樹(shù)葉的致死溫度。前者因樹(shù)而異， 后者受地表火強(qiáng)度、 樹(shù)葉離火焰的高度、 熱滯留時(shí)間所左右。 Byram得出的針葉簇烤死高度的經(jīng)驗(yàn)公式為:(35 )/.7/6、1l60-T )衛(wèi).79(1 +47W3)1/2 式中S=火烤焦高度（米）T=為空氣溫度（C）1=火線(xiàn)強(qiáng)度（千瓦/米）W

36、=為風(fēng)速（米/秒） Van Wag ner （ 1973）提出的公式為HS =11.61160 T式中HS烤焦高度T空氣溫度 J. S. Gould, I. Knigh+和A. L. Sullan（1997）提出的按樹(shù)計(jì)劃燒除的烤焦高度的經(jīng)驗(yàn)公式為：（簡(jiǎn)要介紹本公式的由來(lái)）”67 971 2/3 a.Hs= . +hv（無(wú)風(fēng)時(shí)）l47.5-Ta 丿b.Hs=*679712/33/547.5 -Ta /式中Hs=烤焦高度I=火線(xiàn)強(qiáng)度Ta=空氣溫度H u =虛擬高度（m）A=羽流傾角FJ/2bI ）Si nA= I （Van Wag ner,1973）iBI +U3 丿式中U=為風(fēng)速I(mǎi)=火線(xiàn)強(qiáng)度B

37、=0.0265c.3.94仃7/8HS= (0.1075 U3)1/2(60-l)（6）林火蔓延林火蔓延速度包括線(xiàn)速度（火燒起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離除以火燒時(shí)間）；面積速度（面積擴(kuò)張速度，M2/分鐘或ha/小時(shí)）；以及火燒周邊增長(zhǎng)速度。林火蔓延速度受很多因子 的影響，這些因子有地理的，如坡度、坡向；有氣候因子如風(fēng)速、風(fēng)向；也有可燃物方 面的，如可燃物類(lèi)型、 可燃物特性等。多年來(lái)，林火工作者根據(jù)各自的實(shí)踐提出了許多 描述林火蔓延的公式、數(shù)學(xué)模型、計(jì)算機(jī)軟件等，現(xiàn)擇其主要敘述如下： 王正菲林火蔓延速度R = R。 kw ks Kt其中R0=可燃物在無(wú)風(fēng)時(shí)燃燒的初始蔓延速度Kw=風(fēng)速更正系數(shù)Ks=可燃物配置

38、更正系數(shù)Kt= 坡度更正系數(shù) 羅森梅爾火蔓延速度計(jì)算公式1972年美國(guó)的羅森梅爾（R.C. Rothermel）制定了一個(gè)用于單一均質(zhì)可燃物中林火蔓延的模型，也是目前世界上用得最廣泛的公式之一，該公式在1983 年被改進(jìn)后編成了計(jì)算機(jī)程序 BEHAVE 。公式如下：V = IrE （1+ 0 W + S）/（ p b e Qig）其中V=林火蔓延速度（米/分鐘）2Ir=林火強(qiáng)度（千焦耳/分鐘米）E =傳播的熱能量與火強(qiáng)度之比 （無(wú)因次量）0 w=風(fēng)因子（無(wú)因次量）$=坡度因子（無(wú)因次量）P匕=可燃物體積密度（千克/米 3）e = 有效熱數(shù)（無(wú)因次量）Qig=燃燒前的預(yù)熱量（KJ/kg） 在此基

39、礎(chǔ)上，葡萄牙科學(xué)家P.P.Goncalves及P.M.Diogo （1994）以GIS為工作平臺(tái)提出了一個(gè)新的模型，并編制了一個(gè)名為 FIREGIS 的軟件包，供個(gè)人電腦使用， 用以預(yù)測(cè)林火漫延。 中國(guó)科技大學(xué)的景文峰等 （ 1993）等在羅森梅爾的蔓延速度模上也設(shè)計(jì)了一套林 火蔓延預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)圖形顯示系統(tǒng)。 該系統(tǒng)結(jié)合我國(guó)林區(qū)可燃物分布狀況及火蔓延數(shù)學(xué)模 式并編制了火蔓延預(yù)報(bào)的專(zhuān)家系統(tǒng)（ FF-IG ）。此外， 科研人員還為具體的植物類(lèi)型上的火燒蔓延設(shè)計(jì)了許多模型，如澳大利亞的N. P. Cheney 等人（ 1998）提出了一個(gè)用來(lái)預(yù)報(bào)草地火蔓延的模型。3.2 點(diǎn)火技術(shù)不同的點(diǎn)火方式會(huì)造成不

40、同的火行為， 從而產(chǎn)生不同的后果。 科研人員根據(jù)多年的從而對(duì)森林火行為進(jìn)行控制， 這些研究設(shè)計(jì)出了用于不同目的和具體情況的點(diǎn)火技術(shù)， 點(diǎn)火技術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)踐意義。 點(diǎn)火技術(shù)主要包括：（1）順風(fēng)火順風(fēng)火是最快的也是計(jì)劃燒除中最經(jīng)常使用的人工點(diǎn)火技術(shù)。 它也是產(chǎn)生煙氣最多 和最難控制的火燒。 由于順風(fēng)火的火焰高度比較高和蔓延速度都比較快， 所以用順風(fēng)火 進(jìn)行冠下燒除時(shí)要求的溫度比其它點(diǎn)火技術(shù)低。 如果溫度比較低， 可燃物的含水率比較 高，則順風(fēng)火通常是一個(gè)比較好的選擇。（2）逆風(fēng)火逆風(fēng)火是通過(guò)沿已經(jīng)平整好的基線(xiàn)如公路、 河流或防火線(xiàn)等的逆風(fēng)面直線(xiàn)點(diǎn)燒。 逆 風(fēng)火有幾個(gè)好處： 產(chǎn)生的煙量少； 對(duì)上層

41、林冠樹(shù)葉損害最??； 由于火星被吹到剛好燒過(guò) 的地方， 因此造成飛火或其它安全問(wèn)題的可能性也很小。 逆風(fēng)火的一個(gè)無(wú)法克服的缺點(diǎn) 就是進(jìn)展太慢，一般小于 1 米 /分鐘。（3）側(cè)翼火側(cè)翼火比逆風(fēng)火蔓延速度快，強(qiáng)度又比順風(fēng)火小和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。（4）網(wǎng)格式點(diǎn)火網(wǎng)格式點(diǎn)火是空中點(diǎn)火優(yōu)先采用的技術(shù)， 但地面人員也可以使用。 在網(wǎng)格式點(diǎn)火中， 各個(gè)點(diǎn)的火呈格子狀被點(diǎn)著。 各點(diǎn)之間距離應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐的具體要求而定。 由于幾 個(gè)火點(diǎn)的火匯合在一起， 則能大大增加火燒強(qiáng)度， 所以，如果實(shí)踐需要高強(qiáng)度的火燒時(shí)， 就可以將各火點(diǎn)距離安排得使整個(gè)火燒在預(yù)定時(shí)間匯合在一起。 相反， 如果是為了避免 產(chǎn)生高強(qiáng)度的火燒和火燒

42、對(duì)流， 則應(yīng)該盡量避免幾個(gè)火燒匯合在一起。 在燒除伐除剩余 物時(shí)，經(jīng)常利用網(wǎng)格式點(diǎn)火。（5）周邊點(diǎn)火這是一種點(diǎn)燃擬燒區(qū)域的四周邊緣， 讓其席卷整個(gè)區(qū)域的點(diǎn)火技術(shù)。 該方法同中央 點(diǎn)火結(jié)合可以保證火燒的對(duì)流中心向燃燒區(qū)的中央集中。（6）中央點(diǎn)火中央點(diǎn)火時(shí)， 各引燃點(diǎn)在燃燒區(qū)的中部， 在這些火點(diǎn)發(fā)展到形成強(qiáng)對(duì)流柱時(shí)， 再另 外引燃一些非常靠近最初著火點(diǎn)的地方， 以便能夠被拉向主要對(duì)流柱的著火點(diǎn)。 中央點(diǎn) 火很適合重型可燃物大量積累的情況。7)人字形點(diǎn)火人字形點(diǎn)火是在多山地形使用的、 將火從各山頭往下引的一種點(diǎn)火技術(shù)。除了選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)燒技術(shù)外， 實(shí)施計(jì)劃燒除的人員還可以通過(guò)燒前對(duì)可燃物進(jìn)行處 理的方

43、式來(lái)控制火行為。3.3 生態(tài)學(xué)認(rèn)識(shí) 對(duì)于林火燃燒機(jī)理和點(diǎn)火技術(shù)的認(rèn)識(shí)使得人們能夠有控制有計(jì)劃地利用火燒， 但真 正促使人們將火大規(guī)模用之于林業(yè)和土地資源管理的卻是人們對(duì)于火燒對(duì)于環(huán)境的影 響和火與物種、 種群、群落以及生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)關(guān)系的認(rèn)識(shí)。3.3.1 火對(duì)環(huán)境的影響火對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在火燒對(duì)土壤的理化性質(zhì)等的影響。 火對(duì)環(huán)境的影響的程 度與性質(zhì)取決于火燒發(fā)生的季節(jié)、 火燒強(qiáng)度、火燒持續(xù)時(shí)間以及其他地形和氣候因素等。(1) 土壤溫度：火燒對(duì)土壤溫度的影響受火燒強(qiáng)度、 火燒持續(xù)時(shí)間以及土壤性質(zhì)影響較大。 如果火 燒強(qiáng)度過(guò)大， 消除了地被物和腐殖層， 露出了礦質(zhì)土壤， 則土壤溫度的上升幅度就

44、會(huì)大 一些。 所以不同可燃物負(fù)載以及不同強(qiáng)度的火燒引起的土溫升幅也不一樣。 而且， 在所 有情況下， 溫度升值都隨土壤深度急劇下降。 例如加里弗尼亞灌叢高強(qiáng)度火燒地表溫度 達(dá)到將近400C，但是在2.5cm深度處記錄到的最高溫度則已不到100C( DeBa no等1977)。在由采伐剩余物組成的重型可燃物火燒中，地表溫度最高達(dá)到 250C,而2.5cm處就已下降到 100C 以下(Neal 等，1965, Whelan1995 , P19)。Beadle (1940)在澳大利 亞桉樹(shù)林內(nèi)分別對(duì)中等強(qiáng)度、 較高強(qiáng)度和高強(qiáng)度的火燒進(jìn)行的觀測(cè)表明， 三場(chǎng)火燒的地 表溫度分別達(dá)到110C, 180C,

45、 300C,但在15cm深處，記錄到的最高溫度則分別為 10C, 40C和60C。各種研究表明，許多即使是高強(qiáng)度的火燒在土壤2.5cm深處產(chǎn)生的峰值溫度就已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于100 C( Whelan ,1995)。干燥土壤溫度的升幅所達(dá)到的最高溫度要比濕土壤所達(dá)到的高(Beadle1940)。可以看出，大多數(shù)火燒，尤其是中低強(qiáng)度 火燒,對(duì)土壤溫度產(chǎn)生的影響在最多 5cm 左右就已減少到從生態(tài)意義上來(lái)說(shuō)可以接受 的程度。由于火燒消除了植被的遮蔭作用，同時(shí)去除了枯落物層的隔熱作用(Ahlgren 等，1969)，改變了土壤表面的反射率 (van Cleve， 1981)。所以土壤以及林內(nèi)溫度的日變化 都較

46、火燒前有所變化， 從而對(duì)植物生產(chǎn)力、 對(duì)有機(jī)物尤其是土壤微生物的活動(dòng)產(chǎn)生潛在影響。一般說(shuō)來(lái)， 火燒跡地的日溫差要大于未燒地。許多文獻(xiàn)報(bào)道了高溫對(duì)土壤表層的消毒殺菌作用(Whelan ，1995)，并以此來(lái)解釋高強(qiáng)度火燒后許多群落如加里佛尼亞灌叢、 澳大利亞桉樹(shù)林等出現(xiàn)大量種子萌發(fā)的現(xiàn) 象。有人提出，在有些土壤中存在一些克生化合物 ( Muller 等 1968;Wilson 和 Rice,1968)， 火燒產(chǎn)生的高溫有利于消滅這些化合物 ( Christensen &Muller1975 )。(2) 風(fēng)速由于完全或部分消除了植被， 火燒跡地的風(fēng)速要高于燒前。 從而帶來(lái)一個(gè)潛在的結(jié) 果就是動(dòng)物生

47、境、 植物和土壤迅速干燥，增加了土壤浸蝕的可能性，不過(guò)， 同時(shí)也有利于有些種子的傳播( Whelan， 1995)(3) 土壤結(jié)構(gòu)由于腐殖層的隔熱作用， 低強(qiáng)度的火燒對(duì)土壤結(jié)構(gòu)不會(huì)有多大的作用。 但是， 高強(qiáng) 度的火燒能去除地表腐殖層， 使地表層溫度升高太大， 從而破壞了土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)， 使 土壤板結(jié)。高溫使土壤形成憎水層，影響土壤透氣、透水性。另外，火燒后裸露出的礦 質(zhì)土壤抗擾動(dòng)能力低，物理性位移加劇( Chandler,1983) .(4) 土壤營(yíng)養(yǎng)高強(qiáng)度火燒可使大范圍內(nèi)80%以上的林下地被物被毀，同時(shí)使原來(lái)被束縛在生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)部分土壤礦質(zhì)元素、 土壤有機(jī)物、 枯枝落葉以及活生物量中的營(yíng)養(yǎng)

48、物損失 掉。損失主要是通過(guò)高溫蒸發(fā)和其他過(guò)程(Whelan，1995)。 N、P、S、Ca 等元素通過(guò)揮發(fā)而流失。但是，低強(qiáng)度的火燒造成的N、P 等元素的損失是有限的?；馃欣诖龠M(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流和能量流， 特別是在高寒地區(qū)， 死地被物分解速度非常緩慢， 火燒可以加速物質(zhì)循環(huán)、 增加林內(nèi)可用營(yíng)養(yǎng)， 有利于森林更新及幼苗的生長(zhǎng)。 在其他地 區(qū)，低強(qiáng)度火燒也能為隨即進(jìn)行的更新幼苗提供充足營(yíng)養(yǎng)。另外，火燒后改變了土壤 PH 值，從而增加有效氮含量，也通過(guò)礦化過(guò)程，使其他元素從活生物量和腐殖物中重 新回到土壤( Whelan ，1995)?；馃?D、N、S、 P、Mg 、K、Ca 的損失主要是

49、通過(guò)揮發(fā)損失到大氣中去的，通 過(guò)淋溶損失的只是一小部分，而且隨火烈度增加損失也增加( C. M. Bellilas 和 M.C.Feller ，1998)大氣損失與淋溶損失之間無(wú)甚相關(guān)性 ( C.M.Bellilas&M.C.Feller ，1998)A. M. Oconnel 和 W. L. McCcw ( 1997)的實(shí)驗(yàn)表明木質(zhì)、樹(shù)皮和樹(shù)葉中的氮有 55%-99% 被揮發(fā)了，而枯枝落葉中則只揮發(fā)了38%，氮損失量與可燃物消耗量有很大 相關(guān)關(guān)系， 可燃物消耗量與氮揮發(fā)損失隨土壤干旱指數(shù)增加而增加， 隨枯枝落葉含水量 增加而減少，氮的損失（ 50-180 千克 /公頃）與土壤氮相比，是不太顯

50、著的，但是對(duì)于 高強(qiáng)度火燒來(lái)說(shuō)， 其對(duì)正在生長(zhǎng)的植被和表層土壤引起的氮損失是很?chē)?yán)重的。 他們提出 在枯落層含水量達(dá)到 90% 時(shí)利用火燒燒掉大部分富含氮的底層可燃物?；馃龑?duì)于土壤光照和土壤微生物的影響也是多方面的。3.3.2 火燒對(duì)植物個(gè)體以及種群的影響如前所述， 除熱帶雨林外， 地球上的植被總是同一定的火燒歷史和火燒狀況相聯(lián)系 的。極端高強(qiáng)度大范圍的火燒能夠毀滅植物營(yíng)養(yǎng)體、 繁殖體以及劇烈地改變其生境從而 使物種無(wú)法延續(xù)。 但是，有記載的火燒很少有達(dá)到這個(gè)程度的。植物不被火燒所淘汰包括以下集中情形：（1） 植物營(yíng)養(yǎng)體能抵抗火的直接作用， 即不被火燒死；（2） 植株繁殖體能夠抵抗或避開(kāi)火的直接

51、作用；（3）植物能耐受火燒后的環(huán)境。高溫造成植物新陳代謝紊亂、 蛋白質(zhì)變性、 油脂移動(dòng)性以及化學(xué)成分變化從而對(duì)植 株產(chǎn)生損害（ Whelan ，1995）。溫度與植物組織細(xì)胞死亡的關(guān)系是復(fù)雜的。 如果滯留時(shí)間短， 即使是高強(qiáng)度火燒造 成的高溫火焰對(duì)植物細(xì)胞組織造成的損害也不及以較低的溫度持續(xù)較長(zhǎng)的損害。對(duì)于給定溫度，植物組織細(xì)胞死亡取決于（1）熱源作用時(shí)間長(zhǎng)短；（2）細(xì)胞所處狀態(tài)，即是否處于充水和新陳代謝活躍階段。在植物生理休眠期進(jìn) 行的火燒比在新陳代謝活躍期進(jìn)行的火燒對(duì)植物造成的損害要小得多。處于休眠、 失水狀態(tài)下的植物組織比新成代謝活躍、 高度充水的植物組織耐熱處理 的能力要強(qiáng)得多。有人做

52、過(guò)實(shí)驗(yàn)，完好的、有堅(jiān)硬外種皮的種子在120C溫度下燒烤30分鐘照樣具生活能力，而類(lèi)似的種子在弄破外皮 (允許充水 )的情況下在沸水中僅10 分鐘就失去生命力 (Levifl, 1972)植物組織細(xì)胞的耐熱水平也受其所處部位不同而變化。 總的說(shuō)來(lái)， 典型的中生植物 細(xì)胞的熱致死溫度在 50-55 C之間(Hare, 1961)。實(shí)際上， 在現(xiàn)實(shí)的火燒中， 植物體的關(guān)鍵性組織是受到各種各樣的保護(hù)的。 如形成 層和分生組織細(xì)胞受樹(shù)皮保護(hù)， 地下莖及分生組織細(xì)胞受土壤保護(hù)， 頂尖分生組織甚至 僅憑其高度就可以避免滅頂之災(zāi)。由于用計(jì)劃燒除管理針葉林分的需求， 北美地區(qū)在 30-50 年代對(duì)樹(shù)皮的絕熱性能

53、進(jìn) 行過(guò)大量研究 (Spalt, Reifsynder, 1962)，各種研究表明形成層細(xì)胞達(dá)到致死溫度所需時(shí) 間是樹(shù)皮厚度和樹(shù)皮熱屬性的函數(shù)(Whelan,1995)。Hare(1965)進(jìn)行的研究表明；所有被試樹(shù)種的形成層達(dá)致死溫度(60C )所需的時(shí)間與樹(shù)皮厚度成指數(shù)函數(shù)關(guān)系并表現(xiàn)出種間差異。另外，形成層細(xì)胞到達(dá)到60 C所需的時(shí)間還同形成層細(xì)胞起始溫度有關(guān) (Hare,1961),所以從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)， 樹(shù)木冬季抗火燒的能力比夏天要強(qiáng) (Caly, 1932)。當(dāng)然 冬季樹(shù)木比較抗火還有其它生理等方面的原因。總的說(shuō)來(lái)， 樹(shù)皮形成層所受的高溫?fù)p害取決于火燒強(qiáng)度； 火峰蔓延速度； 樹(shù) 皮厚度；

54、樹(shù)種；樹(shù)木生長(zhǎng)季節(jié)。Hare等人(1964)的研究表明在一切順風(fēng)火中，盡管皮的最高溫度高達(dá) 800C,由于在7分鐘內(nèi)火焰就已過(guò)去，去卩只引起了形成層極小的溫 度變化，由20 C升到40 C然后又會(huì)到20 C。草本植物通過(guò)將頂芽埋在草叢中的辦法避開(kāi)火的直接灼燒。 其它喬木等也有類(lèi)似的 將頂芽埋藏起來(lái)的機(jī)制來(lái)避開(kāi)高溫灼燒。除樹(shù)皮外，樹(shù)木的根以及灌木等的地下莖也是很好的防火器官。如前所述，地下5cm 處受火的影響就已微小， 在地上部分被燒掉后， 許多植物尤其是灌木可以通過(guò)埋在 地下的根或莖上的芽抽條萌發(fā)。 在特定高溫灼燒后植株萌條的能力取決于根、 莖埋藏深 度、火燒頻率、火燒季節(jié)和物種。植株的有些部

55、分如種子、 頂芽?jī)H憑其高度就可以使其不受火燒傷害。 植物被燒焦的 高度與火線(xiàn)火強(qiáng)度相關(guān)。對(duì)于種群來(lái)說(shuō)， 這種保護(hù)是具有十分重要的意義的， 但對(duì)于單個(gè)植株來(lái)說(shuō)， 則只有 當(dāng)主干部形成層也同時(shí)受到保護(hù)的前提下， 高度的這種保護(hù)作用才有意義 (Rundel,1973)。因?yàn)槿绻ㄍ康木S管束中斷，則樹(shù)冠即使被保護(hù)下來(lái)也無(wú)甚意義。Fahnestoch和Hare(1964)發(fā)現(xiàn)盡管地面以上 30cm處樹(shù)皮溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) 500 C,但該高 度形成層溫度很少達(dá)到致死溫度(60C )。但是，樹(shù)干基部的燒傷卻可以抵消這種效果。所以在計(jì)劃燒除中， 要特別考慮樹(shù)干基部可燃物堆積造成的影響， 另外在諸如馬尾松這 樣

56、的主要產(chǎn)脂樹(shù)種林分內(nèi)進(jìn)門(mén)計(jì)劃燒除時(shí)應(yīng)充分考慮割脂部位(通常在樹(shù)木胸高處以下 )的劇烈燃燒情況。植物花期是對(duì)火燒特別敏感的時(shí)期， 這個(gè)時(shí)期的火燒可能會(huì)消除當(dāng)年的種子， 但是， 植物開(kāi)花結(jié)實(shí)都有大小年現(xiàn)象，在大年開(kāi)花時(shí)節(jié)進(jìn)行的火燒對(duì)物種的繁殖影響就大一 些。不過(guò)，在實(shí)行計(jì)劃燒除以消除某些雜草或不需要的種類(lèi)時(shí)也可以利用這一點(diǎn)。植物種子是植物生活史中最能對(duì)抗火燒的階段。 種子尤其是休眠期的種子的細(xì)胞都 處于一種不活躍、 失水的狀態(tài)， 這兩個(gè)特點(diǎn)都有利于種子度過(guò)高溫傷害。 在一次實(shí)驗(yàn)中， 豆、向日葵和小麥種子用 70-90 C溫度烤4小時(shí)仍能發(fā)芽(Beadle 1940)。 Beaufait(1960) 將杰克松種子置于 370C條件下達(dá)15秒之久，其生活力并無(wú)顯著變化。當(dāng)然，不能以 此來(lái)斷定種子在自然火燒中的幸存能力。實(shí)際上，掉在枯技落葉層的種子肯定被燒光。 種子能不被火燒死要靠?jī)蓷l途徑：( 1 )被埋在土壤中； (2)被包在樹(shù)冠層的果實(shí)里來(lái)避開(kāi)直接火燒。火燒對(duì)土壤溫度的影響隨深度迅速下降， 從而為種子提供了一個(gè)潛在的避難所， 人 們普遍觀察到火燒后火燒跡地出現(xiàn)大量發(fā)芽的情況 (Whelan, 1995)。但是， 種子成活與發(fā)芽、 埋藏深度、 火強(qiáng)度和火燒類(lèi)型以及土壤溫度的關(guān)系是很復(fù) 雜的(Gill, 1981)。首先，根據(jù)火強(qiáng)度