森林火灾与气候变化

郭天峰，周宇飞

（1.广东省航空护林站（广东省林火卫星监测中心），广东广州，510520；2.广东省林业科学研究院，广东广州，510520）

森林火灾与气候变化

郭天峰1，周宇飞2

（1.广东省航空护林站（广东省林火卫星监测中心），广东广州，510520；2.广东省林业科学研究院，广东广州，510520）

森林是生态系统中重要的碳库，森林火灾使森林碳库遭受重大损失，对全球气候变化产生重大影响。研究了国内外森林火灾碳排放及其计量技术，评价了森林火灾对气候变化的影响，并指出了应对气候变化的森林防火对策。

森林火灾；气候变化；碳排放

森林是陆地生态系统中最大的碳库，贮存了全球陆地生态系统地上80%以上的碳贮量和陆地地下40%的碳贮量。保护和管理好森林，则可增强森林对碳的吸收，充分发挥森林的碳汇作用，不仅可遏制和减缓全球气候变化，而且可以美化和改善环境，充分发挥森林的生态、社会、经济和文化等多种巨大功能和效益。森林火灾是森林面积减少的主要原因之一。森林火灾使森林面积减少，降低森林的碳汇功能，森林碳库遭受巨大损失，增加了大量碳排放，对全球气候变化产生重大影响，成为全球共同关注的焦点[1]。

1 森林火灾碳排放

1.1世界森林火灾碳排放

对火灾释放含碳气体的估算主要是在高纬度的北方针叶林地区和赤道热带雨林地区（包括热带大草原），这两个植被带被认为是含碳气体排放的两个主要源[2]。北方和温带林地区受天然火灾的影响较大，热带地区主要是人为影响的结果，其中刀耕火种的生产方式和对森林采伐的影响较大。Auclair用有效可燃物模型估算北方林区森林火灾排放的CO2，CO，CH4和NMHC的量分别为235Tg/a，21Tg/a，1.4Tg/a和0.7Tg/a[3]。Van der werf运用TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mis⁃sion）卫星数据以及CASA（Carnegie-Ames-Stan⁃ford-Approach）生物地球化学循环模型估算出1998-2001年热带地区林火和木材燃烧所直接释放的总碳量为每年2.6PgC，另外由于林火间接释放的碳量为每年1.2PgC，林火所造成的直接或间接的总碳损失占热带或亚热带净初级生产量的9%[4]。

1.2我国森林火灾碳排放

北方林在我国主要分布在东北的大小兴安岭和长白山地区，田晓瑞等[5]对我国1991-2000年森林火灾直接释放碳量进行的估算表明，我国森林生物量的消耗主要是寒温带森林火灾造成的。胡海清等[6]估算了大兴安岭林区1980-1999年20年各乔木树种的火灾释放碳量，发现落叶松林燃烧释放的碳最多，约占总释放量的2/3；其次为白桦，约占总释放量的1/4；其他树种较少，约占释放量的1/12[6]。

王效科等[7]用有效可燃物模型法,以我国省（直辖市、自治区）为单位，对我国森林火灾释放的CO2、CO和CH4平均每年排放量进行了研究，认为这3种气体的释放量主要是由火灾面积决定的，黑龙江、内蒙古和云南3省区的排放量占全国的80%以上。田晓瑞等[5]用有效可燃物模型法，采用林火统计数据和生物量研究资料，对我国1991-2000年森林火灾生物量年均损失进行了估算，并估算了燃烧直接排放碳及CO2，CH4和烟雾颗粒物的量。

2 森林火灾碳排放研究进展

2.1森林火灾碳排放计量技术进展

目前，国内外对森林火灾排放碳量和含碳气体排放量的计量主要集中于大尺度研究，对小尺度的计量研究不多，而且主要集中于火灾多发区。对火灾碳排放的估算主要应用平均生物量数据，而不是应用每次火灾实际消耗量，对于林型不同而导致火灾碳排放的差异研究不够深入，对燃烧效率和排放因子及排放比的测定未形成一套相对量化的标准，主要是通过实地调查进行估测。

1）小尺度森林火灾碳排放计量模型。①森林火灾总碳排放计量模型，1980年，Seiler[8]和Crut⁃zen[9]提出了森林火灾燃烧损失生物量的计量方法，即森林火灾损失生物量计量模型；②森林火灾含碳气体排放计量模型，森林火灾含碳气体排放计量的前提是通过有关公式计算出森林火灾所排放的总碳量，再利用排放比法或排放因子法进行含碳气体排放量的计量。

2）大尺度森林火灾碳排放计量模型。目前，对大尺度森林火灾碳排放的计量，主要是通过小尺度研究得出相应计量参数，然后进行尺度扩展，外推到大尺度的森林火灾碳排放计量中。①使用高分辨率遥感影像估测森林火灾面积和可燃物载量。②利用高分辨率遥感图像估测森林火灾的燃烧效率。③通过大量室内燃烧试验和野外空中采样来确定排放因子和排放比。

2.2各类森林的火灾碳排放估测

不同区域的森林不但具有不同的可燃物数量，而且火灾的起源差异很大，一些学者估算了森林火灾所释放的总碳量、CO2、CO、CH4和NMHC气体量。无论哪种气体，热带的排放量是温带和北方林区的几倍。由于大多数情况下，排放的总碳量中，以CO2形式排出的占90%，因而CO2的排放量和排放的总碳量在数值上相差不大，从森林火灾排放的CO2、CO、CH4和NMHC的量，热带林区分别为2900TgC/a、207TgC/a、15.3TgC/a和42.7TgC/a。温带和北方林区分别为235TgC/a、21TgC/a、1.4TgC/a和0.7TgC/a。全球总的森林火灾排放CO2、CO、CH4的总量分别为3135TgC/a、228TgC/a和167TgC/a，分别为全球所有排放量的45%、21%和44%。这里需指出的是对热带的火灾释放量估计中包括了草原火灾和农作物废弃物的燃烧[10]。

3 森林火灾对气候变化的影响

3.1森林火灾的生态影响

森林火灾对生态系统的影响机制复杂，除了直接排放碳和含碳气体、造成生态系统碳的净损失以及影响大气碳平衡外，还会对生态系统碳循环过程、土壤的物理化学性质、生物过程产生间接影响，其间接作用是通过改变生态系统组成、结构和功能来影响对碳的排放和吸收，主要表现为改变生态系统年龄结构、物种组成与结构、叶面积指数，从而影响生态系统净初级生产力，对火烧迹地恢复过程中的碳收支产生重要影响，进而对全球碳循环产生重要作用。

值得注意的是，由于我国钢铁生产企业各自的操作规程不同，炉批材料的成分和性能也不一致，虽都符合材料标准，但波动范围大，材质的一致性、均匀性和稳定性较差。同时，国内钢铁生产企业众多，各自技术水平、设备生产能力不同，导致航空用钢铁材料的性能数据较为分散，离散系数大[9]。

森林火灾对森林生态系统碳循环的间接影响还表现在火烧迹地土壤呼吸的变化，火后未完全燃烧可燃物由于分解作用而产生的碳排放，以及火后植被恢复中对碳的吸收与排放等方面。Amiro等[11]研究发现，火灾后对生态系统CO2通量产生重要影响。Auclair等[3]对高纬度北方林火后的碳通量进行研究，发现火后的间接碳排放是火中直接碳排放的2倍多。Dixon等[12]对俄罗斯的火后碳排放进行研究发现，其间接碳排放是直接碳排放的2倍。许多学者在研究森林火灾碳排放时发现，由于可燃物的不完全燃烧而产生的黑炭（black carbon）在生态系统碳循环中具有碳汇功能。

3.2森林火灾对气候变化影响评价

森林经常受到火灾的危害，在诸多危害森林的因子中火灾是破坏性最大的一个因子。火对大气中的温室气体和气溶胶的增加有显著影响，对于全球大部分区域森林生态系统而言，它是一个很重要的干扰因子。气候变化与林火行为之间有着非常紧密的联系。气候变化会通过对森林植被和可燃物类型与载量的影响来改变林火行为。同时，森林燃烧产生的温室气体又对气候变化产生反馈作用。森林火灾是CO2的重要来源，不但影响到全球温室气体减排目标的实现，更关系到社会经济的发展。气候变化反过来又增加森林火灾发生概率，这是因为气候变化引起了动植物种群变化和植被组成或树种分布区域的变化，从而影响林火发生频率和火烧强度，林火变化又会促进动植物种群改变，温度升高和降水模式改变会增加干旱区的火险，火烧频度加大；气候变化影响人类的活动区域，并影响到火源的分布；气候变化还会增加一些极端天气事件与灾害的发生频率和量级，极端干早事件常常引起森林火灾大爆发。未来气候变化特点是气温升高、极端天气/气候事件增加和气候变率增大。此外，天气变暖会引起雷击和雷击火的发生次数增加，防火期将延长。因此，林火与气候变化成为近年来林火研究领域的热点问题。

3.3充分认识森林防火在碳减排增汇中的作用

森林火灾碳排放量在全球碳排放中具有举足轻重的作用。森林火灾所造成的温室气体排放对大气碳平衡及全球气候变化具有重要影响。森林火灾释放碳量在某些年份甚至与化石燃料燃烧所释放碳量相当。森林火灾的发生不仅会在短期内将储存在植被体中的碳释放到大气中，而且由于土温升高而加速了土壤的碳释放，而后者往往产生更大的碳释放。森林火灾已经成为全球碳排放的主要来源。从世界范围来看，以澳大利亚为例，澳大利亚每公顷林地储存的CO2约为50到80t。MarkAdams的研究表明，澳大利亚在2003年以及2006至2007年度发生的森林火灾大概向大气中释放了1.05亿tCO2。澳大利亚全国每年的CO2排放总量大约为3.3亿t，这样根据科学家估算，澳大利亚近几年来森林大火造成的碳排放已经相当于该国一年CO2排放总量的1/3。

加强森林防火成为全球实施低碳发展战略的重要措施，要充分认识森林防火在碳减排增汇中的重要作用。森林植被包括森林土壤在增汇减排上具有特殊不可替代的作用。而森林火灾使森林由碳汇变成碳源，把森林碳库变为巨大的碳排放源。森林火灾产生大量碳排放，从而影响全球气候变化，越来越受到世界各国的关注。加强森林防火工作，减少森林火灾发生，减少森林碳排放已经成为世界各国共识。森林防火工作受到世界，尤其是发达国家的高度重视。我国高度重视森林防火工作，积极实施低碳发展战略。我国森林防火在实施低碳发展战略、履行国际公约、应对气候变化中发挥着独特的作用，为提升我国林业国防话语权，维护国家权益作出了重要贡献。2010年9月国家林业局时任局长贾治邦在全国森林公安森林防火工作会议上的讲话指出：“十一五”期间，我国森林火灾年均受害率为0.7‰，远低于3.5‰的历史平均水平，同时也远低于同期世界林业发达国家的水平，相当于每年减少了4/5的森林火灾碳排放，保持了4.5亿t的固碳能力，为世界各国履行《国际气候公约》作出了表率。

4 应对气候变化的森林防火对策

4.1更加注重“防”，最大限度减少森林火灾

林业在应对气候变化，实施低碳发展战略中具有特殊不可取代的作用。森林防火要在林业低碳发展战略中发挥重要的作用。实施低碳发展战略对森林防火的根本要求就是最大限度减少森林火灾，减少碳排放，保护和提高森林的碳汇功能。因此，实施低碳发展战略，要求更加注重森林火灾的预防，最根本的措施就是在“防”字上下工夫。

强化预防为主的方针，除强化常规森林防火工作措施外，应特别注意加强火源管理，要“严”字当头，严格落实火源管理，严格用火执法；要强化基层防火责任制，责任落实到具体山头、地块，落实到护林人员；要创新森林防火措施，针对不同野外火源及其产生的人群，采取相应的宣传教育方式；要完善林火预警，监测体系，把森林防火工作落实到“早”字上，最大限度缩短对森林火情反应的时间。

4.2更加突出“快”，最大限度减少森林受害率

森林火灾应急处置，从“快”字下工夫，也就是要实现“打早、打小、打了”，从而最大限度减少森林受害率，减少碳排放，有效保护森林生态安全。因此，突出快速应急处置森林火灾是森林防火实施低碳发展战略的根本手段。

实现快速应急处置，最大限度减少森林受害率，应当建立森林火灾快速应急处置体系。快速处置应当建设以林火监测体系为前提，以配套基础设施建设为基础，以消防队伍建设为主体，以消防手段建设为重点，以指挥系统建设为关键，以制度建设为保障，全面提高森林防火装备水平、改善基础设施条件，增强预警、监测、应急处置和扑救能力，实现火灾防控现代化、管理工作规范化、队伍建设专业化，扑救工作科学化，使森林受害率降至最低。

应当从广东森林防火实际出发，建设森林防火监控体系、林火扑救指挥系统、森林消防阻隔系统、森林消防扑火道路系统、森林消防物资储备和队伍建设系统，形成覆盖广东省林地的森林防火网络体系，形成森林火灾快速应急处置体系。

4.3重视低碳防火技术研究与应用

实施低碳发展战略，森林防火工作要在预防和扑救上采取积极有效的措施，减少森林火灾，减少森林火灾受害率，达到减少碳排放的目的，同时要重视低碳防火技术的研究与应用。

低碳森林防火技术主要包括生物防火技术（如高效碳汇防火林营建技术，生物防火阻隔网络技术等）；森林可燃物低碳管理技术（如加速地被物转化为土壤有机质的技术，造林地剩余物低碳处理技术等）；森林火灾低碳扑救技术（如低碳高效扑火机具研制与应用，利用自然水源水体构建消防用水体系，森林消防阻燃剂研制及应用技术等）。

4.4建立低碳森林防火制度和评价体系

实施低碳发展战略是科学发展的全新理念，对森林防火提出了新的要求。森林防火应当在理念、观念和制度等方面有所创新，以适应这个新的要求。因此必须建立全新的低碳森林防火制度和评价体系：①研究森林火灾碳排放评估技术；②把森林火灾碳排放纳入地方经济发展的节能减排核算；③建立森林火灾碳排放绩效办法及奖惩办法；④鼓励应用低碳森林防火技术，用经济机制推动低碳森林防火技术发展。

[1]胡海清，魏书精，金森，等.森林火灾碳排放计量模型研究进展[J].应用生态学报,2012,23(5)：1423-1434.

[2]赵凤君，舒立福，姚树人.森林火灾碳排放估算方法与研究进展[J].森林防火,2013(1)：25-29.

[3]Aulair A N D, Carter T B. Forest wild fires as a recent source of CO2 at northern latitudes[ J]. Canada Journal of Forest Research, 1993,23：1528-1536.

[4]Van der Werf G R.Interannual varability of global biomass burning emissions from1997to2004[J]. Atmospheric Chemistry and Physics Discussion,2006, 6：3175-3226.

[5]田晓瑞,舒立福,王明玉.1991-2000年中国森林火灾直接释放碳量估算[J].火灾科学,2003(12)：6-10.

[6]胡海清,孙龙,国庆喜.大兴安岭1980-1999年乔木燃烧释放碳量研究[J].林业科学,2007，43（11）：82-88.

[7]王效科,冯宗炜,庄亚辉.中国森林火灾释放的CO2、CO、CH4研究[J].林业科学,2001，37（1）：90-95.

[8]Seiler, W, P.J.Crutzen, Estimates of gross and net fluxes of carbon between the biosphere and the atmosphere from biomass burning[J].Climate Change,1980,2：207-248.

[9]Crutzen P J, Andreae M O. Biomass burning in the tropics：impact on the atmospheric chemistry and biogeochemical cycles[J].Sc-ience,1990(250)：1669-1678.

[10]王效科.森林火灾释放的含碳温室气体量的估计[J].环境科学进展,1998(6)：1-15.

[11]Amiro B D, Todd J B, Wotton B M. Direct carbon emission s from Canadian forest fires,1959-1999[J]. Canada Journal of Forest Research,2001,31：512-525.

[12]Dixon,R.K,O.N.Krankina,Forest fires in Russia：carbon dioxide emission to the atmosphere,,[J].Can.J.For.Res, 1993,23：700-705.

（责任编辑：韩焕金）

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2015-06-04