计划烧除对森林生态系统的影响及其应用研究综述

2016-02-02张清张红梅

自然保护地 2016年4期

关键词：火烧森林计划

张清张红梅

（1江苏省常州市金坛区农林局 213200；

2浙江省杭州市园林文物局钱江管理处 310008）

计划烧除对森林生态系统的影响及其应用研究综述

张清1张红梅2

（1江苏省常州市金坛区农林局 213200；

2浙江省杭州市园林文物局钱江管理处 310008）

计划烧除,又称“计划火烧”，是森林防火工作中一项科学预防森林火灾的重要手段。计划烧除以低成本、可控制的手段对森林可燃物、森林病虫害进行积极干预，从而达到预防森林火灾发生，改善林分生长条件的目的。从森林土壤、森林植被、森林生物、森林碳贮量、森林地表径流五个方面阐述了计划烧除对森林生态系统的影响，进而提出计划烧除在改善森林生态系统中的应用探讨，为计划烧除在森林防火工作中的推广应用提供理论基础。

计划烧除；森林防火；森林生态系统

火对森林生态系统影响具有两面性，是森林生态系统重要的干扰因子之一。高强度火烧可迅速毁灭森林，严重破坏生态系统平衡；低强度火烧不会超过森林生态系统的自我调节能力，不仅可降低森林燃烧性，还会促进森林生态系统内部的营养物质循环和能量流动，促进森林生态系统的良性循环，保护自然生态系统[1-2]。

1 计划烧除

计划烧除是有目的、有计划、有控制、有步骤的利用低强度火烧的有利方面，在规定林区内烧除累积过多的可燃物，预防森林火灾，改善林分生长条件的一项重要营林措施[3]。

1.1 计划烧除的作用

通过低强度火烧，减少有害可燃物载量，打破可燃物连续分布状态，降低火灾危险性，达到以火防火的目的；同时火烧促进凋落物的分解转化，增加土壤养分，改善林地卫生状况，提高林地生产力，改善植物生长营养空间，防治病虫害，促进林木更新和成长。计划烧除变火害为火利，不仅保护了森林资源，对生态系统平衡也有积极的促进作用[4]。

1.2 计划烧除时间及方式

影响火烧火行为的因素主要有环境、火烧时间、森林类型和林分经营状况等，计划烧除成功与否与天气条件及可燃物状况有关，要正确把握火烧关键时机，在温度、湿度、风向、风速、植物含水率等适宜的时间和季节进行[4]。

根据计划烧除的专业技术特点，我国已有营林用火技术规程标准，指导各地科学有效地进行计划烧除。一般来说，计划火烧选在火险等级三级以下、风力三级以下的天气；计划烧除点烧方式有带状点烧、棋盘式斑点式点烧、“V”字型点烧、中心点烧、顺风点烧、逆风点烧、侧风点烧、林内枝丫堆点烧[3]。

2 计划烧除对森林生态系统的影响

2.1 对森林土壤的影响

2.1.1 对土壤理化性质的影响

火烧将使土壤温度升高，将可燃物及土壤有机质分解，增加土壤速效性养分，张敏认为低强度火烧减少土壤密度，增加土壤孔隙，但降低了土壤团粒结构，影响土壤的持水保肥能力，低强度火烧后4～11年土壤结构得到不断改善[5]。张立存等通过堆烧方式研究表明，低强度火烧有利于土壤养分改善，火烧后土壤pH值持续升高，有机质、有效氮、速效钾、速效磷含量增加[6]。杜嘉林等发现，熏黑高度1.5m以下的低强度火烧主要影响土壤表层，火烧后土壤孔隙度、土壤有机质先减少后增加，氮元素含量显著减少，而钾、磷、钙、镁等增加，3年后土壤氮、钾、磷、钙、镁等与未烧林分基本一致，并表示进行计划火烧对森林有一定的保护作用[7]。而谷会岩等研究表明，不同强度火烧20年后土壤碳、氮、磷、钾含量均低于未烧林地土壤[4]。周梅等研究发现，计划烧除造成局部低温和气温的增加，加速大兴安岭表层冻土的融化，扰动冻土环境，使森林发生次生演替，同时计划火烧燃烧湿地土壤有机质，影响土壤团粒结构，降低土壤保水能力，容易引起林地沼泽化[8]。

2.1.2 对土壤微生物的影响

张立存等在梅岭国家森林公园进行不同火烧持续时间微生物数量研究发现，由于低强度计划火烧后土壤温度升高、pH值升高，土壤腐殖质的增加，为微生物的生长繁殖提供了良好的生长环境，细菌、放线菌及真菌等土壤微生物数量在低强度火烧后6个月逐渐恢复，且真菌和放线菌数量超过未烧之前，尤其火烧持续30分钟最佳[9]。郑琼等研究不同林火强度对土壤微生物功能多样性的影响结果表明，低强度火烧能提高微生物物种丰富度、物种优势度及群落均匀[10]。

2.2 对森林植被的影响

2.2.1 对森林更新和植被生长的影响

进过计划烧除，清除杂草、杂灌、杂木等，降低郁闭度，增加光照，提高土壤温度，促使凋落物变为林木生长发育所需的养分，提高土壤肥力，改善林地条件，促进维持森林群落的自我更新，益于林木生长和林分质量的提高，尤其是喜光植物和耐火植物[11]。朱利英等对计划火烧苏铁林土壤理化分析表明，土壤有机碳、硝态氮、铵态氮含量显著提高，微生物量C、N含量也略有升高，为苏铁快速恢复生长提供了有利条件[12]。刘广菊[13]等点烧杨桦林采伐迹地后进行幼树更新调查发现，火烧后4年杨桦幼苗更新增加25%以上，且经过10余年即可郁闭成林。美国[14]利用间伐和计划烧除两种方式减少橡树林伴生树种，为橡树果萌发和幼苗生长提供良好的光照环境和土壤肥力，促进了橡树林更新。杨道责等对云南松林计划烧除研究发现，火焰高度在1m以下，火蔓延速度1.5m/s以下，火强度在350kw/m的低强度火烧后一年，林木树高增长量及径增长量均较未烧林木有所增加，灌木密度和盖度及草本盖度也增加；而火焰高度高于2.5m、火蔓延速度3.5m/s以上、火强度在3000kw/m以上的高强度火烧，林木生长、林下幼树、灌木及草本均会受到影响[15]。

2.2.2 对森林植物多样性的影响

计划火烧改变了林分局部生态环境，如光照、温度、生存空间等，使原来难以萌发或原来没有的植物生长和入侵，增加林内植物多样性，部分植物由于火烧后基因改变以适应新环境，从而增加植物遗传多样性[16]。陶庆等对云南思茅松林计划烧除研究发现，烧除后林分郁闭度减小，光照增加，有利于林下植物的生长和外部植物的进入，增加了物种多样性[17]。曹慧等研究表明，不同强度火烧后油松林林下植被物种组成、重要值和多样性均比未烧林分上升[18]。

2.3 对森林生物的影响

2.3.1 对野生动物的影响

计划火烧通过促进林下植物生长，提高动物食物质量，进而提高生境的利用，增加动物区系多样性[19-20]。张蕾认为，火烧通过影响植被、土壤等野生动物栖息环境，间接影响了野生动物种类和分布及捕食关系[21]。魏志锦等认为，计划烧除对野生动物栖息地影响以积极影响为主，可改善某些珍稀野生动物的食物质量与数量，有效保护生物多样性[22]。杨鸿培在西双版纳进行计划火烧并研究了大型食草哺乳动物如亚洲象、野猪、水鹿、野牛等动物群落结构及动态中表明，烧除后，林下草本、幼树的数量和种类增加，进而增加了食草动物的食源供应，而动物群落的多样性、优势度、均匀度均有所增加[20]。武子文等研究表明，周期计划火烧在一定程度上能保持蚂蚁群落较高的多度和较稳定的物种多样性水平[23]。

2.3.2 对森林病虫害的影响

通过计划烧除清理病虫害木等病虫源物，同时清理倒木、杂草、杂灌、杂藤、杂木等杂乱条件，起到透光伐、卫生伐等作用，减少病虫害传播，减少林木竞争，促进主要树种生长，变腐殖物为肥料，增加土壤养分，改善了林地卫生和林地肥力条件，进而控制森林病虫害大面积爆发。孙丽娟等通过计划烧除地表的病落叶烧除，能有效减少和防治落叶松落叶病[24]。桂俊文等对虫害木采伐迹地进行计划扫除研究表明，烧除后大大降低了采伐迹地内虫口密度，病虫害明显减少，且几乎烧毁了病虫害的病源物和传染源，防止病虫害传播和蔓延，但1年后鞘翅目害虫和鼠害又有所上升，应加强营林措施[25]。

2.4 对森林碳贮量的影响

计划烧除是一种以小规模泄漏换取更大森林碳汇与固碳效能的森林管理模式，烧除后短期内森林碳汇能力受到严重破坏，但可将碳贮量以枯落物等形式转化成养分固定在土壤中，进而促进森林更新，提高生态系统生产力，增加植被和土壤碳储量，达到森林固碳增汇效果[26-27]。高仲亮等[11,28]研究比较了计划烧除和常规营林两种营林方式碳贮量，其林下枯落物载量和细小可燃物载量没有明显区别，而计划烧除增加了腐殖质层的厚度和载量，分别较常规营林增加0.527cm和38.526t/hm2；而后，高仲亮[26]等通过演算，认为计划烧除四年后林下植物即可完成对计划烧除所释放的CO2的吸收固定。

2.5 对森林地表径流的影响

马志贵等对四川凉山云南松林进行计划烧除林地水土流失量进行测定，发现计划烧除水土流失量与林地坡度相关，虽引起水分流失量和土壤流失量增加，但其环境生态负效应影响与常规林相比不显著，远低于水利部门规定的最低允许流失量标准，远低于火灾迹地水土流失量，且3年内可恢复[29]。顾香凤等对在黑龙江省林场的营林用火研究也表明，营林用火对地表径流虽有所增加，但影响不明显，且两个月后可逐渐恢复[30]。

3 计划烧除的应用探讨

森林火灾严重干扰了林分生长，对野生动物、空气环境、水土流失等造成难以挽救的破坏，但完全摈弃火也会对森林带来消极影响。森林可燃物是林火发生的物质基础，随着植物生长、季节变化，森林可燃物来不及完全分解，贮量不断增大，增加了林火发生危险。火对森林生态系统是有利还是有害，取决于火烧时间和火强度，经过计划烧除，去除下层杂乱植物和过多枯落物，降低森林火灾发生的可能性，发挥林火的生态效益，对森林生产力、生物多样性和稳定性、森林更新及演替、森林固碳效益等起着重要作用。

计划火烧是一种低成本、见效快的防火方式，但计划烧除一旦控制不好，容易出现“跑火”，从而引起森林火灾。因此，如何利用和发挥好计划烧除，促进森林生态系统平衡显得尤为重要。通过上述对计划烧除在森林生态系统中的影响分析，本文认为计划烧除可用于以下森林状况：（1）可燃物积累快分解慢、人为和雷击火多容易发生火灾的林分和地区，可迅速降低可燃物储量，减少高强度火灾风险；（2）残破次生林，林地生产力低的林分，可改善土壤养分状况或促进难萌发种子萌发，促进林分更新生长或造林，尽快地恢复森林群落多物种、多种群稳定结构，在最短的时间内恢复森林生态系统的功能；（3）病虫害或有害植物，可提前进行计划烧除，减少或消灭病虫物及有害木，并提供速效养分供下一步新造林健康成长；（4）对适宜林下经济的林地实施计划烧除，提供林下经济作物生长所需的营养和生长空间，促进林下经济作物增产，进而提高林农收入；（5）通过计划烧除，可选育抗火性强且能够遗传的树种，提高森林的防火功能；（6）在适宜地区利用火烧增加野生动物食物来源，扩大动物种群生态位，保护野生动物栖息地，进而增加野生动物数量和多样性。

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