疏伐对北京西山林场刺槐林可燃物特征及碳储量影响研究

杨思琪, 朱敏, 刘晓东



疏伐对北京西山林场刺槐林可燃物特征及碳储量影响研究

杨思琪, 朱敏, 刘晓东*

北京林业大学林学院, 北京 100083

研究选取北京西山林场刺槐林()为研究对象, 通过对照组 CK和处理组L、M和 H(疏伐强度分别为0%, 15%, 35%,50%)四种处理, 对疏伐后刺槐林可燃物进行调查, 对不同强度疏伐刺槐林林地上部分碳储量进行计算, 并利用BehavePlus林火模型对地表火行为指标进行计算, 探讨不同疏伐强度对刺槐林可燃物、碳储量以及潜在火行为的影响。结果表明,(1)不同疏伐强度的刺槐林的可燃物分布中, 均以0—2 m层可燃物负荷量为最大, 分别为1.29 kg·m–2, 1.40 kg·m–2, 1.57 kg·m–2, 1.89 kg·m–2, 呈现出可燃物负荷量随疏伐强度加大而增加, 即, H >M>L>CK; 随着高度的增加, 可燃物负荷量主要分布冠层在5—8 m; (2)不同强度疏伐对刺槐人工林各组分的碳储量影响显著, 中度疏伐更有利于刺槐林中的碳储量积累, 其碳储量值最大, 为17.50 t·hm–2; (4)林分火蔓延速率、火线强度、火焰高度及单位面积发热量均与疏伐强度相关, 疏伐后火行为指标值大幅下降, 其中高强度疏伐(H)后, 林火的蔓延速率, 火线强度为以及火焰强度最低。研究结果可为研究地区的森林可燃物管理以及森林可持续经营提供科学依据。

刺槐; 疏伐; 可燃物特征; 碳储量; 火行为

1 前言

森林火灾是世界范围内森林防灾减灾的重点关注内容[1]。随着全球气候变暖以及极端天气的频繁发生, 森林防火形势非常严峻。如何有效的降低森林火灾的发生率, 对保持森林可持续发展, 减少碳排放量以及经济损失都有着重要的意义[2]。森林火灾发生需具备可燃物、氧气和一定的温度三种要素[3]。其中, 可燃物是森林火行为发生的重要物质基础, 与其他两个林火必备元素相比较, 对森林可燃物实施合理的管理措施更方便、更有可操作性[4]。实践证明, 通过对森林可燃物进行管理, 是世界各国控制火灾发生和蔓延的重要措施, 可有效降低林火发生概率及潜在火行为, 从而减少林火造成的危害[5]。森林可燃物管理措施包括计划烧除、机械清楚、疏伐和计划火烧等[6]。其中, 疏伐是森林可燃物调控中最为常用的一种措施[7]。

通过疏伐, 可改变林分的结构, 影响林分郁闭度和林下小气候, 进而影响林下火环境[8]。疏伐不仅起到降低林火发生和潜在火行为的目的, 疏伐对森林火灾蔓及树冠可燃物特征也会产生一定的影响[9-10]。此外, 疏伐也会直接影响到林分的碳储量[11]。近年来, 疏伐作为森林培育的重要经营措施, 也成为改善森林碳汇量的措施之一, 引起了人们的广泛重视[12]。目前, 关于森林可燃物管理的研究内容, 多集中在计划火烧及可燃物的分布特征方面[13-14]。潜在火行为方面的研究多集中在通过模型进行林火行为的预测等[15-18]。而关于不同疏伐强度处理后, 对林分可燃物特征、碳储量及潜在火行为的影响研究相对较少[19-20]。

刺槐(), 豆科刺槐属落叶乔木, 是北京西山地区的主要林分类型。本研究在西山林场设立疏伐与未疏伐的林分样地, 通过野外样地调查, 针对不同疏伐强度对刺槐的可燃物特征、碳储量及可燃物特性的影响, 对疏伐抚育前后可燃物分布特征进行研究, 旨在为林场的可燃物管理及森林可持续经营提供科学依据。

北京市西山林场地理坐标为东经116°28′, 北纬39°54′[21], 平均海拔为300—400 m, 土壤类型主要为褐土。年平均气温在11.6 ℃, 年平均降水量630 mm[22]。西山林场冬春干旱多风, 属暖温带大陆性季风气候区, 易发生火灾。西山林场的森林主要是由人工纯林和针阔混交林组成。主要乔木树种包括油松()、侧柏()等针叶树种以及以刺槐()、白蜡()等为代表的阔叶树种。主要的灌木包括酸枣()、胡枝子()等。草本植物类型主要包括荩草()以及隐子草()等。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查

选取北京西山林场刺槐林为主要研究林分, 根据林分及立地特征设置8块20 m×20 m样地, 并同时记录林分因子及坡向、坡度、经纬度以及海拔等立地因子。其中选择疏伐后1年后的样地4块(每个树种空白对照一块, 15%、35%、50%疏伐强度各一块)用于林内潜在火行为研究; 选择疏伐7年后的样地4块(对照, 15%、35%、50%疏伐强度各1块),用于碳储量研究。按照实验设计调查样地的各项因子、可燃物负荷量, 应用统计方法对可燃物负荷量的分布进行研究[23]。

各疏伐强度刺槐样地林分基本特征如表1。

2.2 森林可燃物的研究方法

可燃物的动态特征包括可燃物的种类、含水率、负荷量以及垂直分布特征、水平连续性分布特征等, 是估计林火行为的主要参数。本文主要研究刺槐林的森林可燃物垂直分布及地表可燃物负荷量变化情况。主要是采用野外样地调查和对照试验的方法进行研究。野外样地调查是针对样地内的林分因子、地形因.子、样地内枯落物、灌木草本层(含幼树)以及乔木层可燃物负荷量等进行调查。林分因子主要包括: 胸径、树高、冠幅、郁闭度等。地形因子主要包括: 海拔、坡度、坡向、经纬度等。

表1 各疏伐强度刺槐样地林分基本特征

Tab.1 The basic characteristics of Robiniapseudoacacia stands with different thinning intensities

注: CK: 空白对照; L: 15%强度疏伐; M: 35%强度疏伐; H: 50%强度疏伐

本文对可燃物垂直分布的调查主要是采用标准枝法。首先根据野外调查结果计算出样地内刺槐的加权平均胸径, 再根据计算结果选出平均木, 再从其选出3 棵作为标准木。在标准木的垂直方向划分层次, 每1米分为一层, 按照从地表往上的顺序逐层调查, 每一层选择标准枝, 对标准枝的长度和条数进行目测。活枝与死枝分别进行取样, 分别测其大枝、小枝和叶的鲜重。测鲜重后各取150 g, 做好标记, 带回实验室烘干称重, 计算绝干重量, 求平均值。

本文对可燃物负荷量的研究采用收获法调查可燃物水平分布。可燃物负荷量是单位面积所有可燃物的绝对干重量。在样地内对角线以及中心设置5个样方, 1 m×1 m, 并对样方内的地表可燃物(主要包括枯死枝和地面叶片、乱草、高度较低的灌木)按照1h时滞(直径＜0.64 cm)、10 h时滞(0.64 cm≤直径≤2.54 cm)、100 h时滞(2.54 cm＜直径≤7.62 cm)的标准分级采集, 野外称湿重, 并采集将近100g 样品带回彻底烘干, 称绝干重计算含水率, 用于计算可燃物负荷量。

2.3 林分潜在火行为研究方法

本文研究的林分潜在火行为计算主要对象为地表火, 通过美国Behaveplus林火蔓延系统模拟不同的风速、地形条件结合可燃物类型特征来计算, 该系统的理论基础是Rothermel模型和Byram公式, 以及一系列科学的林火计算方法, 通过自定义模型的方法, 可以进行潜在地表火行为的计算得出不同林型地表火的火行为指标, 从而预测不同林型林火的发生发展状况[23]。对火行为的描述主要采用火线强度、火焰高度和火蔓延速率等指标。火焰高度愈高, 火线强度就越大, 森林受损范围越大。火焰高度与可燃物类型、可燃物负荷量、分层和蔓延速率密切相关。火线强度和火蔓延速率可通过方程式进行计算。具体结果如下:

(1)蔓延速率:蔓延速率是火通过地表可燃物的速度,火尾蔓延速率和火两侧扩散速度不能达到统一。目前, 应用最广泛的是ROTHERMEL于1972年在芬特逊研究基础上提出并建立的Rothermel蔓延模型(牛树奎, 2011)。

(2)火线强度: 火线强度被定义为火源前后1米内易点燃物质单位时间内产生的热值, 与扩散速度和单位面积发热量相关, 火焰高度是重要影响因素。本研究利用的是Byram火强度公制计算公式(胡海清、牛树奎等, 2005):

式中:为火线强度(kW·m–1);为可燃物的热值(J·g–1);为可燃物负荷量(t·hm–2);为蔓延速率(m·min–1)。

(3)火焰高度: 火焰高度计算方法采用罗森迈尔等人修正的方法, 计算公式如下(胡海清、牛树奎等, 2005):

式中:为火焰高度(m);为火强度(kW·m–1)。

(4)单位面积发热量: 也称火面强度, 指火源点前部单位火烧面积上释放出来的热量, 与易点燃物质及热量值相关。热量值是指在绝干状态下单位质量的可燃物完全燃烧时所放出的热量。本研究使用的是美国氧弹测定仪Parr-6300,并记录数据。

2.4 碳储量的研究方法

本文研究的林分碳储量研究选取对象为乔木层碳储量以及灌木层碳储量。乔木层生物量测定采用分层切割法。在8块样地中, 选择长势良好、无病虫害、无断梢、非林缘的林木, 径阶2、4、6、8、10、12、14 cm七个径阶每径阶个选取2株, 合计14株。在野外称取叶、枝、干、根的鲜重, 并分别取部分样品带回室内。拟合三个林型的一元生物量模型, 计算乔木层林木生物量。灌木层生物测定采用样方收获法(冯宗炜等, 1999), 在每个标准地内选取3个有代表性的1.0 m×1.0 m的样方, 将其中1.5 m以下灌木和草本全部挖出, 地上部分以及地下称鲜重, 同时从这两部分中取出适量装入塑料袋中, 并将样品带回室内测定含水率和含碳率。

碳储量的计算, 在每个标准样地内, 径阶2、4、6、8、10、12、14 cm七个径阶每径阶个选取2株, 合计14株, 剪取枝和叶, 分别混合约250 g装袋, 用生长锥钻取这14株林木的胸径处, 当到达髓心时停止, 将探取杆放到小筒微微旋转后取出木条, 装入塑封袋, 每个样地均重复3次。将样品迅速取回实验室。每个标准地设置3个1.0 m×1.0 m的样方, 收集草灌木地上部分取回实验室。所有乔木(叶、枝、干、根)和灌木(叶、枝、根)样品经24 h、 65 ℃烘干至恒质量, 经球磨仪研磨, 过100目筛, 用于理化指标分析, 每个样品3个重复。植物样品的碳含量采用VARIO Macro元素分析仪测定。

3 数据分析

(1)将调查得到的可燃物负荷量及其垂直分布情况进行分析, 利用EXCEL软件进行数据统计, 并绘制相应的可燃物垂直分布图和可燃物分类图。

(2)利用Excel对生物多样性数据进行初步整理和计算, 利用R语言的单因素方差分析进行差异性检验(p<0.05)。

(3)对于不同疏伐强度对潜在火行为的影响, 利用BehavePlus火模型利用野外调查所得的数据进行分析。

(4)利用Excel对生物量和碳储量进行统计分析, 利用SigmaPlot10.0软件进行林分相关指标计算。

4 结果

4.1 林分可燃物特征研究

可燃物空间分布是不同种类和不同强度林火发生的基础, 空间可燃物负荷量也称之为可燃物空间密度, 密度越大, 可燃物空间分布越丰富。已有对森林可燃物层次划分的理论将2—3 m规定为引燃树冠火所需的可燃物。本研究将高度位于1.5—3 m之间的可燃物规定为树冠火的引燃物, 将3 m以上的范围定为树冠可燃物。引燃物主要包括高于1.5 m的灌木(含幼树), 低于3 m的乔木小枝、叶和枯枝。

4.1.1 可燃物垂直分布研究

刺槐()在北京西山卧佛寺分场有大面积分布。根据可燃物的分层方法, 以0— 2 m, 2—3 m, 3—4 m, 3—4 m, 4—5 m, 5—6 m, 6—7 m, 7—8 m, 8—9 m, 9—10 m, 10—11 m, 11—12 m以上为基本的分层标准, 计算刺槐林样地各层可燃物负荷量, 得到可燃物负荷量垂直分布特征如图1所示:

由图1可知, 在不同疏伐强度的刺槐林样地中, 0—2 m层可燃物负荷量最大, 分别为1.29 kg·m–2, 1.40 kg·m–2, 1.57 kg·m–2, 1.89 kg·m–2, 分别占林分可燃物总负荷量的24.1%, 28.9%, 34.6%, 46.6%, 此部分可燃物主要由地表枯枝落叶层和灌木可燃物构成, 并且地表枯枝落叶层占据较大比例, 说明发生地表火的可能性非常大; 林冠可燃物负荷量主要分布在6—8 m层, 分别为1.58 kg·m–2, 1.43 kg·m–2, 1.29 kg·m–2, 0.72 kg·m–2, 地表火蔓延为树冠火的可能性较低; 随着林分内林木高度的增加, 冠层可燃物负荷量逐渐减少。

注: CK: 空白对照; L: 15%强度疏伐; M: 35%强度疏伐; H: 50%强度疏伐

4.1.2 林分地表可燃物负荷量分析

根据地表可燃物内层方法: 1 h时滞可燃物、10 h时滞可燃物、100 h时滞可燃物、灌木可燃物、草本可燃物。计算刺槐林地表各层可燃物负荷量, 得到地表可燃物分布特征如图2所示:

由图2可知, 草本层可燃物负荷量是刺槐林地表可燃物总负荷量中占比例最大的, 分别为0.22 kg·m–2, 0.28 kg·m–2, 0.36 kg·m–2, 0.58 kg·m–2, 所占比例分别为37.4%, 47.5%, 54.3%, 64.5%。灌木层负荷量, 分别为0.05 kg·m–2, 0.11 kg·m–2, 0.17 kg·m–2, 0.24 kg·m–2,同样, 随着疏伐强度的增加, 1 h时滞、10 h时滞和100 h时滞的可燃物负荷量逐渐减少。

注: CK: 空白对照; L: 15%强度疏伐; M: 35%强度疏伐; H: 55%强度疏伐

4.3.2 不同疏伐强度对刺槐林分碳储量的影响

根据分层切割法以及样方收获法得到各疏伐强度对刺槐林分碳储量的影响, 如表2, 刺槐林乔木层林分碳储量在经过低强度疏伐(L)和中等强度疏伐(M)后小幅度的上升到14.95 t·hm–2和15.93 t·hm–2, 在高强度疏伐(H)后乔木层林分碳储量较其他三组有明显的下降趋势。灌草层林分碳储量在经过低强度疏伐(L)和中等强度疏伐(M)处理后, 各自比空白处理低15.2%和20.2%, 而高强度疏伐(H)却比空白处理高22.2%, 呈现先下降后上升趋势。

4.1.2 林分潜在火行为研究

林分潜在火行为指标主要包括火蔓延速率、火线强度、火焰高度和单位面积发热量(Andrews, 1986)。火蔓延速率表示森林过火面积大小, 单位面积发热量表达了森林着火范围的大小。在森林火灾防控工作过程中, 常将火划分为不同的火强度等级: 低强度火(350—750 kW·m–1)、中强度火(750—3500 kW·m–1)、高强度火(>3500 kW·m–1)(胡海清, 2005)。

根据调查统计的数据, 利用BehavePlus火模型对不同疏伐强度的油松林地表潜在火行为指标进行分析, 见表2:

由表2可知, 未疏伐(CK)林分的火蔓延速率、火线强度、火焰高度和单位面积发热量都明显高于其他强度疏伐。在低强度疏伐(L)之后火蔓延速率从15.2 m·min–1降低为2.6 m·min–1, 火线强度从849 kW·m–1降低为71 kW·m–1, 火焰高度降低了1.1 m, 单位面积发热量降低至1674 kJ·m–2, 随着疏伐强度的增加呈现出了明显的下降趋势; 中等强度疏伐(M)后, 潜在火行为指数均显著降低, 林火蔓延速率为0.2 m·min–1, 火线强度为2 kW·m–1, 火焰高度为0.1 m, 单位面积发热量为677 kJ·m–2; 高强度疏伐(H)后, 林火的蔓延速率, 火线强度为以及火焰强度都趋近于0, 单位面积发热量明显下降为296 kJ·m–2。

表2 各疏伐强度对刺槐林分碳储量的影响

Table.2 The effects of different thinning intensities on carbon storage in Robiniapseudoacacia

注: CK: 空白对照; L: 疏伐强度15%; M: 疏伐强度35%; H: 疏伐强度50%

表3 刺槐林不同疏伐强度火行为指标

Tab.3 The fire behavior indicators of Pinus tabuliformis stands with different thinning intensities

注: CK: 空白对照; L: 疏伐强度15%; M: 疏伐强度35%; H: 疏伐强度50%

5 结论与讨论

本研究通过对刺槐林进行不同强度疏伐后刺槐林可燃物特征进行调查, 得出地表可燃物负荷量以及林分可燃负荷量垂直分布情况。并且根据野外调查数据计算出刺槐林型地表火行为指标, 对林火蔓延速率、单位面积发热量、火线强度和火焰长度等林火特征指标进行相应分析, 得出结论:

(1)在所选刺槐林分中, 经过不同强度疏伐处理, 相对其他层, 0—2 m层可燃物负荷量最大。郁闭度、林分密度、平均树高和平均胸径是影响北京西山刺槐林可燃物负荷量的主要因素, 这与以往研究结果一致[24-27]。在研究中, 疏伐后地表可燃物负荷量明显降低, 可见疏伐可以防止地表火的发生。林分可燃物空间分布的连续性是研究可燃物竖直、水平特征的关键, 森林可燃物的空间分布涉及到树高、枝下高、灌木高度、草本高度、冠幅、死地被物层的连续性等指标, 本研究仅对此进行了初步的探索, 日后的研究可以更多的关注可燃物空间连续性指数方面。

疏伐处理后的地表可燃物负荷量的总量随着疏伐强度的增强而增加, 即H>M>L>CK。草本层可燃物负荷量是刺槐林地表可燃物总负荷量中占比例最大的; 随着疏伐强度的增加, 1 h时滞、10 h时滞和100 h时滞的可燃物负荷量逐渐减少。随着疏伐强度的增加, 林分郁闭度减小, 林内的光照条件得到改善, 光线增强, 林下阳生植物得到更好的生长, 草本层的可燃物负荷量将大量增加[28]。同时, 疏伐后遗落的枯枝落叶等将会大幅度减少, 导致1 h时滞、10 h时滞和100 h时滞的可燃物负荷量逐渐减少。因此, 在条件允许的情况下, 在非火灾发生期可以开展疏伐、修枝割灌等营林方式进行林分改造, 减少易燃可燃物负荷量, 降低森林燃烧性, 从而预防森林火灾的发生。

(2)不同强度疏伐对刺槐人工林各组分的碳储量产生了一定影响。研究表明, 经过低等强度疏伐(L)以及中等强度疏伐(M)后的刺槐人工林碳储量乔木层与灌木层总量高出对照组, 其中中等强度疏伐(M)更有利于碳储量的积累。刺槐人工林林分碳储量的变化规律为H

(3)林火行为指标经过三种不同强度疏伐处理后, 指标均有明显的下降, 总体变化规律为CK>M> L>H。随着疏伐强度的加大, 林分整体可燃物负荷量大量减少, 各层次可燃物负荷量也大幅度降低, 从而导致火行为指标值降低, 火线强度和单位面积发热量也均达到安全值以下。相比较, 高等强度疏伐(H)后, 可燃物总负荷量大幅度降低, 潜在火行为指标, 均降低了90%以上。经过不同强度的疏伐后, 潜在火行为四项指标均大幅度缩减, 有效的降低了火行为发生的风险。

通过研究得出, 疏伐力度太低, 株数保留量大, 单木之间竞争加强, 林分密度得不到改善, 且低强度疏伐后, 林内可燃物负荷量总体增加, 特别是地表可燃物负荷量, 引起火行为指标也增加, 易发生地表火[29-30]。相比较, 疏伐力度过大时, 虽然能较有效的预防森林火灾的发生, 但是高强度疏伐后林内小环境会发生较大改变, 会影响植物生长[31]。因此, 要选择适合的疏伐强度, 以达到林木可持续发展, 保证林木的碳储量, 有效降低火灾发生概率。综上可得, 中度疏伐强度更为适中, 人工刺槐林经过中强度疏伐(M, 35%)后对林分可燃物特征、林分碳储量及潜在火行为的影响最为显著。该研究结果可为研究地区的森林可燃物管理以及森林碳储量的有效积累提供科学依据。

[1] 孙玉荣, 张贵, 陈爱斌, 等. 湖南森林火灾的灾情区域分异研究[J]. 中南林业科技大学学报, 2012, 32(8): 7–11.

[2] 孙龙, 王千雪, 魏书精, 等. 气候变化背景下我国森林火灾害的响应特征及展望[J]. 灾害学, 2014, 29(1): 12–17.

[3] 周涧青, 刘晓东, 郭怀文. 大兴安岭南部主要林分地表可燃物负荷量及其影响因子研究[J]. 西北农林科技大学学报, 2014, 42(6): 131–137.

[4] 贺红士, 常禹, 胡远满, 等. 森林可燃物及其管理的研究进展与展望[J]. 植物生态学报, 2010, 34(6): 741–752.

[5] 金琳, 刘晓东, 张永福. 森林可燃物调控技术方法研究进展[J]. 林业科学, 2012, 48(2): 155–161.

[6] 刘向兵, 刘亚茜, 李兵兵, 等. 生态疏伐对林分密度及直径结构的影响[J]. 西北林学院学报, 2012, 27(3): 145– 149.

[7] NUNERY J S, KEETON W S. Forest carbon storage in the northeastern United States: net effects of harvesting frequency, post-harvest retention, and wood products[J]. Forest Ecology and Management, 2010, 259(1): 1363–1375.

[8] 朱敏. 北京西山林场主要林分疏伐前后潜在火行为及碳储量研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2015.

[9] JIMENEZ D, VEGA-NIEVA, RET E, et al. Midterm fuel structure recovery and potential fire behaviour in a Pinus pinaster Ait. forest in northern central Spain sfter thinning and mastication[J]. European Journal of Forest Research, 2016, 135(5): 675–686.

[10] AGEE JK, LOLLEY MR . Thinning and prescribed fire effects onfuels and potential fire behaviour in an eastern Cascades Forest, Washington, USA[J]. Fire Ecol, 2006, 2: 3–19.

[11] BRAVO F, RíO M, BRAVO-OVIEDO A , et al . Forest management strategies and carbon sequestration[J]. Managing Forest Ecosystems the Challenge of Climate Change, 2008, 17:179–194.

[12] 吴志伟, 贺红士, 梁宇, 等. 丰林自然那保护区森林可燃物模型的建立[J]. 应用生态学报, 2012, 23(6): 1503– 1510.

[13] 王明玉, 舒立福, 姚树人. 北京地区森林可燃物人工调控技术[J]. 森林防火, 2012, 9(3): 46–48.

[14] ALEXANDER M E, CRUZ M G. Evaluating a model for predicting active crown fire rate of spread using wildfire observations[J] . Canadian Journal of Forest Research, 2006, 36(11): 3015–3028.

[15] 金森, 刘礴霏, 邱雪莹, 等. 平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的火行为I. 蔓延速率影响因子与预测模型[J]. 应用生态学报, . 2012, 23(1): 51–59.

[16] 吴志伟, 贺红士, 胡远满, 等. FARSITE火行为模型的原理、结构及其应用[J]. 生态学杂志, 2012, 31(2): 494–500.

[17] 舒立福, 王明玉, 田晓瑞, 等. 关于森林燃烧火行为特征参数的计算与表述[J]. 林业科学, 2004, 40(3): 179–183.

[18] SCHMIDT D A, TAYLOR A H. The influence of fuels treatment and landscape arrangement on simulated fire behavior, Southern Cascade range, California[J]. Forest Ecology and Management, 2008, 255(8/9): 3170–3184.

[19] 明安刚. 抚育间伐对马尾松人工林生物量与碳贮量的影响[J]. 林业科学, 2013, 49(10): 1–6.

[20] 姜金璞. 北京西山地区风景游憩林抚育管理技术及效果评价研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2004.

[21] 卢欣艳. 北京西山森林火险影响因素时空规律研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2010.

[22] 陈宏伟, 常禹, 胡远满, 等. 大兴安岭呼中林区森林死可燃物载量及其影响因子[J]. 生态学杂志, 2008, 27(1): 50–55.

[23] 张敏, 刘东明. 长白山林区落叶松林可燃物模型及火行为状况[J]. 自然灾害学报, 2007, 16(2): 127–132.

[24] 张吉利, 刘礴霏, 褚腾飞, 等. 广义 Rothermel 模型预测平地无风条件下红松-蒙古栎林地表混合可燃物的火行为[J]. 应用生态学报, 2012, 23(6): 1495–1502.

[25] 陈宏伟, 常禹, 胡远满, 等. 大兴安岭呼中林区森林死可燃物载量及其影响因子[J]. 生态学杂志, 2008, 27(1): 50– 55.

[26] 胡海清. 利用林分因子预测森林地被可燃物载量的研究[J].林业科学, 2005, 41(5): 96–100.

[27] 胡海清. 林火生态与管理[M]. 北京: 中国林业出版社, 2005a.

[28] 胡海清. 大兴安岭主要森林可燃物理化特性测定与分析[J]. 森林防火, 1995, 1: 27–31.

[29] 金琳. 北京十三陵林场低山针叶林可燃物分布及调控技术研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2012.

[30] 张萍. 北京森林碳储量研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2009.

[31] 杨育林, 李贤伟, 周义贵, 刘运科. 林窗式疏伐对川中丘陵区柏木人工林生长和植物多样性的影响[J]. 应用与环境生物学报, 2014, (06): 971–977.

Effect ofthinning on fuel characteristics and carbon stock offorest in Beijing Xishan Forest Farm

YANG Siqi, ZHU Min, LIU Xiaodong*

College of Forest, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China

The typicalforests under different thinning intensities (0%, 15%, 35%,50%) in Beijing Xianshan Forest Farm were selected. The effects of different thinning intensities on forest fuel loading, above-ground carbon stock and potential fire behaviors were studied by using field investigation, calculation and BehavePlus software. The results are as follows. (1)The maximum fuel loading of different thinning stands all distributed in the layer of 0-2 m, with the value 1.29 kg·m–2, 1.40 kg·m–2, 1.57 kg·m–2, 1.89 kg·m–2,respectively. Along with the increase of the vertical height, the fuel load was mainly distributed in the layer from 5m to 9m. (2) The stand carbon stock was significantly affected by thinning intensity, and the moderate (M) thinning intensity stand had the highest carbon stock, with the value 17.50 t·hm–2.(4)Forest fire velocity of propagation, heat per unit area, fire line intensity, and flame length were affected by thinning intensity, and the potential fire behaviors values decreased sharply after thinning treatment, and the high intensity thinning(H) had the lowest fire behavior value. The above results can provide a scientific basis for the forest fuel management and sustainable forest management in the studied area.

; thinning; fuel characteristics; carbon stock; fire behaviors

S762.1

A

1008-8873(2018)01-094-07

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.01.013

2017-02-28;

2017-04-05

国家自然科学基金项目(31270696); 国家重点研发计划项目(2017YFD0600106)

杨思琪(1992—), 女, 内蒙古锡林浩特市人, 硕士, 主要从事森林生态学研究, E-mail: amber_young47@163.com

刘晓东, 男, 博士, 副教授, 主要从事森林生态学研究, E-mail: xd_liu@bjfu.edu.cn

杨思琪, 朱敏, 刘晓东. 疏伐对北京西山林场刺槐林可燃物特征及碳储量影响研究[J]. 生态科学, 2018, 37(1): 94-100.

YANG Siqi, ZHU Min, LIU Xiaodong. Effect of thinning on fuel characteristics and carbon stock offorest in Beijing Xishan Forest Farm[J]. Ecological Science, 2018, 37(1): 94-100.