基于生态学观念的森林防火目标定位和工作策略

王海晖，宋志龙，王振师，李小川

（1.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽 合肥 230027;2.广东省林业科学研究院/广东省森林培育与保护利用重点实验室，广东 广州 510520）

以新近成立的应急管理部为标志的防灾、减灾管理体系变革，代表着政府对灾害防治工作的高度重视和管理力度的提升。自2018年3月起，原武警森林部队经转制组建成森林消防局，与城市应急救援队伍建制平行布局。挂靠原国家林业局的森林防火指挥部办公室，相应划归应急管理部。原国家林业局则被纳入自然资源部，其参与森林防火的业务指导与管理工作目前主要由2019年9月成立的森林和草原防火司操作。从机构调整的情况和业务走向来看，眼下森林和草原是作为重要自然资源来保护的。

近些年，我国森林防火形势基本稳定，火灾发生频次和森林受害率均控制在较低水平。国际上火灾形势则非常严峻，尤其在过去的2019年。在发表的分析报告中，作者介绍了国际林火发展的主要动向：延长的火灾高发季节、火灾凸现人力无法控制的超级规模，并有向北极圈内发展的势头。由于全球性气候变化加上许多国家的长期干旱天气，火灾活动日趋猖獗，展示出与以往完全不同的野性，在澳洲境内甚至绵延长达半年之久。面对不断加剧的极端天气状况，从资源保护的角度确保森林和草原安全，其工作方向和任务目标正面临前所未有的挑战。有资料显示，已经有不少年份美国农业部林业署过半的年度预算用在野外火灾扑救和控制上。

众所周知，森林和草原作为地球上最重要的自然生态系统，具有防风固沙、调节气候、涵养水源、保持水土、改良土壤、减少污染物、美化环境和维系生物多样性等重要功能。六颗大树一年吸收CO的量等同于一个成年人一年的排放；陆生物种50%以上在纯天然林为主的各类森林中栖息繁衍。政府对生态环境的保护意识日益增强，采取了一系列手段以改善不断恶化的生态环境，但是从目前森林防火工作的具体措施来看，没能体现其生态保护的核心内容和关键所在，更没有兼顾到生态系统动态发展特性，尤其是在目前不断变化的气候环境条件下。

鉴于森林和草原生态保护的重要性，本文从林火生态学基本观念出发，探讨林火生态基本要素及其在生态保护中的地位，阐述相关管理工作的出发点、意义及内容，并以可燃物管理的措施为主线，分析其产出的多重效益。最后，结合目前国际和国内火灾形势，对现下森林防火管理工作的目标定位和工作策略进行了研讨。本文认为，过于注重林火扑救力量和火灾控制，缺乏必要的可燃物管理主导的生态维护机制，会造成森林生态健康严重失衡，更因长期的可燃物积累导致难以控制超大规模火灾发生的概率不断增加。加强森林可燃物管理和若干种防火分隔措施的实施，有利于森林生态健康的长期稳定，有效避免对森林造成毁灭性打击的重特大火灾的发生，实现人与自然和谐共存的根本目标。

1 林火生态与火灾效应

作为陆地生态系统的主体，森林是自然功能最完善、最强大的资源库、基因库和蓄水库，对维护地球生态平衡、改善生物生存环境起着决定性的作用。据估测，森林的生态效益大体为其直接经济效益的8～10倍。树木具有很强的截留降水的能力，对涵养水源和土壤发挥极其重要的作用；1 hm森林一年蒸发水量达8000 t，从而确保林区空气湿润；每0.4 hm林带一年大体可吸收并同化100 t污染物。森林不但是多类植物生长地，还是多种动物栖息地，成为生物繁衍最活跃区域。西方国家多将住宅建在森林和城镇结合部，以最大限度地利用森林的优势。在我国，许多城市推行城市森林化，同样借重森林难以替代的多重生态效应。

作为由C、H、O、N等元素组成的有机体，森林植被具有不同程度的可燃性，在特定地形和气候条件下演化成不同火行为，从而对植被本身、生长生态和环境构成短期和长远影响。由于植被作为燃料的属性以及火对特定地域植物群落的直接或间接作用，火被看成森林和草原生态系统中不可分割的有机组成，并且是天然更新的重要驱动力。因而，森林生态囊括火生态。

1.1 火与生态系统的内在联系

从生态学角度看，火可以是有害或有益的，还可以为中性。在个体有机体层面上，火发挥着选择性作用，或直接影响其持续的火循环过程，或间接改变其自身生存环境条件。特定火灾对个体生物的影响程度，基本取决于个体生物属性、当地火灾环境以及与火灾现象相耦合的生物质燃料间的传热机制。可燃物和地形分布加上当地气象因素尤其是风场的影响，引起林火行为变化，导致有机个体在火灾过程中存活情况出现差异。这会营造不同的灾后生长模式，从而造成植被分布展现更为显著的空间差异性。

火灾在通常的林地或草原上蔓延，最常见的是地表火，燃料大部分来源于地表细小可燃物，如落叶枯枝和草等。作为地表火，其产生的热辐射和热传导会杀死草本植物和矮小的木本植物，对冠层较高的树木则不会产生直接影响。在深层干燥的有机土壤条件下，即使植被可能在地表火穿行中幸存下来，但地表火生成的热量会杀死几厘米厚树皮内的形成层，并通过自地面向土壤导热杀死矿物质土壤几厘米以下的植物组织器官。在有机土壤相对潮湿的情形下，虽然地表温度可能较高，由于水分的蒸腾作用，进入木本植物基部以及土壤层热穿透深度较小，相应对树木基部和地下根系构成的影响较弱。

以燃烧树冠为特征的树冠火分独立树冠火和活跃型树冠火两大类。独立树冠火以燃烧树冠为主，烧焦的高度主要由对流换热驱动决定。在这类火灾中，一般不会对非常低矮的植物构成重大伤害。相比之下，由地表火与独立树冠火叠合而成的活跃型树冠火（或称混合火灾），其火势最为凶猛，对地表植物和耐火性较差的树基均产生致命影响，只有那些树皮足够厚的大树才能在火灾中存活下来。此类火灾事件，将对景观物种和林分结构产生十年乃至百年以上影响。当然，从生态学角度来说，自然生态系统无论遭受多大程度的火灾冲击，其最终仍可以以自然演化的形式继续更替和发展。

火灾对植物生长所依赖的土壤环境、当地小气候以及水系发展均构成影响。在破坏有机土层的同时，火灾会导致底层矿物质土壤改性，从而彻底改变特定场地潜在植物种群。火灾对景观结构、功能、发展格局产生影响，造成林分和植物群落不同的雨水截留能力，进而改变地表径流方向和保水能力，甚至影响当地河流流量。

火在景观生态长期演化中与其结构、功能及景观多样性相互作用、相互关联，从而对大气环境构成潜在影响。对于特定森林生态，低强度林火促进局部物质循环，改善生长和发育条件，相应会促进林木生长；与此同时，由于树木吸收的碳几乎有一半储存在树叶和凋落物中，经火烧后迅速分解，造成过火林地向大气中释放CO速度有所增加。中等强度林火破坏森林生态系统结构和功能，造成林木长势减弱，系统生产力和森林固碳能力有所下降。高强度森林火灾则使林内可燃物全面受热分解、大量树木死亡，森林生态系统走向崩溃；此过程中释放大量CO和CH，相应会显著增加大气中温室效应气体含量。

1.2 林火制度及其特征因子的生态意义

基于植物可燃性，火已成为森林生态系统中的经常性现象。相应衍生出林火生态学，重点关注火灾行为与生态效应的内在联系与过程，包括火与生物质及物理环境之间的关系。作为一门分支学科，林火生态学涉及的主要问题有火灾依赖性、动植物的敏感性和适应性、火灾历史、火制度和火灾对生态系统的影响等。当然，火灾的生态效应不只是取决于火灾本身，还取决于袭扰地域分布的设施、居民区数量以及当地民众的可接受程度，而这些均会随着时间的推移发生变化。

火制度是林火生态学重要概念，展示生态系统经历火灾所具有一致性行为模式、时间和间隔周期。火制度主要用于表征火在生态系统结构及功能中的作用，不但适用于长期战略性林火规划，也适合跟踪特定时间段气候以及人为影响引发火制度随时间的变化。主要特征因子包括灾害波及区域、发生季节和频度、火强度及火灾损害烈度等。其中灾害波及区域，是指惯常的过火面积，这可以用来度量特定生态系统在长时间内经历火灾的平均规模，因为不同规模和尺度的火灾对特定景观会产生不同的生态效应。例如，受较大规模火灾影响的生态系统，其局部种子来源可能需要由风或动物传播，而这一过程与效率均随过火区域的面积发生显著变化。

火灾季节性确定火灾最常见的年份。火灾的影响很大程度上取决于其发生时的物候期。如果火灾发生在植物休眠期或衰老期，其影响可能不会像在种子集中发芽阶段那样严重。因而，在不同情形下，特定林地会在灾后构建迥然不同的生态系统。火灾频率是指在特定区域火灾发生的间隔，或该区域火灾发生所需的时间周期，通常用平均火灾返回间隔来定义景观生态系统这一特征。当然，对于类似的植物类型，火灾返回间隔会因区域差异或随时间推移而变化。火强度定义为单位火线长度的能量释放功率（kW/m），通常为火蔓延速率、可燃物燃烧热与单位面积燃料质量消耗的乘积。火灾损害烈度是指火灾对地域和景观生态系统的杀伤力，通常为火灾或可燃物消耗造成的植物死亡率。一般认为，火灾损害烈度是火强度和火驻留时间的函数。

作为火制度特征因子，有利于据此了解特定生态系统在具体火制度下存活和更新发展的动向，对于森林生态系统的保护具有重要意义。火灾的规模对生态系统所带来的影响非常显著：小范围过火，即使非常彻底，但仍有机会在周围植被带动下快速恢复；一旦过火面积巨大，被侵袭的景观区域则存在后续种子移植难度，因而生态系统的演化得重新来过。火灾发生频度对物种组成和群落结构有重大影响，纵然过火区域的不规则程度会对生态系统构成不同程度干扰，过密的火灾频度则对此产生抵消作用。火灾强度带来的严重后果，不仅意味着生物质在火灾中的消耗量，更多是其对环境的影响，包括对土壤、植物根系以及周围植物的烘烤以及对流换热作用。火灾损害烈度实际表征生态系统自身耐火性和抗火性。建立起来的概念和相关认识为从生态保护的角度实现有益的林火管理指明了方向。林火管理作为森林生态管理锥中的关键组成，不只是为了单纯的火灾应急响应与控制，还包括与可燃物处理相关的管理工作。各自在森林生态系统中的位置以及它们间的相互联系见图1。

图1 森林和草原生态锥管理体系示意

2 林火管理中可燃物处理及其功效

基于生态学的可燃物处理（管理），直接目标是改变林地景观和草原潜在火行为及其火灾效应，从而达到期待的火生态管理目标。通过减少潜在火灾强度和蔓延速度，可以减少火灾影响的程度；相应地，有利于恢复至先前景观草原可燃物分布数量和结构状态，为重建预先设定的火制度奠定基础。其实施途径是通过有计划地控制森林和草原生态系统中生物质数量、组成及分布状态，以实现对潜在火灾行为的规划与掌控。具体措施则是针对植被可燃物的一些属性进行操控，其中包括地表细小可燃物、地表总体可燃物载量、树冠可燃物水平燃料分布连续性、垂直燃料连续性及阶梯式燃料等。

可燃物管理同样是林火预防最常见和最有效的方法。减少或完全消除地表易燃可燃物，基本可以消除特定林分中形成地表火和蔓延的可能；大幅度减少地表总体可燃物载量，则可以削弱潜在地表火蔓延速度和强度；中断树冠可燃物水平燃料分布连续性、垂直燃料连续性以及阶梯式燃料的存在，基本可以消除树冠火的蔓延以及地表火转变成树冠火的可能性。通过对地表燃料和树冠燃料同时予以处理，既降低了火灾蔓延的概率，也可以避免破坏性较强的活跃型树冠火发生。

可燃物处理方案通常是使特定景观和草原内可燃物恢复到以往某种状态，确保潜在火行为和火制度在较长时间内处于可接受的范围内，从而实现以生态保护为主要目标的火灾预防。可燃物处理方法一般分为三类，计划烧除、机械处理和生化处理，如图2所示。

图2 可燃物处理基本途径及其对森林生态系统的影响

计划烧除是指在野外和草原上实施点烧，以改变地表燃料分布状况。除为实现既定目标有意安排的规定火烧，计划烧除也包括在允许的条件下野外发生的火灾。这两种类型的可燃物烧除都接受火作为一种生态过程而存在，只是烧除处方可以通过设计和调整以保证对环境影响同样是可以接受的。机械处理是依靠包括人工作业在内的多种方法去除局部林地和草原上的可燃物。生化方法则是通过在特定地域放牧或采用生化药剂，抑制特定草本植物的生长（图2）。

作为一种处理技术和管理处方，可燃物稀化同样可以改变森林燃料的结构和分布状态。由于“封山护林”和人为干涉对火灾现象的遏制，森林中可燃物累积现象严重。通过稀化可以适当移除植被以创建或恢复特定的林分密度、分布和物种组成。作为一种有效的燃料管理方法，可以减少地表火依托垂直和水平燃料分布的连续性转变为树冠火的可能性。按照可燃物分布密度和树木直径分类开展处理，是疏伐处方的重要特征。遮阴型防火隔离带则是典型的可燃物稀化处方，其做法是在隔离带内基本清除地表易燃可燃物或改变其易燃属性，间伐去小胸径树木，保留胸径较粗和抗火性较强的大树，同时普遍提升树冠层基部距离地面的高度。

该项技术在美国许多州应用广泛，迄今发挥着至关重要的作用。图3为位于华盛顿州遮阴型防火隔离带过火后拍摄的照片。现场观测表明，尽管高强度树冠火由隔离带内穿行，但在隔离带内，火行为则出现根本性转变，使得隔离带内树木在这场大火中得以存活。

图3 位于华盛顿州Whenatchee国有林区遮阴型隔离带过火后照片[10]

开设工程阻隔，即生土带，可以看成是局部较彻底的可燃物处理处方。生物防火林带和改进型生物防火林带，则是在生土带基础上栽植保水性较佳的阔叶树。这些在以往的防火分隔实践中都有广泛应用。面对高火险等级和重点保护地域，如森林和村镇结合部居民住宅及重要设施分布区域，就邻近地域森林景观开展防火隔离带网络建设，可以最大限度地降低区域发生森林火灾的频次，同时避免火灾发生后出现难以控制的大规模火灾情形。据Agee和Skinner报道，2002年在美国加利福尼亚州拉森国有林区发生火灾，主要为北美黄松（Pinus ponderosa）群落树冠火，波及800 hm。火灾在经间伐和地表计划烧除过的防火隔离带中自动熄灭。除隔离带边缘外，隔离带内植被几乎没有受到任何影响（图4）。

图4 2002年位于加利福利亚州拉森国有林区北美黄松（Pinus ponderosa）林过火现场对比照片

可燃物稀化不但具有防火和生态效益，还能促进商业木材产品的生产，获得更多经济回报。加利福尼亚大学伯克利分校学者对遮阴型防火隔离带内林木生长状况长期观测后发现，因为清除了带内杂草、枯死木和病树，对于带内林木的健康及产出均产生正面影响。位于美国加利福尼亚中部和北部3条典型防火隔离带，长度均在5～8 km，主要是北美黄松（Pinus ponderosa）与糖松（Pinus lambertiana）混交林以及其他针叶混交林2大类。数据表明，其中2条松树混交林隔离带的5年材积增长量分别为6.5和6.6 m/hm，比未处理林区高出约0.9～1.2 m/hm；其他种类针叶混交林隔离带的5年材积增长量为7.3 m/hm，与未处理林区接近。两条松树混交林隔离带年收益率达到6.4%和4.0%，比未处理林区分别高出1.6%和1.8%。

3 目前森林防火机构布局和政策误区分析

对火灾的人为干涉和扑救活动是人类为挽救特定森林和草原生态系统的一种努力，其本身也会产生多重效应。仅从现有资源保护的角度来看，无疑是正确的，并且必须逢火必救、救必彻底；在另一方面，作为生态系统的维持，则有可能会出现过度操作与压制，以至不利于其自然更新以及生态系统必要的演化和流程发展。

目前将森林消防与城市消防并列操作以及将国家林草局挂靠自然资源部体现出近20年来对林火和森林保护认识的变革。表1中对具体管理格局和工作动向做了回顾。可以看出，先前曾广泛重视推广各项森林防火工作。在林火阻隔系统的建设方面，尤其是南方部分省份的生物防火林带和北方林区的改进型生物防火林带建设，倾注了大量人力和物力，为森林火灾预防奠定了坚实的基础。自20世纪90年代后期，国家大力发展森林警察部队，并通过在诸多重点林区布防以增强森林火灾应急响应力量。新近组建了应急管理部，将原先相对独立的国家林业局纳入自然资源部，更加凸显政府对强化消防力量和资源管理的重视。目前国家林业和草原局下设防火司，主要从事防灾减灾宣传和教育、火源监控与管理以及基层灾害应急响应力量储备等方面的工作。

表1将管理体制的变化情况及其与美国平行机构相关工作做了比对。不难看出，所有这些都反映当下政府决策层将森林主要当成资源来管理，而不是作为生态系统来管理。过于看重森林的资源特性，忽视其作为可自维持生态系统的属性，势必会萌发对火灾现象的极端看法，从而显现不计代价、有火必救和救必彻底的消防管理理念。目前各地政府出台的地方行政首长负责制更是对当前工作策略的直接诠释。已完全并列的森林消防局和城市应急消防救援的建制以及所涉管理工作职责集中反映其间的工作内容和目标高度相似性（表2）。

表1 目前森林防火管理体制与2018年前森林防火管理体制以及美国管理现状对比

表2 森林生态和城市生态体系火灾防控格局对比

目前广泛推行退耕还林以及封山护林等举措，基本从机制上排除了可燃物管理相关措施实施的可能。与此同时，各地推行的禁火令和防火责任状等措施，对火源管理有了全面的管控，使得计划火烧等可燃物管理措施被彻底封堵。现下推行地方行政首长负责制，已将当地森林火灾防控工作情况纳入到地方领导干部的政绩考核中。据此，对灾害的控制自然而然出现了一刀切的管理现状。

森林生态和城市生态环境火灾防控区别主要在以下两个方面。作为可以自然生长的生态系统，具有一定程度的耐火性和再生以及自我更替的功能，因而与城市中堆积起来的人工生态系统有所不同。在防控手段上，对特定林地和草原的可燃物管理，不但具有资源保护的意义，更有生态保护的意义，如表2所示。与此同时，由于广大的林地多分布在人烟稀少的偏远地区，应急响应力量很难及时到位，加上其潜在火灾波及面积巨大，都凸显前期针对特定地域火灾预防以及相应的可燃物管理的重要性及迫切性。

从森林生态发展和更新角度来看，不是所有火灾都是灾难性的。在特定地域，适度的地表火对于林地和景观系统的健康和主要林木的生长具有有益调节作用；与此同时，由于消减了部分地表的可燃物，使得发生活跃型树冠火和高强度林火的概率大幅度下降。基于此，目前对火源管理、用火以及火灾扑救工作一刀切的做法，有悖森林生态保护的基本原则，同时也会带来更多的火灾监控和大型火灾扑救的开销，并显著增加应急响应作业中扑救队员意外伤亡的可能性。

正因为过于注重林火扑救力量和火灾控制，以往火作为森林生态系统有机组成的理念已被严重压制。在此情势下，一旦缺少必要的可燃物管理主导的生态维护，势必导致森林生态健康严重受损，并因长期的可燃物积累使得出现难以控制超大规模火灾发生的概率不断提升。由于当前呈现特殊气候变化条件，火灾呈现出高度野性，已在诸多国家的丛林火中充分展示。在过去的一年里，曾经具有良好管理业绩的澳洲陷入绵延半年之久的丛林火季，并于2020年元月一度由三条火龙合并形成前所未有的超级大火。

从纯火灾防治工作的成本投入合理性角度来看，目前许多国家消防管理上都已经出现严重投入失衡。国内每一次出现重大火灾，如2014年4月份和5月份在云南滇西和滇中地区发生两场大火，产生的扑救及善后开销都以千万元计。美国农业部林业署每年则有超过一半的预算用于运行火灾扑救和控制相关的工作。更为紧要的是，每一次重大山火发生后，不但会导致资源损失、人员伤亡和直接和间接开销的增加，其对已有生态的损伤将一时难以恢复。在火灾的源头上下功夫，不但具有治本的功效，节约后期管理成本，还可以通过可燃物处理产生生态效益和推动林木和草原经济价值的增长，更为特定林区和草原灾害的可防和可控以及生态环境安全埋下伏笔。

森林和草原火灾管理的实际工作目标，应该是通过有效的预防和可燃物的管理，实现火灾本身可防可控，其与城市消防间的本质区别在所列表2中已明确展示。目前极力提倡的火源管理是重要的火灾预防工作，但其本质同样是治标而不是治本。在生态维护的框架下，野外火灾管理还应立足于对特定地域和植物群落内可燃物的预先处置和设计，据此产生安全系数较高并且具有一定耐火性的生态环境，实现森林和草原生态系统的可持续发展。强化火灾易发地域森林可燃物管理和若干防火分隔措施的落实，有利于森林生态健康的长期稳定，避免对森林造成毁灭性打击的重特大火灾，实现人与自然和谐共荣。

4 结论

由于植物不同程度的可燃性，火从来是森林生态系统不可或缺的组成部分，是森林生态发展、更新和再生的重要动力来源。火不但有作为灾害的一面，而且有有益的一面。可燃物管理可以直接调控火生态因子，改变特定林地和景观潜在火行为及火制度，从而有效制约潜在火灾对生态系统的负面影响。过于看重森林的资源特性，忽视其作为可自维持生态系统的特性，势必会产生对火源管理和火灾现象处置的极端理念，演化出不计代价、有火必救和救必彻底的消防管理格局。

缺乏必要可燃物管理主导的生态维护，不仅会导致森林生态健康失衡，而且会因长期可燃物积累使得难以控制超大规模火灾发生概率不断增加。这已在国内外典型火灾案例中有所体现。加强森林可燃物管理和防火分隔措施，是贯彻“预防为主”林火管理方针的重点。由此实现灾害可防可控，既保护了森林资源，又可以大幅削减灾害应急响应及善后费用。以契合生态保护的理念开展森林防火工作，有利于贯彻和落实防火工作根本目标，实现人与森林生态和谐与共及可持续发展。