林火是北方森林更新的重要驱动因子,伴随着火烧产生的一系列产物,在促进或抑制种子萌发方面具有重要作用.而火后种子库中的种子萌发是种子植物主要的更新和恢复途径,相比于草本植物和灌木,国内对于乔木的火后更新恢复研究较少.该研究以大兴安岭地区兴安落叶松(落叶松,Larix gmelinii)种子为研究对象,对热激、火烧灰、光照三种因素进行单因素、双因素及三因素处理,探究其对兴安落叶松种子萌发率和萌发势的影响.对标准化后的数据进行方差分解,探究三种因素交互作用下的主要影响因素和驱动因子.研究结果显示:(1)90 ℃ 5 min干热激的处理下兴安落叶松种子萌发率(61.11％)最高,较对照提高21.11％,90 ℃ 5 min及以上的湿热激处理会使种子失活.火烧灰质量与兴安落叶松种子的萌发率呈正相关关系,1 g火烧灰的加入使兴安落叶松种子萌发率高达71.1％,较对照提高了30％;光照与兴安落叶松种子萌发率呈负相关关系,100％遮光状态下的种子萌发率较对照提高了 14.00％,0遮光则降低了 16.67％.在热激、火烧灰和光照的交互处理中,1 g火烧灰+100％遮光处理的兴安落叶松种子萌发率(57％)最高,比对照高17％.(2)模型评估显示,在热激、火烧灰和光照交互作用中,对兴安落叶松种子萌发率因子贡献度从大到小排序依次为:火烧灰＞干热激＞光照＞湿热激,分别解释了方差分解模型33.0％、31.8％、20.3％、14.9％的非生物多功能性变异.灰分是最主要的非生物驱动因子,在95％置信区间内,因子重要性排序为:火烧灰添加(1.00 g)＞干热激(60 ℃ 3 min)＞遮光度(0)＞湿热激(90 ℃ 3 min)＞湿热激(60 ℃ 3 min)＞遮光度(100％)＞火烧灰添加(0.25 g)＞干热激(120 ℃ 3 min).

随着全球逐渐暖干化,林火不仅驱动着森林生态系统结构和功能的变化,同时也影响树木的生理和生长.林火导致的热损伤引发树木一系列复杂生理响应.揭示火后树木生理的响应机制,对于进一步理解树木碳水关系和火后恢复生长限制,以及提高火后树木死亡预测准确性具有重要指导意义.该文从林火对树木的作用途径和方式着手,基于不同形式林火(树冠火、地表火、地下火)对树木各部分(树冠、树干、根系)造成的损伤,综述了林火对树木生理的直接影响和间接影响,以及火后树木生理与非生物和生物因素的互作关系.热损伤诱导的形成层、韧皮部坏死和木质部水力失衡是火后树木生理的主要响应机制,二者导致的两个生理功能限制——"碳饥饿"和水力失效——严重影响树木的碳水关系,也决定了火后树木是恢复生长还是延迟死亡.火后树木生理机制还与干旱、昆虫攻击和微生物入侵等其他因素密切相关.该文强调了对林火强度的定量分析和对植物组织死亡阈值的准确判断的迫切性,同时提出了探究火后树木生理与功能性状和其他因素的互作关系的必要性.精确评估树木生理机制间关系对于深入理解林火如何影响树木功能完整性极为关键,有助于完善林火风险评估和树木死亡模型预测.在未来气候暖干化驱动的高频、高强度林火发生背景下,对树木生理响应的深刻认识对于更好地研究火后生态系统动态及其与气候因子的相互关系同样具有重要意义.

本研究对长白山自然保护区长白落叶松林火烧迹地植物群落进行了两期调查,以明确林火干扰对该群落物种组成、径级结构及优势树种空间分布格局的短期影响.结果表明:(1)未受林火干扰的对照林分有14个乔木树种,火烧1年后的长白落叶松林有6个乔木树种,火烧4年后仅剩下4种.(2)未受林火干扰林分的群落径级结构呈偏倒"J"型分布,而火烧迹地均大致呈正态分布.不同径级优势种(长白落叶松和白桦)的抗火干扰能力表现出相似规律,都为大径级＞中径级＞小径级.(3)未受林火干扰林分中,各径级长白落叶松和白桦在0～25m尺度上均基本表现为随机分布.而林火干扰1年后的长白落叶松的小径级(DBH＜11 cm)在小尺度(r＜12m)上表现为聚集分布,在大尺度上(12 m＜r＜25 m)表现为随机分布;中径级(11 cm≤DBH＜21 cm)在0～25 m尺度上表现为聚集分布,大径级(DBH≥21 cm)则表现为随机分布;而白桦的中、大径级在0～25 m尺度上均表现为随机分布.林火干扰4年后,长白落叶松小径级和大径级的空间分布格局与火烧1年后分布格局相似,而中径级则在小尺度上表现为聚集分布,在大尺度上表现为随机分布;白桦的中径级基本呈聚集分布.本研究探明了火干扰后长白落叶松林的短期动态变化,为区域森林恢复与管理提供了指导意义.

森林火灾是森林生态系统最重要的干扰因素之一,林火的发生改变了森林土壤生态环境,影响着土壤氮素循环与转化的生物与非生物因子,对土壤氮库以及氮素循环过程有着重要影响.阐明火干扰下森林土壤氮组分的变化特征,对于理解森林土壤氮素循环与转化对火干扰的响应机理至关重要.而现有关于火干扰对土壤氮素循环与转化的影响研究结果还不尽一致,其影响机制尚不明晰.笔者通过查阅大量相关文献,重点论述了火干扰对土壤氮循环中氮素损失、氮素固持、氮矿化、反硝化和气态氮排放等关键过程的影响,以及火干扰对土壤氮素循环与转化的影响机制,认为土壤氮素循环与转化的特征主要受到火烧因子(火烧强度、火烧频率、火烧后恢复时间、火后恢复方式、火后产物黑碳和灰分)、植被类型及土壤性质3个方面的影响,并从火干扰对土壤氮循环的影响机制、火干扰对土壤氮素循环的长期影响、火干扰后产物对土壤氮素循环影响等3个方面进行探讨与展望,以期深入了解火干扰下土壤氮素循环的特征.

随着气候变暖,近年来灾难性森林火灾频发,给森林资源和人们的生命财产造成重大威胁,如何降低森林火险是森林管理中需要面对的热点问题.本研究利用空间直观森林景观模型LANDIS模拟大兴安岭森林可燃物处理对林火情势的影响.根据两种火控制政策(现行灭火和不灭火)下是否进行可燃物处理,设计了 4种模拟预案,其中可燃物处理预案包含9种可燃物处理方案,对应不同的可燃物处理方法(粗可燃物物去除、计划火烧、粗可燃物去除+计划火烧)、处理频率(低、中、高)和处理面积(大、中、小).通过对火烧面积、不同强度火烧面积等进行评价,最终确定适合大兴安岭地区的森林管理方案.结果表明:长期灭火,使森林可燃物大量堆积,发生高强度火灾概率增加;在两种火控制政策下进行森林可燃物处理都可以减少高强度林火的面积,从而降低森林火险,但是,由于两种火控制政策下粗、细可燃物累积情况不同,在自然火情景下,频发的森林火灾导致细可燃物累积量少,每20年对10％的面积进行粗可燃物去除即可有效降低森林火险,但此处理方案在灭火情景下效果较差;最终确定适合于大兴安岭地区的森林管理方案为每20年对10％的面积进行一次粗可燃物去除+计划火烧处理,并继续实施灭火政策.本研究可以为大兴安岭地区的林火管理提供科学依据.

云南松针叶富含油脂,防火期含水率低,是滇中地区林火主要地表可燃物.在2020年防火期持续采集滇中地区云南松林地表可燃物含水率数据,使用相关性分析、公因子方差、膨胀系数和多重预测回归模型,探究地形、气象、林分等因子与含水率的关系,利用离差标准化法调整模型系数及完成模型精度评价.结果表明:云南松林地表可燃物含水率影响因子排序为温度＞湿度＞风速＞坡向＞郁闭度＞坡度＞海拔＞风向,坡向、林分郁闭度指标方差膨胀系数VIF＞10,存在共线性;因此选择温度、湿度、风速、坡度、海拔构建含水率预测回归模型E1,k、s、g代表云南松枯枝、松针和小灌枯枝-枯草,Yk1、Ys1、Ys1平均拟合度为74.35％,平均误差率为32.06％,误差率偏高.以强相关(r＞0.70)因子温度、湿度、风速为自变量重构含水率预测增强回归模型E2,其Yk2、Ys2、Yg2平均拟合度为83.99％,平均误差率为17.09％,其拟合度、误差率均优于E1.在E2基础上选择具有现实意义的弱相关性因子坡向、坡度、海拔、郁闭度为调整因子,并运用离差标准化法转化为系数,构建含水率预测系数校正回归模型E3,其Yk3、Ys3、Yg3平均拟合度89.72％,平均误差率为8.48％.E3精度优于E1、E2,其 Yk3、Ys3、Yg3拟合优度分别提升 9.69％、2.11％,4.84％、10.77％,8.41％、4.33％,误差率降低 15.65％、6.89％,11.24％、13.69％,18.01％、5.24％.增加校正系数可提高模型预测精度,同时模型因子易获取,便于林火管理者野外快捷、精准、实时预测滇中云南松林地表可燃物含水率,为林火防控提供技术支持.

云南松是我国西南林区典型易燃针叶树,研究林火对云南松林地表可燃物负荷量及火烧后碳排放量的影响,对可燃物管理及区域碳平衡维持提供科学依据.本研究以四川省西昌市2020年3月30日云南松林火烧迹地为对象,设置不同火烧强度(轻度、中度、重度)和对照(未火烧)样地,分析不同火烧强度下地表可燃物负荷量的变化以及地表可燃物负荷量与环境因子之间的相关关系,通过乔木层、凋落物层及地表有机质层可燃物负荷量损失程度计算可燃物燃烧效率,进而计算不同组分可燃物的碳排放量.结果表明:(1)不同火烧强度下云南松林各类型地表可燃物负荷量均存在显著差异(P＜0.05),地表可燃物总负荷量具体表现为:重度火烧(50.94 t·hm-2)＞对照样地(41.08 t·hm-2)＞中度火烧(37.40 t·hm-2)＞轻度火烧(28.83 t· hm-2);(2)冗余分析结果表明,林分因子中,烧死木百分比、熏黑高度与树高的比值对灌木和草本可燃物负荷量的解释量较大;地形因子中,坡向对地表可燃物负荷量的解释量大于坡度和海拔;(3)云南松林乔木层、凋落物层、地表有机质层可燃物碳排放量在不同火烧强度样地间均存在显著差异(P＜0.05),碳排放量分别为23451.30、8322.86、5244.74 t,此次森林火灾碳排放量为37018.90 t.

森林可燃物模型可以对具有巨大变异性的可燃物进行综合描述,是建立林火模拟系统和进行林火行为预报和模拟的基础.本文从潜在林火行为的角度出发,依据可燃物的关键参数,利用系统聚类方法对可燃物分类并进行火行为预测,最终建立赣南地区标准森林可燃物模型.结果表明:坡度不变条件下,不同可燃物的蔓延速率、火焰长度随着风速的增加而上升;可燃物对坡度和风速敏感,火线强度随之增大而增加.赣南地区可建立4个标准可燃物模型,代表性植被类型分别为毛竹林(模型FL-Ⅰ)、马尾松林(模型FL-Ⅱ)、针叶(马杉)、针阔(马杉木)混交林和杉木林(模型FL-Ⅲ)以及木荷林和阔叶林(木枫)混交(模型FL-Ⅳ).不同可燃物林火行为的预测结果以及4个标准可燃物模型的地表和垂直结构特征可为林火管理提供帮助.

探究森林可燃物与燃烧产生的细小颗粒物(PM2.5)中的元素含量及其相关性,以揭示林火过程中各元素迁移轨迹,为理解森林火灾对环境化学元素含量和生态系统物质循环的影响提供重要依据.以马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、大叶桉(Eucalyptus robusta)和香樟(Cinnamomum cam-phora)的树枝、树叶以及树皮3个不同部位器官为研究对象,采用自主设计的模拟燃烧装置进行室内阴、明燃两种不同燃烧状态模拟燃烧,测算5种常量元素Mg、Al、P、K、Ca及7种微量元素Na、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn的含量,同时比较阴、明燃情况下排放PM2.5中元素含量的差异,并分析森林可燃物自身元素含量与各元素排放因子的相关性.结果表明:森林可燃物中常量元素Mg、K、Ca和微量元素Zn含量高,森林可燃物元素含量针叶树高于阔叶树,不同器官元素含量差异显著;燃烧释放PM2.5中Mg、K、Ca、Zn排放因子较高,Cu次之,Cr最少,常量元素高于微量元素;不同燃烧状态下对排放因子也存在一定的影响,普遍表现为明燃大于阴燃;不同燃烧状态下,各器官释放PM2.5与自身元素含量的比值中,Cu元素最高,其他元素占比范围在0～0.09％;森林可燃物与PM2.5的元素间相关性较大,相关水平达0.700～0.999.不同森林可燃物器官燃烧释放烟气及PM2.5存在差异,且森林可燃物自身与燃烧释放颗粒物PM2.5具有较强的相关性.

林火对人类生命财产安全和生态环境产生重要影响,编制高质量的森林火险图对预防林火的发生、指导扑救资源配置、辅助火灾扑灭和支持决策制定均有积极意义.本研究采用基于地理信息系统的多准则决策分析(MCDA)方法以及查阅文献确定影响福建省尤溪县林火发生的主要因子,每个火险因子的重要性利用网络层次分析法(ANP)确定,得出权重,次标准的权重由模糊逻辑评估,使用ArcGIS的聚合函数生成森林火灾风险图,结合卫星火点验证准确度.结果表明:尤溪县4级及以上火险等级区域占比大,中部和北部林火发生风险较高,该县整体火险情况严峻;模糊ANP模型的准确性较高,达85.8％.引入新的MCDA方法有效地提高了小尺度范围森林火险制图的准确度,可为早期林火预警、扑灭资源规划和分配工作提供依据.