廣東森林火災(zāi)中可燃地被物損失和CO2排放的調(diào)查分析

王振師 ，周宇飛 ，吳澤鵬 ，李小川 ，李興偉

(1.廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520；2.廣東省森林病蟲害生物防治重點實驗室，廣東 廣州 510520)

廣東森林火災(zāi)中可燃地被物損失和CO2排放的調(diào)查分析

王振師1，2，周宇飛1，2，吳澤鵬1，2，李小川1，2，李興偉1，2

(1.廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520；2.廣東省森林病蟲害生物防治重點實驗室，廣東 廣州 510520)

森林火災(zāi)對森林系統(tǒng)的碳排放具有重要影響。選擇廣東省容易受森林火災(zāi)危害的馬尾松林、馬尾松+闊葉樹混交林、桉樹林和灌木林，通過對林分火燒前地被物和火燒跡地殘留物的調(diào)查比較，分析森林火災(zāi)中可燃地被物燃燒消耗和CO2的排放量。結(jié)果表明：在上述4種林分類型中，森林火災(zāi)燃燒的地被物主要有蕨類4種、禾本4種、灌木13種、藤本4種；可燃地被物平均載量分別為16.25 、17.80 、10.1 、17.74 t/hm2，可燃地被物燃燒率分別為84.68%、77.25%、85.00%、71.25%，CO2的平均排放量分別為24.22 、24.2 、15.15 、22.24 t/hm2。

森林火災(zāi)；可燃地被物；燃燒；碳排放；廣東省

廣東省光水熱條件豐富，林區(qū)草灌種類植被繁多，地被物載量大。經(jīng)調(diào)查，廣東林下植被以鐵芒箕Dicranopteris linearis、五節(jié)芒Miscanthus floridulus、 茅 草Miscanthus sinensis、 桃 金 娘Rhodomyrtus tomentosa、崗松Leafofshrubby baeckea和各種雜灌木為主，再加上林內(nèi)的枯枝落葉和表層腐殖層，組成了廣東森林火災(zāi)的主要可燃物[1]。據(jù)在肇慶市北嶺山馬尾松純林和松闊混交林（6松4闊）的調(diào)查，林內(nèi)植被蓋度95 %以上，活地被物平均載量32.0 t/hm2，凋落物平均載量22.5 t/hm2，地被物平均總載量54.5 t/hm2[2]。森林火災(zāi)燃燒了林下植被和凋落物，產(chǎn)生大量的含碳氣體，林火燃燒排放的碳中約90%以二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）的形式排放，其余的大多以甲烷（CH4）、多碳烴（CxHy）和揮發(fā)性有機物氧化物的形式排放到大氣中，森林火災(zāi)不僅破壞了森林的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境，而且排放的CO2等氣體成為大氣溫室氣體的來源[3]。為了解廣東森林火災(zāi)對地被物的影響，本研究根據(jù)廣東省內(nèi)典型林分森林火災(zāi)發(fā)生情況，對受害林分的地被物進行調(diào)查，以研究森林火災(zāi)對地被物破壞影響和排放的碳量的關(guān)系。

1 調(diào)查對象與方法

廣東省受森林火災(zāi)危害的林分主要有針葉林、針闊混交林、桉樹林和灌木林。利用林火監(jiān)測衛(wèi)星提供熱點的經(jīng)緯度，確定森林火災(zāi)的具體位置，通過對火燒跡地和周邊相同林分地被物的調(diào)查比較，分析森林地被物在火災(zāi)中的損失情況。根據(jù)2012年10月至2014年10月熱點報告，在不同地區(qū)選擇相應(yīng)的受災(zāi)林分進行調(diào)查。調(diào)查林分主要有馬尾松天然林，針闊混交林中以馬尾松+闊葉樹，4～6年生桉樹人工林，雜灌林以馬尾松幼林、多種闊葉樹種的混交林，在林內(nèi)設(shè)置樣地和樣方，收集活地被物、枯枝落葉。

1.1 林下可燃地被物的調(diào)查

采用樣方直接稱量法，調(diào)查林下的地被物、凋落物和跡地殘留物。在林地內(nèi)按不同地被物類型設(shè)立樣方，灌木和高于1 m以上草本的樣方為2 m×2 m，笀箕類雜草和凋落物層的面積為l m× l m。分別測定樣方內(nèi)的活灌木雜草質(zhì)量、枯枝落葉質(zhì)量，收集可燃物樣品，測定含水率和計算每公頃可燃物載量（干質(zhì)量）。在錐形量熱儀中點燃可燃物樣本，對燃燒過程中樣本的燃燒量和氣體排放量進行量測。

1.2 火燒跡地可燃物殘留調(diào)查

選擇不同類型的地被物火燒跡地設(shè)置樣方，每個樣方面積為l m×l m。收集樣方內(nèi)燃燒殘留物樣品并稱質(zhì)量，測定各樣品的含水率，計算每公頃可燃物燃燒后殘留物的質(zhì)量(干質(zhì)量)。

2 結(jié)果與分析

2.1 林下活地被物的組成

廣東省氣候條件優(yōu)越，地貌類型多樣，植物種類豐富。常見森林植物有566種，隸屬147科和347屬[4]。林下植被是森林火災(zāi)發(fā)生的重要因素，溫遠光等[5]通過對廣西桉樹林人工林的調(diào)查，林下的植物種類共71種，分屬33科66屬之多。經(jīng)對廣東省針葉林（選擇具備代表性的馬尾松林）、針闊混交林（選擇具備代表性的馬尾松+闊葉樹林）、桉樹林和灌木林等林地的調(diào)查，森林火災(zāi)中燃燒的活地被物有蕨類4種、草本植物4種、灌木13種、藤本4種（見表1）。在調(diào)查的不同林分類型中，林下活地被物品種的變化不大，說明在廣東氣候環(huán)境下，區(qū)域內(nèi)主要的林下植被品種較為一致，不同林分活地被植物主要品種見表2。

2.2 主要林分可燃地被物載量

通過對廣州、佛山、韶關(guān)、河源、云浮、清遠和潮州等地區(qū)的馬尾松林、馬尾松+闊葉樹、桉樹林和灌木林火燒跡地和相應(yīng)林分地被物的調(diào)查，經(jīng)外業(yè)采集樣本和實驗室烘干分析后，其統(tǒng)計結(jié)果見表3。地被物載量分別是馬尾松林16.25 t/hm2、馬尾松+闊葉樹17.80 t/hm2、桉樹林10.1 t/hm2、灌木林17.74 t/hm2。在4種林分中，馬尾松林、馬尾松+闊葉樹和灌木林為天然形成或長期缺乏管護的林分，林分生長狀況不整齊，林內(nèi)地被物中雜灌和藤類生長量大，調(diào)查的桉樹林是人工種植的4～6年生林分，在撫育管理下林內(nèi)地被物大為減少，地被物主要為桉樹脫落的樹皮、枯枝落葉和草本植物。

表1 廣東森林火災(zāi)燃燒的林下地被物主要品種Table 1 Main species of burnable ground-litters burned in Guangdong forests fires

表2 不同林分活地被物品種組成Table 2 Species composition of living ground-litters in different stands

2.3 森林火災(zāi)中可燃地被物的燃燒量

由于地被物的種類不同，森林火災(zāi)之后地被物燃燒程度也有區(qū)別?？葜β淙~、鐵芒箕、海金沙、五節(jié)芒、芒草、蔓生秀竹、粽葉蘆等地被物在火災(zāi)中被完全燃燒，烏毛蕨、桃金娘、野牡丹、錫葉藤等地被物的葉片和枝條基本被完全燃燒。受林地環(huán)境、郁閉度和溫濕度等因素影響，火燒后殘留物的種類和殘留量不同，殘留物主要有蕨類的葉桿、灌木的樹樁和藤本的藤蔓，調(diào)查結(jié)果見表4。說明了4 種林分的火燒跡地殘留物平均載量分別為灌木林5.10 t/hm2，馬尾松+闊葉樹4.05 t/hm2，馬尾松林2.48 t/hm2，桉樹林1.52 t/hm2。

表3 不同林分類型地被物載量調(diào)查Table 3 Survey of average loaded amounts of ground-litters in different stands

表4 不同林分類型火災(zāi)殘留物調(diào)查Table 4 Survey on forest fire residues in different stand types

通過對未受森林火災(zāi)影響的相應(yīng)林分地被物的調(diào)查比較，不同林分類型地被物燃燒量和燃燒比率見表5。在馬尾松林、桉樹林中，地被物主要以芒箕、禾本科雜草、大量的枯枝落葉和少量的矮小灌木為主，所以在森林火災(zāi)中地被物的燃燒率達84.68%和85.00%。在以松闊混交林和灌木林中，生長有大量的中小灌木和藤本植物，在森林火災(zāi)中細小的地被物和枯枝落葉被燃燒，而枝干大于2.0 cm 的灌木和藤本植物只有部分燃燒，地被物的燃燒率為77.25%和71.25%。

表5 不同林分類型地被物燃燒量和燃燒比率Table 5 Amount of combustion and combustion rate of ground-litters in different stand types

2.4 不同林分類型森林火災(zāi)的CO2排放量

森林火災(zāi)燒死了大量的植物，破壞了地被物的結(jié)構(gòu)和功能，改變了地被物的更新、演替及土壤的理化性質(zhì)與養(yǎng)分循環(huán)，對林分自然生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重的損害。森林火災(zāi)作為影響植物群落更新的決定性生態(tài)因子之一，在改善群落結(jié)構(gòu)、促進生物質(zhì)循環(huán)和新的物種生長發(fā)育方面，有利于促進自然生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，在維持生物多樣性等方面起著重要作用。森林火災(zāi)是森林植被碳庫的碳排放過程，遭受森林火災(zāi)后，森林植被不但失去吸收CO2的功能，而其自身的生物質(zhì)亦被燃燒,并以CO2、CO、CH4等含碳氣體等方式排放到大氣中。Mouillot 對森林火災(zāi)燃燒物的研究結(jié)果表明，1 t干質(zhì)量的森林可燃物在森林火災(zāi)中可排放1.76 t的CO2[6]。通過對森林火災(zāi)前后林內(nèi)地被物裁量損失的比較，可計算出不同林分地被物燃燒量和CO2排放量。廣東省不同林分地被物單位面積的燃燒量及CO2排放量見表6。

表6 不同林分類型地被物CO2平均排放量Table 6 Average CO2 emissions of ground-litters in different stand types

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

經(jīng)過對廣東省不同地區(qū)主要林分類型地被物載量的調(diào)查，確定了馬尾松林、馬尾松+闊葉樹、桉樹林和灌木林中地被物的主要種類、載量、地被物燃燒率及CO2的排放情況。調(diào)查結(jié)果表明，引發(fā)森林火災(zāi)的地被物主要有蕨類4種、禾本4種、灌木13種、藤本4種；4種林分可燃地被物平均載量分別為 16.25 、17.80 、10.1 、17.74 t/hm2；森林火災(zāi)后可燃地被物燃燒率分別為84.68%、77.25%、85.00%、71.25%；CO2的平均排放量分別為 24.22 、24.2 、15.15 、22.24 t/hm2。

3.2 討 論

本文是以廣東省各地森林火災(zāi)的火燒跡地調(diào)查為基礎(chǔ)，實際情況是在同一林分類型中，由于生長年齡、立地條件和管理措施的不同，地被物的種類和生長情況存在很大區(qū)別[7]，為更好地了解廣東省不同林分地被物種類的裁量情況，應(yīng)進一步加強地被可燃燒物、森林火災(zāi)和碳排放方面的研究。

本次調(diào)查分析是針對地被物在森林火災(zāi)中的損失以及CO2的排放情況，森林火災(zāi)不僅會消耗掉大量地被物和樹木等植被，還會引起林分樹木的傷害或死亡，受災(zāi)樹木的碳成份雖然不直接排放，但林分生態(tài)環(huán)境的大部分碳匯功能將喪失。因此，在研究森林火災(zāi)碳排放過程中，還應(yīng)開展受災(zāi)森林碳排放和碳匯損失的研究。

在對火燒跡地的調(diào)查和森林火災(zāi)現(xiàn)場的觀察中發(fā)現(xiàn)，火燒跡地上存在大量未完全燃燒的炭塊、炭渣，這些炭塊、炭渣并沒有燃燒變成CO2等氣體；同時森林火災(zāi)產(chǎn)生的濃煙中也存在大量的炭粒，這些炭粒也沒有變成CO2等氣體，而是經(jīng)過一段時間的飄浮或與其它顆粒凝結(jié)后沉降到地表。因此，在研究森林火災(zāi)碳排放時，應(yīng)排除未燃燒的炭塊、炭渣和炭粒的含量。

[1] 陳富強,羅 勇,李清湖.粵東地區(qū)森林灌木層優(yōu)勢植物生物量估算模型[J] .中南林業(yè)科技大學學報,2013,33(2):5-10.

[2] 李小川,王振師,李興偉,等.廣東森林消防立體滅火技術(shù)研究與應(yīng)用[J].廣東林業(yè)科技,2013,29(1):13-19.

[3] 趙鳳君,舒立福,姚樹人.森林火災(zāi)碳排放估算方法與研究進展[J].森林防火,2012, (1): 25-29.

[4] 劉凱昌,莊學影,薛春泉,等.廣東森林植物[M].武漢:華中科技大學出版社,2013.

[5] 溫遠光,陳 放,劉世榮,等.廣西桉樹人工林物種多樣性與生物量關(guān)系[J].林業(yè)科學,2008,44(4):14-19.

[6] Mouillot F, Rambal S.Joffer R.Simulating climate change impacts on fire frequency and vegetation dynamics in a Mediterranean-type ecosystem[J].Global Change Biology, 2002,(8): 423-437.

[7] 鄭 路,蔡道雄,盧立華,等.南亞熱帶不同樹種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫特征[J].中南林業(yè)科技大學學報,2014,34(12):110-116.

Investigation and analysis of ground-litters decrement and CO2emission during forest fires in Guangdong province

WANG Zhen-shi1,2, ZHOU Yu-fei1,2, WU Ze-peng1,2, LI Xiao-chuan1,2, LI Xing-wei1,2
(1.Guangdong Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China;2.Guangdong Provincial Key Lab.of Bio-control for Forestry Disease and Pest, Guangzhou 510520, Guangdong, China)

Forest fires have significant impacts on forest carbon emissions.Through selecting Masson pine, Masson pine + broadleaf,eucalyptus and shrubbery that are susceptible to forest fires in Guangdong province, by comparing the burnable ground-litters before being burned and the residues in the burned forestland, the decrements of burnable ground-litters and CO2emission in the studied forestlands were studied.The results show that in the four kinds of stand types, the ground-litters burned in forest fires mainly were consisted of 4 species of ferns, 4 species of grasses, 13 species of shrubs and 4 species of lianas; The average loaded amounts of burnable ground-litters in the four forestland types were 16.25 t/hm2, 17.80 t/hm2, 10.1 t/hm2, 17.74 t/hm2respectively, the burning rate were 84.68%, 77.25%, 85.00% and 71.25%, the average CO2emissions were 24.22 t/hm2, 24.2 t/hm2, 15.15 t/hm2and 22.24 t/hm2.

forest fire; burnable ground-litters; combustion; carbon emission; Guangdong province

S762.3

A

1673-923X(2015)09-0093-04

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.09.016

2015-03-24

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項項目“廣東省森林火災(zāi)碳排放監(jiān)測技術(shù)研究”（2012KJCX018-02）

王振師，高級工程師；E-mail：wshenshi@163.com

王振師，周宇飛，吳澤鵬，等.廣東森林火災(zāi)中可燃地被物損失和CO2排放的調(diào)查分析[J].中南林業(yè)科技大學學報，2015, 35(9): 93-96.

[本文編校：謝榮秀]