胡海清，魏書(shū)精，魏書(shū)威，孫龍

(1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040;2.西安建筑科技大學(xué)，陜西西安710055)

氣候變暖背景下火干擾對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響*

胡海清1，魏書(shū)精1，魏書(shū)威2，孫龍1

(1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040;2.西安建筑科技大學(xué)，陜西西安710055)

人類(lèi)活動(dòng)所引起的溫室效應(yīng)及由此造成的氣候變化和對(duì)全球生態(tài)環(huán)境的影響已受到國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注?；鸶蓴_作為森林生態(tài)系統(tǒng)重要的干擾因子，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)產(chǎn)生重要影響以及對(duì)未來(lái)氣候變化的響應(yīng)更是人們關(guān)注的重點(diǎn)。正確理解氣候變暖、火干擾與森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)之間的因果循環(huán)關(guān)系，了解氣候變暖背景下火干擾對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響，對(duì)制定科學(xué)合理的林火管理策略、充分發(fā)揮林火管理在森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡以及緩解碳排放中的作用均有重要的意義。系統(tǒng)論述了氣候變暖、火干擾與森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)之間的邏輯循環(huán)關(guān)系，并對(duì)相關(guān)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。重點(diǎn)剖析了氣候變暖對(duì)火干擾的影響，氣候變暖背景下火干擾對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響，并提出了全球變暖背景下科學(xué)有效的林火管理策略與措施，以及今后需要加強(qiáng)的一些研究領(lǐng)域及方向。

氣候變暖;火干擾;森林生態(tài)系統(tǒng);碳循環(huán);林火管理策略

全球氣候變化尤其是氣候變暖對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境的影響已受到國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注［1－3］?！堵?lián)合國(guó)氣候變化框架公約》以及《京都議定書(shū)》的簽訂使得政府決策層、科研工作者及社會(huì)公眾越來(lái)越關(guān)注全球氣候變化［4］。工業(yè)革命以來(lái)，由于人類(lèi)大量使用煤炭、石油和天然氣等化石燃料，以及加速毀林等活動(dòng)，全球每年由化石燃料燃燒釋放的CO2約2.70×1010t［5］，造成大氣層中CO2濃度每年以1.8 μmol·L－1的速度迅速增加［6］，2009年哥本哈根聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)的數(shù)據(jù)顯示CO2濃度由工業(yè)化前的280 μmol·L－1增加到了現(xiàn)在的387μmol·L－1。同時(shí)，氣候?qū)W家預(yù)測(cè)2100年CO2濃度為540～1 000 μmol·L－1［2］，受溫室氣體影響的全球氣溫將繼續(xù)上升，CO2濃度的不斷上升，導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇，由此產(chǎn)生一系列的氣候異?，F(xiàn)象，將對(duì)全球氣候產(chǎn)生災(zāi)難性的影響。隨著氣候變化的加劇，干旱、雷暴、風(fēng)暴、高溫等極端天氣越來(lái)越頻繁、越來(lái)越激烈，與氣象相關(guān)的災(zāi)害越來(lái)越多［2，7］。火干擾作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要干擾因子，作為世界上八大自然災(zāi)害之一［8］，在生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡中具有重要作用。各種預(yù)測(cè)模型顯示，未來(lái)氣候變暖將使火干擾發(fā)生的頻率和強(qiáng)度增加［9－10］。為此加強(qiáng)氣候變暖背景下火干擾對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響研究，正確理解氣候變暖、火干擾與森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)之間的關(guān)系，加深火干擾對(duì)碳循環(huán)影響的認(rèn)識(shí)，將會(huì)提高生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理的水平，以更有效的方式干預(yù)生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡。這將為政府部門(mén)在全球氣候變暖背景下制定科學(xué)有效的林火管理策略提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，在全球氣候變暖背景下，實(shí)施科學(xué)合理的林火管理措施，對(duì)優(yōu)化森林的可持續(xù)管理，發(fā)揮碳匯效應(yīng)，減緩全球氣候變暖的趨勢(shì)均有重要意義。

1 氣候變暖對(duì)火干擾的影響

森林燃燒理論認(rèn)為任何森林燃燒現(xiàn)象的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件，即森林可燃物、火源、氣象條件，其構(gòu)成森林燃燒三要素［11］。氣候變暖不僅為火干擾的發(fā)生發(fā)展提供了直接的氣象條件，而且為其提供了間接的可燃物條件和火源條件。Clark［12］研究美國(guó)明尼蘇達(dá)西北部750年森林火災(zāi)，發(fā)現(xiàn)高溫干旱時(shí)期比濕冷時(shí)期森林火災(zāi)發(fā)生的頻率高很多。Ali等［13］研究過(guò)去8 000年加拿大東部寒溫帶森林的火狀況，發(fā)現(xiàn)火干擾的頻率與氣候變化之間成函數(shù)關(guān)系。氣候變暖背景下火險(xiǎn)天氣出現(xiàn)的頻率加劇，火源的增加，可燃物的不斷累積與易燃性增強(qiáng)，對(duì)火干擾發(fā)生的頻率和強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響［9－10］。氣候變暖對(duì)火干擾的影響主要通過(guò)影響森林可燃物、火源和火環(huán)境與林火發(fā)生三個(gè)方面來(lái)體現(xiàn)。

1.1 氣候變暖對(duì)森林可燃物的影響

1.1.1 影響可燃物的燃燒性

可燃物的燃燒性是由其理化性質(zhì)決定的。氣候變暖將對(duì)可燃物的理化性質(zhì)產(chǎn)生重要影響，增加可燃物的易燃性，促成火災(zāi)發(fā)生發(fā)展可燃物條件的形成。氣候變暖引起的氣溫上升，降水格局的重新分配，風(fēng)速加快，導(dǎo)致長(zhǎng)期干旱、高溫和大風(fēng)等火險(xiǎn)性天氣出現(xiàn)的頻率上升，這亦直接影響可燃物的燃燒性［11］。氣候變暖還會(huì)通過(guò)影響可燃物的燃點(diǎn)、熱值和揮發(fā)油含量來(lái)影響森林的燃燒性。干旱導(dǎo)致植物體內(nèi)揮發(fā)油含量和油脂含量增加，增強(qiáng)可燃物的易燃性。Turtola等［14］對(duì)在干旱脅迫下的蘇格蘭松研究發(fā)現(xiàn)，其揮發(fā)油含量和油脂含量比正常分別增加了39%和32%。同時(shí)，由于氣候的變暖，許多火險(xiǎn)較高的地區(qū)長(zhǎng)期處于干旱高溫之中，進(jìn)一步改變森林可燃物的燃燒性。氣候變暖將對(duì)物種組成和分布產(chǎn)生影響，在植被帶遷移過(guò)程中，使得許多植被在適應(yīng)新生境的過(guò)程中傷亡，且其燃燒性亦發(fā)生改變，增強(qiáng)可燃物的易燃性［15］。

1.1.2 影響可燃物的積累

氣候變暖對(duì)森林的物種組成、分布和NPP等產(chǎn)生重要影響［16］。森林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力將隨著氣溫及CO2濃度的升高而變化［17］，全球氣候變化會(huì)促進(jìn)NPP的提高［18］，從而影響森林生物量的累積速率，改變可燃物量的供給［19］。隨著全球性溫度和濕度變化，可能造成氣候帶以及相應(yīng)自然生態(tài)系統(tǒng)向兩極移動(dòng)。在植被帶的遷移中，由于有些植被不能適應(yīng)新的生境而死亡，將會(huì)導(dǎo)致大量可燃物的積累［15］。同時(shí)，隨著全球氣候變暖，其他干擾形式發(fā)生的頻率亦會(huì)相應(yīng)提高［20］，如森林病蟲(chóng)害、干旱、大風(fēng)和洪災(zāi)等災(zāi)害，亦會(huì)造成大量植被死亡，為火干擾提供了物質(zhì)基礎(chǔ)［4］。氣候變暖還導(dǎo)致極端氣候事件發(fā)生的頻率和強(qiáng)度增大，從而導(dǎo)致大量植被受損和死亡，為火干擾的發(fā)生提供大量可燃物積累。全球變暖可能引起大氣CO2濃度增加，土壤水熱動(dòng)態(tài)和養(yǎng)分發(fā)生變化及其交互作用對(duì)凋落物分解產(chǎn)生重要作用［18］。大氣CO2濃度增加可通過(guò)對(duì)植物和土壤生物的直接和間接作用而對(duì)凋落物的分解產(chǎn)生顯著影響［21］。大氣CO2濃度增加的施肥效應(yīng)對(duì)森林凋落物產(chǎn)量和質(zhì)量及根系分泌物具有不同程度的影響，對(duì)凋落物分解過(guò)程可能產(chǎn)生顯著影響，從而增加森林可燃物的量［22］。

1.2 氣候變暖對(duì)火源的影響

火干擾歷史表明氣候是火干擾的主導(dǎo)因素，氣候暖干化時(shí)期火干擾頻發(fā)且強(qiáng)度大［23］。隨著人口數(shù)量的增加，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)火干擾的影響日益增強(qiáng)［19］，但氣候仍是火干擾的主導(dǎo)因素［24］。全球變化導(dǎo)致了可燃物的空間分布與林分燃燒性變化，從而影響了自然火源與人為火源的分布，改變了由雷擊或人為引起林火發(fā)生的可能，在時(shí)空上出現(xiàn)波動(dòng)性，進(jìn)而造成火干擾的動(dòng)態(tài)變化。氣候變暖導(dǎo)致地表氣溫上升，使得地氣之間的對(duì)流增強(qiáng)，提高了發(fā)生雷擊的幾率，研究發(fā)現(xiàn)氣候變暖可使閃電的頻率增加30%～40%［25］，隨著雷擊數(shù)量的上升，尤其是干雷暴的頻發(fā)，雷擊火發(fā)生頻率加劇［26］。Price等［25］模擬CO2倍增對(duì)美國(guó)閃電引起的火干擾的影響表明，由閃電引起的火將增加44%，過(guò)火面積增加78%。

氣候變暖，防火期將延長(zhǎng)，火險(xiǎn)等級(jí)增高，極端火險(xiǎn)天氣增長(zhǎng)，使得火源管理更加困難，會(huì)導(dǎo)致火干擾頻繁爆發(fā)，森林大火不斷。研究表明近20年加拿大火險(xiǎn)期延長(zhǎng)30 d，在中、高緯度地區(qū)，特別是北方林區(qū)對(duì)氣候變暖尤為敏感［19］。由于氣候變暖，我國(guó)大興安嶺林區(qū)雷擊火增多，防火期延長(zhǎng)，且火災(zāi)發(fā)生在非防火期的幾率增大。2000年和2002年大興安嶺都發(fā)生了嚴(yán)重的夏季火災(zāi)，特別是2002年的雷擊火更加嚴(yán)重［27］。趙鳳君等［15］對(duì)內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)的火干擾進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該林區(qū)受氣候變暖的影響，可燃物干燥度增強(qiáng)，夏季雷擊火增加。在氣候變暖背景下加拿大和阿拉斯加雷擊火明顯增加［26］。

1.3 氣候變暖對(duì)火環(huán)境及林火發(fā)生的影響

氣候變暖為火干擾的發(fā)生發(fā)展提供適宜的火險(xiǎn)天氣，創(chuàng)造火環(huán)境，為森林燃燒提供氣象條件。氣候變暖的火環(huán)境包括火災(zāi)天氣、火險(xiǎn)期、火災(zāi)季節(jié)、引燃條件、林內(nèi)小氣候和氧氣供應(yīng)等，是森林火災(zāi)發(fā)生的重要影響因子。研究表明，火干擾的動(dòng)態(tài)變化是對(duì)氣候變化的響應(yīng)，火干擾頻發(fā)均出現(xiàn)在氣溫高、降水少的暖干化時(shí)期，而氣候冷濕時(shí)期火干擾頻率極低［28］。隨著全球氣候變暖，高溫干旱的天數(shù)增多，降水減少，相對(duì)濕度下降，風(fēng)速加大，林內(nèi)微氣候干燥，火險(xiǎn)期延長(zhǎng)，有利于火災(zāi)的發(fā)生和蔓延，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的頻率增加，特別是強(qiáng)度增強(qiáng)。美國(guó)西部火干擾研究表明，氣候變化影響火環(huán)境是林火發(fā)生的重要因素［29］。Mouillot等［30］對(duì)地中海的氣候與火干擾關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)氣候變化導(dǎo)致兩次連續(xù)火災(zāi)之間的間隔期縮短。在氣候變暖背景下，除了氣溫升高外，其他天氣變量(降水、風(fēng)和云)亦將發(fā)生改變［19］，這些均有利于火險(xiǎn)天氣的形成。

森林火災(zāi)的發(fā)生與蔓延雖然受氣象條件、植被類(lèi)型、人為干擾和撲救水平等諸多因素影響而表現(xiàn)出時(shí)空規(guī)律性，但氣象條件對(duì)林火的發(fā)生具有重要影響。太陽(yáng)黑子、厄爾尼諾、南方濤動(dòng)和拉尼娜均對(duì)火干擾產(chǎn)生重要影響［31］，其影響方式是改變可燃物濕度和火險(xiǎn)天氣，直接或間接影響可燃物和林火環(huán)境的改變，進(jìn)而對(duì)火干擾產(chǎn)生影響。田曉瑞等［27］對(duì)20世紀(jì)所發(fā)生的13起特大森林火災(zāi)氣候背景進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)有10起發(fā)生在厄爾尼諾年，即世界歷史上78%的森林大火發(fā)生在厄爾尼諾年。

2 氣候變暖背景下火干擾對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響

2.1 火干擾對(duì)大氣碳循環(huán)的影響

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的植被碳庫(kù)和土壤碳庫(kù)［32］，其碳通量對(duì)全球碳收支具有重要影響，在全球碳循環(huán)和碳平衡中起著重要作用［33］?；鸶蓴_過(guò)程中可燃物燃燒所排放的大量含碳溫室氣體［34－35］，破壞大氣碳平衡［35］，對(duì)區(qū)域乃至全球碳循環(huán)和碳平衡產(chǎn)生重要影響。全球平均每年大約有1%的森林遭受火干擾的影響［34］，從而導(dǎo)致每年大約4 Pg的碳排放到大氣中，這相當(dāng)于每年化石燃料燃燒排放量的70%［36］。火干擾過(guò)程中排放大量含碳?xì)怏w是對(duì)碳循環(huán)最直接的影響，亦是森林生態(tài)系統(tǒng)中碳的凈損失過(guò)程［37］?；鸶蓴_中生物質(zhì)燃燒是大氣中痕量氣體的主要來(lái)源［34］，其排放的含碳?xì)怏w包括CO2、CO、CH4、非甲烷烴等，其中CO2、CO、CH4為其主要成分。全球森林火災(zāi)排放CO2、CO、CH4的總量分別為3 135 Tg C·a－1、228 Tg C·a－1和167 Tg C·a－1，分別為全球所有排放量［38］的45%、21%和44%［39］。

森林生態(tài)系統(tǒng)受到火干擾后其儲(chǔ)存的碳都會(huì)釋放出來(lái)，1 t可燃物燃燒能產(chǎn)生1 755 kg的CO2，火災(zāi)向大氣中釋放出大量的CO2、CO、CH4等氣體，這些氣體可在大氣中存在很長(zhǎng)時(shí)間，火災(zāi)增加大氣中含碳溫室氣體濃度，而且CH4、CO到達(dá)大氣的平流層后會(huì)影響臭氧的濃度。因此，火災(zāi)對(duì)全球氣候變化的影響亦是長(zhǎng)期的。其中最主要的是進(jìn)一步促進(jìn)全球變暖，從而產(chǎn)生一系列的負(fù)面效應(yīng)?；鸶蓴_將改變大氣成分?jǐn)?shù)量(CO2、CH4等排放的增加)和空氣質(zhì)量改變(O3、SO2和NOx等濃度變化)，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的形成過(guò)程亦有著直接和間接的影響［40］?；鸶蓴_中的排放物直接影響生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程［30，41］，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)產(chǎn)生影響。1990年代國(guó)際巖石圈—生物圈項(xiàng)目的生物燃燒試驗(yàn)、國(guó)際全球大氣化學(xué)等項(xiàng)目的大量研究，對(duì)火燒釋放物進(jìn)行了取樣，確定了其成分［42］，可燃物在燃燒過(guò)程中不但釋放出大量的CO2，還有CH4、N2O等溫室氣體，其產(chǎn)生的煙霧亦是空氣污染的來(lái)源之一，煙霧中的含碳?xì)怏w包括CO2、CO、CH4和非甲烷烴等，這些均對(duì)大氣碳循環(huán)產(chǎn)生重要影響。

2.2 火干擾對(duì)土壤碳庫(kù)及周轉(zhuǎn)的影響

火干擾不僅能影響土壤碳庫(kù)的儲(chǔ)量，還通過(guò)影響土壤呼吸速率來(lái)改變土壤碳庫(kù)的周轉(zhuǎn)時(shí)間?；鸶蓴_向土壤中施加了熱量、灰燼，改變了土壤環(huán)境和微氣候，土壤性質(zhì)亦因植被和生物活性的改變而發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而對(duì)土壤有機(jī)碳含量、組分、分布及轉(zhuǎn)化有很大影響［43］?；馃龑?duì)土壤有機(jī)碳的影響依賴(lài)于火燒的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和頻率，高強(qiáng)度火，土壤有機(jī)碳幾乎破壞，中、低強(qiáng)度火使土壤有機(jī)碳發(fā)生了重新分配，而不僅僅是減少［11］。從短期看，火燒后土壤有機(jī)質(zhì)含量會(huì)大幅度下降，原因是火燒致使表土層有機(jī)碳大量分解［44］。從長(zhǎng)期看，生物體燃燒后的殘?bào)w形成土壤黑碳，有助于形成穩(wěn)定的土壤有機(jī)碳庫(kù)［45］?？傊瑥亩唐诳?，火燒之后土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，但從長(zhǎng)期看，火燒改變了土壤有機(jī)質(zhì)的組成，易形成穩(wěn)定的有機(jī)碳，對(duì)于形成土壤中穩(wěn)定的有機(jī)碳庫(kù)貢獻(xiàn)較大。

作為森林生態(tài)系統(tǒng)重要干擾因子的火干擾對(duì)土壤呼吸速率有重要影響?；鸶蓴_最直接的影響就是改變土壤的水分狀況，影響土壤呼吸速率［46］。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)會(huì)降低土壤呼吸，降低的多少取決于火燒的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和頻率，但不同的林型土壤呼吸速率在火后亦有所差異［47］。盡管火后土壤顯著變暖，但由于植被、凋落物和土壤表層有機(jī)質(zhì)的喪失使得火燒區(qū)的土壤CO2通量顯著降低［48］。Sawamoto［48］研究發(fā)現(xiàn)火燒區(qū)土壤呼吸顯著低于未燒區(qū)，且重度火燒區(qū)土壤呼吸比輕度火燒區(qū)降低的更多，土壤呼吸速率在火燒頻率較低的林地相對(duì)較高。

2.3 火干擾對(duì)凋落物碳庫(kù)及周轉(zhuǎn)的影響

火干擾改變了凋落物的微氣候和微環(huán)境，對(duì)森林凋落物碳庫(kù)產(chǎn)生直接和間接影響。直接影響指火干擾后地上植被燒死，地表的凋落物被燃燒，燒毀了凋落物碳庫(kù)并減少凋落物碳庫(kù)的來(lái)源，使得凋落物碳庫(kù)減少［43］。間接影響指火干擾后林分郁閉度降低，林內(nèi)光照和通風(fēng)條件增加，同時(shí)火燒跡地留下灰燼等物質(zhì)，增強(qiáng)吸收太陽(yáng)輻射的作用，使得地表氣溫上升，可燃物更容易干燥，從而制約凋落物分解速率改變，影響凋落物動(dòng)態(tài)，影響生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。在中、低強(qiáng)度火災(zāi)后，短期內(nèi)由于林分條件變化，可能增加森林凋落物的積累，進(jìn)而提高森林火險(xiǎn)等級(jí)，使得森林火災(zāi)后再次發(fā)生火災(zāi)的幾率提高，影響凋落物碳庫(kù)。

火干擾對(duì)凋落物的增減取決于火燒強(qiáng)度，不同強(qiáng)度的火燒對(duì)凋落物碳庫(kù)產(chǎn)生不同的影響［48］?；馃龑?duì)跡地的地表溫度和水熱條件產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)凋落物的分解速率產(chǎn)生影響，從而調(diào)節(jié)森林凋落物碳庫(kù)及其周轉(zhuǎn)速率［43］。如溫度升高對(duì)各種反應(yīng)過(guò)程均有不同程度的促進(jìn)作用，可提高森林土壤和凋落物的微生物活性，加速凋落物的分解。林地水熱條件直接影響凋落物分解過(guò)程中的淋溶作用和微生物活性，從而對(duì)凋落物分解產(chǎn)生顯著影響。Liski等［49］開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于溫度和積溫的簡(jiǎn)單模型，用來(lái)描述凋落物的分解速率，發(fā)現(xiàn)溫度增加可顯著提高凋落物的分解速率，加速凋落物碳庫(kù)的周轉(zhuǎn)，且這一作用在所有生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)一致。Moore等［50］研究表明，氣溫升高可使凋落物分解率增加4%～7%。Pausas等［29］對(duì)地表和不同土層凋落物分解速率的研究表明，相對(duì)較高的地表溫度更有利于凋落物的分解。

3 氣候變暖背景下的林火管理策略

正確理解和處理氣候變暖背景下火干擾與森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)之間的相互關(guān)系，對(duì)政府部門(mén)在全球氣候變暖背景下制定科學(xué)有效的林火管理策略與措施，維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡，減緩大氣CO2濃度上升，緩解氣候變暖均有重要意義。目前，林火管理策略主要有4種，即森林防火、計(jì)劃燒除、生物防火和林火阻隔。森林防火指嚴(yán)格防止森林火災(zāi)的發(fā)生，使火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展控制在一定的范圍之內(nèi)。防火是政府部門(mén)實(shí)施的最高效緩解火干擾的行動(dòng)，其直接效益就是保護(hù)了現(xiàn)有森林、人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，但大量研究及事實(shí)證明，嚴(yán)格防火政策的長(zhǎng)期實(shí)施，改變了火災(zāi)輪回期［51］，會(huì)導(dǎo)致一系列生態(tài)后果［52］，主要表現(xiàn)為火災(zāi)輪回期變長(zhǎng)，火燒頻率減小，森林物種組成及年齡結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，造成森林結(jié)構(gòu)功能的變化。因而改變嚴(yán)格防火措施負(fù)面效應(yīng)的首要工作是加強(qiáng)森林可燃物的可持續(xù)管理，因?yàn)榭扇嘉锸怯绊懥只鸢l(fā)生要素中人類(lèi)能控制的因子［52］。森林可燃物可持續(xù)管理是指為了某種目的對(duì)可燃物進(jìn)行處理和調(diào)節(jié)的所有過(guò)程和方法，主要目的是降低火險(xiǎn)、清除易燃可燃物、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定［11］。森林可燃物的可持續(xù)管理主要包括計(jì)劃燒除和生物防火兩種重要措施。

計(jì)劃燒除是指人們?yōu)榱藴p少可燃物的積累，降低森林燃燒性或開(kāi)設(shè)防火線而進(jìn)行的計(jì)劃火燒，亦可稱(chēng)為以火防火［53］，包括火燒防火線、火燒溝塘草甸、清理采伐或撫育的剩余物、林內(nèi)計(jì)劃火燒等。定期進(jìn)行計(jì)劃燒除:一是可將地表枯枝落葉等易燃可燃物清除，減少可燃物的過(guò)分積累，調(diào)節(jié)森林可燃物結(jié)構(gòu)，具有良好的防火功能;二是可使易燃可燃物燃燒后轉(zhuǎn)化為林木生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，同時(shí)還可加速凋落物的分解，增加土壤養(yǎng)分，有利于森林的生長(zhǎng)發(fā)育、健康成長(zhǎng)，對(duì)維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定均有重要的生態(tài)意義。生物防火是指利用生物(喬、灌、草等)燃燒性的差異，通過(guò)營(yíng)林、造林、補(bǔ)植、引進(jìn)等措施來(lái)減少林內(nèi)可燃物的積累，改善火環(huán)境，增強(qiáng)林分自身的難燃性和抗火性，構(gòu)建綠色防火林帶，同時(shí)能阻隔或抑制林火的蔓延和發(fā)展［53］。主要是利用植被燃燒性的差異，選擇難燃、耐火、抗火的樹(shù)種營(yíng)建防火生物圈或耐火植物帶，以阻隔林火的蔓延或選擇抗火性能強(qiáng)的樹(shù)種營(yíng)造針闊混交林，以增強(qiáng)林分抗火性，減少森林火災(zāi)發(fā)生頻率，降低火強(qiáng)度，使森林火災(zāi)的損失降到最低水平。

4 結(jié)論與展望

氣候變暖、火干擾與森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)之間存在著邏輯循環(huán)關(guān)系。氣候變暖為火干擾的發(fā)生發(fā)展提供可燃物、火險(xiǎn)天氣和火源條件，影響火干擾發(fā)生的頻率和強(qiáng)度。氣候變化和火干擾兩者之間的相互作用關(guān)系影響生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過(guò)程，改變生態(tài)系統(tǒng)對(duì)大氣中CO2的排放與吸收，影響原有的碳平衡，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)產(chǎn)生重要影響。隨著全球氣候變暖，火干擾的頻率和強(qiáng)度將進(jìn)一步加?。?］，呼吁人們重視林火管理在協(xié)調(diào)氣候變暖、火干擾與森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中的重要作用。如何協(xié)調(diào)三者之間的因果循環(huán)關(guān)系，對(duì)學(xué)者們既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)，今后需從以下一些領(lǐng)域加強(qiáng)研究:

(1)集成實(shí)地觀測(cè)、模型模擬與遙感觀測(cè)的跨尺度火干擾研究，注重研究的尺度轉(zhuǎn)換問(wèn)題，并構(gòu)建豐富翔實(shí)的林火數(shù)據(jù)庫(kù)。

(2)氣候變暖背景下人類(lèi)活動(dòng)對(duì)火干擾次數(shù)和面積的作用及其對(duì)碳循環(huán)的影響。

(3)加強(qiáng)火干擾對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的間接影響研究。

(4)采用高度集成的火干擾模型方法研究在未來(lái)氣候變暖情景下林火發(fā)生趨勢(shì)。

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Effect of Fire Disturbance on Forest Ecosystem Carbon Cycle under the Background of Climate Warming

Hu Haiqing1，Wei Shujing1，Wei Shuwei2and Sun Long1
(1.College of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China;2.Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055，China)

Greenhouse effect caused by human activities and its consequences as climatic change and influences on ecological environment are increasingly concerned internationally．Forest fire，the main disturbance factor for forest ecosystem，draws attention greatly to its important effect on the forest ecosystem carbon cycle and response to the future climatic change．It is significantly important for formulating scientific and reasonable forest fire management strategy，displaying the forest fire management function fully in forest ecosystem carbon cycle，carbon balance and carbon discharge remission to correctly understand causal-recurrent relationship among climate warming，fire disturbance and the forest ecosystem carbon cycle，as well as the effect of fire disturbance on forest ecosystem carbon cycle under the background of climate warming．The logical circle relation among climate warming，fire disturbance and forest ecosystem carbon cycle is systematically discussed，and the related research progress is summarized．Impact of climate warming on fire disturbance，and effect of fire disturbance on forest ecosystem carbon cycle under the background of climate warming are analyzed，and scientific and effective forest fire management strategy and measurement as well as some research area and direction need to be strengthened under the background of climate warming are proposed．

climatic change;fire disturbance;forest ecosystem;carbon cycle;forest fire management strategy

P467;Q143;S762.1

A

1000－811X(2012)04－0037－05

2012－02－12

2012－03－26

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD37B0104);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31070544);林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(200804002);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(DL12CA07)

胡海清(1961－)，男，內(nèi)蒙古敖漢人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事林火生態(tài)與管理和森林生態(tài)學(xué)研究．E-mail:huhq-cf@nefu.edu.cn

孫龍(1976－)，男，黑龍江五常人，副教授，博士，主要從事林火生態(tài)與管理和森林生態(tài)學(xué)研究．E-mail:weishujing2003@163.com