郭懷文 劉曉東

(省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京林業(yè)大學(xué))，北京，100083)

邱美林

(福建三明市林業(yè)局)

三明林業(yè)局自然條件優(yōu)越，森林資源豐富，是國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)建立的全國(guó)集體林區(qū)改革試驗(yàn)區(qū)，也是國(guó)家林業(yè)局批復(fù)同意設(shè)立的全國(guó)集體林區(qū)林業(yè)產(chǎn)權(quán)制度改革試點(diǎn)和海峽兩岸現(xiàn)代林業(yè)合作實(shí)驗(yàn)區(qū)。因此，林業(yè)在當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，過去10年中，三明地區(qū)的森林火災(zāi)造成過火總面積12122.9 hm2，過火有林地面積9436.6 hm2，燒毀成林蓄積 319298.3 m3，幼林損失 682.9萬株，造成的經(jīng)濟(jì)損失及氣象災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害等無法估算，對(duì)國(guó)家的生態(tài)資源安全和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的威脅。特別是集體林權(quán)制度改革后，森林防火出現(xiàn)了巡山護(hù)林難、火源管控難、設(shè)施投入建設(shè)難、防控能力低等新情況、新問題。因此以個(gè)縣(區(qū))為單位，研究三明地區(qū)的森林火災(zāi)時(shí)空分布特征具有重要意義。

森林火災(zāi)由于受到氣候變化、植被分布、人為活動(dòng)等的影響，呈現(xiàn)出不同的地域分布特征。為了控制林火的發(fā)生，掌握林火的地理分布規(guī)律，對(duì)森林火險(xiǎn)區(qū)劃是行之有效的方法之一[1]。柴造坡等[2]根據(jù)黑河地區(qū)1987—2006年林火資料，利用地理信息系統(tǒng)等工具分析了林火空間分布規(guī)律。尹海偉以GIS技術(shù)為支撐，選取植被類型、海拔、坡度、坡向和離居住區(qū)遠(yuǎn)近作為主要林火影響因子，采用因子加權(quán)疊置法，對(duì)研究區(qū)森林火險(xiǎn)情況進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，將火險(xiǎn)等級(jí)分為無、低、中、高和極高5類[4]。劉桂英等[5]對(duì)2000—2002年黑龍江省林火在時(shí)空分布及火因上做了統(tǒng)計(jì)分析，并針對(duì)近3年的林火發(fā)生規(guī)律，在防火策略、措施上提出了建議?？傮w來看，國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于氣象資料和森林火災(zāi)資料來研究林火的時(shí)空發(fā)展規(guī)律是行之有效的方法[6－9]。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)林火時(shí)空分布的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但現(xiàn)有的研究尺度較大[10]，以林業(yè)局為單位的針對(duì)性研究較少[11]。尤其通過區(qū)劃結(jié)果分析森林火災(zāi)預(yù)防和撲救特點(diǎn)，并提出具有實(shí)效性對(duì)策的研究更少。因此，研究三明地區(qū)林火發(fā)生的空間分布規(guī)律，分析火災(zāi)預(yù)防和撲救特點(diǎn)，探討林火預(yù)防撲救對(duì)策，具有十分重要的意義，可為當(dāng)?shù)氐牧只鸸芾砗蜕址阑鸸こ探ㄔO(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地區(qū)概況

三明市地處福建省的西北部，北緯25°29'～27°7'，東經(jīng)116°22'～118°39'。東西寬 230 多公里，南北長(zhǎng)180多公里，總面積22928.8 km2，山地占總面積82%，耕地占8.3%，水域及其它占9.7%，素有“八山一水一分田”之稱。該區(qū)屬于中亞熱帶大陸性與海洋性兼并的季風(fēng)氣候。年平均氣溫約為18℃，雨量充沛，年平均降水量約為1680 mm;年平均相對(duì)濕度87%。全市現(xiàn)有森林面積178.61萬hm2，森林覆蓋率76.8%;活立木蓄積量1.15億m3，其中商品林占74.96%，生態(tài)林占25.04%;立竹儲(chǔ)量3.66億株。境內(nèi)有高等植物267科1062屬2843種。其中:國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物有34種，一級(jí)保護(hù)植物有南方紅豆杉(Taxus mairei)、銀杏(Ginkgo biloba)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)等6種，此外，還有成片的格氏栲(Castanopsis kawakamii Hay)、長(zhǎng)苞鐵杉(Tsuga longibracteata Cheng)、柳杉(Cryptomeria fortunei)等珍貴樹種。主要植被類型有常綠闊葉林、常綠針葉林、針闊混交林、竹林、經(jīng)濟(jì)林、灌木林和草叢等。

2 研究方法

收集三明地區(qū)2000—2009年每次火災(zāi)的林火數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)整理，選取區(qū)劃因子平均火災(zāi)過火面積、平均單次火災(zāi)過火面積、平均損失蓄積量、森林活蓄積量，用聚類分析的方法進(jìn)行分類[12－15]。在綜合分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)技術(shù)繪制森林火險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃。

2.1 區(qū)劃參數(shù)選擇

在選取區(qū)劃參數(shù)時(shí)，主要從各縣區(qū)林火預(yù)防能力、地區(qū)撲救水平、林火危害程度、林業(yè)資源的比重幾個(gè)方面來考慮，每一個(gè)方面分別選用一個(gè)指標(biāo)量化，將三明地區(qū)各縣區(qū)進(jìn)行聚類區(qū)劃。通過數(shù)據(jù)整理選取以下區(qū)劃參數(shù)。

平均單位面積林火發(fā)生次數(shù)計(jì)算公式:

平均單次火災(zāi)過火面積計(jì)算公式:

平均單位過火面積損失蓄積量計(jì)算公式:

森林蓄積量——各縣(市)活立木的蓄積量，是衡量森林資源的指標(biāo)，用字母Gf表示。

2.2 聚類方法

聚類分析法是將樣本單元按照它們?cè)谛再|(zhì)(用因子體現(xiàn))上的親疏程度進(jìn)行分類。由于各個(gè)因子的量綱不同，數(shù)據(jù)大小相差也較大，在進(jìn)行分類之前要先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換。該方法主要是對(duì)變量的屬性進(jìn)行變換處理，首先對(duì)列進(jìn)行中心化，然后用標(biāo)準(zhǔn)差給予標(biāo)準(zhǔn)化。即:

經(jīng)過變換處理后，每列數(shù)據(jù)的平均值為0，方差為1。使用標(biāo)準(zhǔn)差作標(biāo)準(zhǔn)化處理后，在抽樣樣本改變時(shí)仍保持變量屬性的相對(duì)穩(wěn)定性。在研究樣本間親疏程度的數(shù)量指標(biāo)時(shí)，一般用樣本間的距離表示。本文用歐氏距離進(jìn)行計(jì)算。

式中:dij為樣本之間的距離;m為指標(biāo)個(gè)數(shù);k為指標(biāo)次序;X為樣本。

根據(jù)樣本之間的距離，依次將距離最小的樣本合并為一類，逐步聯(lián)接成聚類分析圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 三明林火數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

三明地區(qū)各區(qū)縣平均單次火災(zāi)過火面積、平均單位面積林火發(fā)生次數(shù)、平均單位面積損失蓄積量、森林活蓄積量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 2000—2009年三明地區(qū)林火數(shù)據(jù)

3.2 聚類分析

首先利用標(biāo)準(zhǔn)化公式(4)對(duì)所有樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后再利用公式(5)得到歐式距離。整個(gè)過程可用SPSS軟件進(jìn)行分析求解，得出的聚類樹狀，如圖1所示。

圖1 林火數(shù)據(jù)聚類分析樹狀圖

聚合系數(shù)隨分類數(shù)變化的曲線如圖2所示。從圖2可以看出，當(dāng)分類數(shù)為4以后時(shí)，曲線變得平緩，聚類效果好，因此將分類結(jié)果劃分為4類。按照4類劃分方法，在樹狀圖中大約10的位置向下切割。切割線每相交一條樹狀線即分為一類。最終分類結(jié)果為:一類(大田);二類(尤溪);三類(建寧、泰寧、清流、寧化、沙縣)，四類(將樂、明溪、永安、市區(qū))。

圖2 聚合系數(shù)隨分類數(shù)變化曲線

根據(jù)劃分結(jié)果，針對(duì)三明地區(qū)具體情況，對(duì)4類地區(qū)進(jìn)行分析。

一類防火區(qū)域?yàn)榇筇锟h?；痣U(xiǎn)最高，是過去10年中受災(zāi)最嚴(yán)重的林區(qū)。從數(shù)據(jù)分析看，大田縣林地面積不大，約為16.12萬 hm2，林木蓄積量雖然低，但是火災(zāi)發(fā)生次數(shù)較高，特別是大田縣發(fā)生重特大火災(zāi)的次數(shù)明顯高于其他縣(市)。從2000—2009年間，三明市總共發(fā)生11起重特大森林火災(zāi)，其中6起在大田縣發(fā)生。大田縣平均單位面積發(fā)生林火次數(shù)、平均單位面積損失蓄積量以及平均單次火災(zāi)過火面積都明顯高于其他地區(qū)，因此將大田縣劃分為一級(jí)火險(xiǎn)區(qū)。

二類防火區(qū)域?yàn)橛认h。尤溪縣森林儲(chǔ)蓄量較高，僅次于永安市，有林地面積為全地區(qū)最大，屬于三明地區(qū)森林資源分布較集中的地方，生態(tài)條件優(yōu)越，但面臨的火災(zāi)形勢(shì)嚴(yán)峻，防火任務(wù)較重。平均單次火災(zāi)過火面積和平均單位面積損失蓄積量偏大，該地區(qū)林火撲救情況居于中等偏下水平，發(fā)生林火次數(shù)為全市最多，平均林火發(fā)生次數(shù)僅次于大田縣，說明尤溪縣火源管控難度大，林火易發(fā)，撲救效率偏低，為二級(jí)火險(xiǎn)區(qū)。

三類防火區(qū)域包括建寧、泰寧、清流、寧化、沙縣。這幾個(gè)縣有林地面積和森林儲(chǔ)蓄量為(736.4～1200)×104m3，基本為全市的平均水平，森林資源和生態(tài)條件居中，平均單次火災(zāi)過火面積和平均單位面積損失蓄積量分別在0.041～0.064次/hm2和145～414 m3/hm2，都屬于中等水平，說明三級(jí)火險(xiǎn)區(qū)的林火預(yù)防和撲救水平代表了全市的平均水平。因此，將這幾個(gè)地區(qū)劃分為三級(jí)火險(xiǎn)區(qū)。

四類防火區(qū)域包括將樂、明溪、永安、市區(qū)。這些地區(qū)屬于三明市市區(qū)為中心的輻射地帶，森林資源豐富，生態(tài)條件良好，森林蓄積量大，占全市森林蓄積量的一半，是三明市林分集中地帶，屬于重點(diǎn)林區(qū)。平均單位面積林火次數(shù)在0.016～0.046次/hm2之間，平均火災(zāi)過火面積在0.368 hm2/次以下，平均單位面積損失蓄積量?jī)H在81～142 m3/hm2之間，各項(xiàng)林火指標(biāo)都處于較低水平。將其劃分為四級(jí)火險(xiǎn)區(qū)。

3.3 防火區(qū)劃圖

根據(jù)區(qū)劃結(jié)果將一級(jí)火險(xiǎn)區(qū)用紅色表示，二級(jí)火險(xiǎn)區(qū)用黃色表示，三級(jí)火險(xiǎn)區(qū)用淺紅色表示，四級(jí)火險(xiǎn)區(qū)用淺黃色表示，如圖3所示。

圖3 三明森林火災(zāi)區(qū)劃圖

其中:一級(jí)火險(xiǎn)區(qū)面積為2227 hm2，約占總面積的10%;二級(jí)火險(xiǎn)區(qū)面積3425 hm2，約占總面積的15%;三級(jí)火險(xiǎn)區(qū)面積為7430 hm2，約占總面積的40%;四級(jí)火險(xiǎn)區(qū)面積9847 hm2，占總面積的35%。

3.4 防火對(duì)策

1)針對(duì)一級(jí)防火區(qū)，即大田縣，從林火管控角度分析，大田縣平均過火面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他縣(市)，即單次發(fā)生火災(zāi)過火面積較大，說明林火撲救效率不高，火災(zāi)發(fā)展成為重大、特大火災(zāi)的幾率較高，造成林地受害面積較多。因此，要提高一級(jí)防火區(qū)撲救林火效率，做到在火災(zāi)發(fā)生初期能迅速到達(dá)火場(chǎng)，快速滅火，減少損失，必須完善防火路設(shè)施。林區(qū)公路網(wǎng)密度，是衡量該地區(qū)撲火能力的一個(gè)重要指標(biāo)，因此要改善林區(qū)交通條件，開設(shè)、修建林區(qū)公路，特別是火災(zāi)易發(fā)和防火薄弱地帶要增設(shè)、加寬防火路。大田縣平均單位面積林火發(fā)生次數(shù)最高，充分說明大田縣火源管控難度較大，火災(zāi)頻繁發(fā)生。密集分布的火點(diǎn)和林火的頻繁發(fā)生導(dǎo)致天然次生林結(jié)構(gòu)的破壞，林相殘破，林內(nèi)衛(wèi)生條件極差，森林蓄積量較低，降低了林地的抗火性。同時(shí)，農(nóng)林交錯(cuò)分布也是導(dǎo)致林火頻發(fā)的主要原因。因此，加強(qiáng)林火管理，嚴(yán)格控制火源是一級(jí)火險(xiǎn)區(qū)的一項(xiàng)重要防火對(duì)策。在引發(fā)火災(zāi)的火源中，主要包括生產(chǎn)用火如燒田埂、燒荒、煉山等;非生產(chǎn)用火如吸煙、取火煮飯等火源占絕大多數(shù)，主要是由于人為忽視或缺乏防火意識(shí)而釀成火災(zāi)。因此，應(yīng)依據(jù)《森林法》及有關(guān)的護(hù)林防火條例，依法治火，依法管火。在防火期內(nèi)，要嚴(yán)格用火審批制度，并在用火現(xiàn)場(chǎng)配置足夠的人員和打火工具，以防跑火。

2)針對(duì)二級(jí)防火區(qū)，即尤溪縣，該縣面積3425.3 km2，管轄8個(gè)鎮(zhèn)，7個(gè)鄉(xiāng)，人口約43萬，人口密度約為125人/km2。公路通車?yán)锍踢_(dá)1851 km2，縣鄉(xiāng)已經(jīng)形成公路網(wǎng)絡(luò)。較高的人口密度和高密度的公路網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致尤溪縣火災(zāi)發(fā)生次數(shù)為各縣市之首，居高的平均單位面積發(fā)生火災(zāi)次數(shù)，反映出林火預(yù)防工作為該縣的薄弱環(huán)節(jié)。尤溪縣首先應(yīng)該加強(qiáng)火源管理，尤其在防火期，做好防火宣傳。各級(jí)護(hù)林防火部門應(yīng)日夜值班，嚴(yán)格控制野外用火，層層落實(shí)，實(shí)行劃片包干責(zé)任制。建立健全各項(xiàng)防火規(guī)章制度，使火災(zāi)次數(shù)及損失降到最低限度。

3)三級(jí)火險(xiǎn)區(qū)預(yù)防水平和撲救能力都處于中間水平。防火人力、物資在保障一、二級(jí)防火區(qū)的情況下要重點(diǎn)投放在三級(jí)火險(xiǎn)區(qū)，要逐步完善防火措施，以“預(yù)防為主，積極消滅”的方針，整體上提高預(yù)防和撲救能力。要逐步建立適合本地區(qū)的林火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)機(jī)制，完善護(hù)林防火設(shè)施建設(shè)，進(jìn)一步降低林火發(fā)生水平。

4)四級(jí)防火區(qū)森林蓄積量占全市森林蓄積量的一半，森林資源豐富，生態(tài)條件好，要充分發(fā)揮營(yíng)林防火的優(yōu)勢(shì)，推廣營(yíng)林防火技術(shù)，增強(qiáng)森林自身抗火、阻火效能。營(yíng)林防火具有防火效能強(qiáng)、時(shí)效長(zhǎng)、增加森林覆蓋率、節(jié)省林地、有利于水土保持、保持自然景觀等優(yōu)點(diǎn)。要對(duì)林分及時(shí)定期撫育間伐，減少可燃物的積累，及時(shí)清理采伐跡地。此外，可營(yíng)造混交林和選擇女貞(Ligustrum lucidum Ait.)、木荷(Schima superba Gardn.et Champ.)、油茶(Camelia oleifera)等耐火樹營(yíng)造防火林帶，使防火林帶與溝渠、林道等組成防火阻火網(wǎng)絡(luò)。在造林規(guī)劃時(shí)，也應(yīng)兼顧防火的因素，營(yíng)造針闊混交林和防火林帶，以提高森林自身的抗火、隔火效能。

4 結(jié)論與討論

用聚類分析的方法將三明地區(qū)劃為四級(jí)火險(xiǎn)區(qū):一級(jí)火險(xiǎn)區(qū)為大田縣，其面積占10%;二級(jí)火險(xiǎn)區(qū)為尤溪縣，占15%;三級(jí)火險(xiǎn)區(qū)包括建寧、泰寧、清流、寧化、沙縣，占40%;四級(jí)火險(xiǎn)區(qū)包括將樂、明溪、永安、市區(qū)，占35%。劃分結(jié)果顯示，三明市總體林火控制較好，但局部地區(qū)受害嚴(yán)重。東西部邊緣地區(qū)火災(zāi)形勢(shì)相對(duì)較重，重災(zāi)區(qū)占總面積的57%。尤其以東南地區(qū)林火發(fā)生率和森林燃燒率明顯高于其他地區(qū)，重特大森林火災(zāi)多發(fā)，防火形勢(shì)嚴(yán)峻。

區(qū)劃選取的平均單次火災(zāi)過火面積、平均單位面積林火次數(shù)、平均損失蓄積量、森林活蓄積量4個(gè)因子分別體現(xiàn)了林火預(yù)防能力、撲救水平、危害程度和森林資源比重4個(gè)方面，選擇的因子具有針對(duì)性。

目前，全國(guó)范圍、福建省級(jí)范圍的森林火險(xiǎn)區(qū)劃已經(jīng)存在，但針對(duì)三明地區(qū)小尺度的研究還未見報(bào)道。本研究針對(duì)三明地區(qū)具體情況進(jìn)行火險(xiǎn)區(qū)劃，其結(jié)果可以作為制定森林防火體系建設(shè)規(guī)劃時(shí)分配防火人力、裝備、物資投放的依據(jù)，在制定和落實(shí)森林防火的有效措施時(shí)實(shí)行分類指導(dǎo)，以利于促進(jìn)森林防火工作科學(xué)化、規(guī)范化、制度化。

[1]谷建才，陸貴巧，吳斌，等.八達(dá)嶺森林健康示范區(qū)森林火險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃的研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，29(3):46 －48.

[2]柴造坡，田常蘭，李鳳芝，等.黑河地區(qū)林火分布規(guī)律[J].林業(yè)科技，2009，34(4):38 －41.

[3]尹海偉，孔繁花，李秀珍.基于GIS的大興安嶺森林火險(xiǎn)區(qū)劃[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16(5):33 －37.

[4]魯韋坤，李湘，余凌翔，等.云南省森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)區(qū)劃研究[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34(3):322 －328.

[5]劉桂英，杜嘉林.黑龍江省2000－2009年林火規(guī)律分析[J].森林防火，2010(4):27－29.

[6]車克均，王金葉，黨顯榮，等.祁連山北坡森林火險(xiǎn)等級(jí)指標(biāo)的研究[J].森林防火，1994(1):8－10.

[7]鄭煥能.我國(guó)森林火險(xiǎn)區(qū)區(qū)劃的研究[J].森林防火，1993(1):14－16.

[8]Amparo A B，Oscar F R.An intelligent system for forest fire risk prediction and fire fighting management in Galicia[J].Canadian Journal of Forest-Research，2003，25(6):545 －554.

[9]Emilio C，Rusell G C.Application of remote sensing and geographic information system to forest fire hazard mapping[J].Remote Sens Environ，1989(2):147 －159.

[10]金森.黑龍江省林火規(guī)律研究(Ⅲ):大尺度水平林火與森林類型之間的關(guān)系研究[J].林業(yè)科學(xué)，2002，38(4):171 －175.

[11]郭福濤，胡海清，張金輝.塔河地區(qū)林火時(shí)空分布格局與影響因素[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2009，18(1):205 －208.

[12]關(guān)文忠，韓丹.森林火險(xiǎn)等級(jí)的模糊綜合評(píng)判[J].森林工程，2004，20(3):17 －29.

[13]高穎儀，楊美和.長(zhǎng)白山林區(qū)春季林火氣候的模糊聚類初探[J].吉林林業(yè)科技，1987(4):25 －28.

[14]欒港，李暢宇.大興安嶺林火水平地帶性模糊聚類區(qū)劃[J].森林防火，1997(4):16－18.

[15]譚三清.聚類分析法在森林火險(xiǎn)區(qū)劃中的應(yīng)用[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28(1):127 －133.

[16]高兆蔚.福建省森林防火規(guī)劃研究[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，15(1):76 －78.