滿歸地區(qū)興安落葉松林火災(zāi)歷史及其與干旱的關(guān)系1)

張 磊 王曉春

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

森林火災(zāi)是森林生態(tài)系統(tǒng)最重要的自然干擾因子，它對森林資源以及林區(qū)生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴重威脅［1-3］。大興安嶺地區(qū)是我國面積最大的森林分布區(qū)，也是我國北部重要的原始林區(qū)和高火險區(qū)。作為寒溫帶針葉林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，大興安嶺地區(qū)長期受到森林火災(zāi)的影響，特別是該地區(qū)的重大火災(zāi)有著發(fā)生頻率高、損失大、撲救難的特點，對森林、環(huán)境、人類都造成了嚴重危害［4-5］。因此掌握大興安嶺地區(qū)森林火災(zāi)的發(fā)生規(guī)律以及主要驅(qū)動機制，具有十分重要的意義。

目前，研究森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律最簡單實用的辦法是利用歷史火災(zāi)資料進行分析，火災(zāi)資料時間越長結(jié)果就越可靠。而大興安嶺林區(qū)的火災(zāi)檔案記錄只有幾十年，不足以準確判斷林火發(fā)生的長期規(guī)律。因此，利用樹輪火疤記錄重建大興安嶺過去長時間尺度的森林火災(zāi)歷史，并揭示其林火發(fā)生驅(qū)動機制已勢在必行。興安落葉松(Larix gmelinii)作為該地區(qū)的主要樹種，其最大壽命在330 a左右［6］，是進行火歷史研究的重要材料。已有學(xué)者在大興安嶺地區(qū)利用樹輪火疤記錄重建森林火歷史研究［2，7-9］，徐化成等［7］利用火疤木重建了大興安嶺北部原始林1825到1993年間的火歷史，并且分析了火災(zāi)干擾與林分結(jié)構(gòu)特征之間的關(guān)系，但沒有分析火歷史的時間格局及其氣候驅(qū)動機制;王琛瑞等［8］利用大興安嶺樟子松火疤木重建了森林火歷史，并就火燒對林分結(jié)構(gòu)的影響進行了分析，但也未對火歷史的氣候驅(qū)動機制進行分析。僅停留在對某一地區(qū)火歷史的分析，并未進一步對該地區(qū)林火與氣候的驅(qū)動機制進行進一步研究，故森林火災(zāi)歷史亟待開展進一步的深入研究。

在2017年中國最好大學(xué)排名前100強的9所醫(yī)藥類院校中，北京入選3所，江蘇和遼寧各占2所；在2017年中國最好大學(xué)排名前200強的24所醫(yī)藥類院校中，北京、廣東、江蘇和遼寧各入選3所；詳見圖1。醫(yī)藥類院校分布的25個省份中，北京、江蘇、遼寧和廣東的醫(yī)藥類院校綜合競爭力水平相對領(lǐng)先，然而仍有12個省份的醫(yī)藥類院校沒有入圍前200強。

本文利用大興安嶺北部興安落葉松樹輪火疤記錄，重建滿歸地區(qū)火災(zāi)歷史，揭示該地區(qū)火災(zāi)發(fā)生頻率、間隔期、輪回期及火災(zāi)季節(jié)性等重要數(shù)據(jù)，并探討林火發(fā)生規(guī)律與氣候因子之間的響應(yīng)關(guān)系。了解該區(qū)林火的時空分布特點，分析林火發(fā)生的潛在影響因子，不僅可為該區(qū)森林火險等級的預(yù)報預(yù)測和區(qū)劃的研究提供理論基礎(chǔ)，也可為研究林火在生態(tài)系統(tǒng)和景觀中的作用提供必需的參數(shù)，從而為制定科學(xué)的林火政策和森林生態(tài)系統(tǒng)管理提供重要的依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

本研究試驗樣品采自于大興安嶺北部的滿歸林業(yè)局(N51°51'02″～52°30'52″，E121°05'44″～122°47'05″)，見圖1。滿歸林業(yè)局位于大興安嶺北段支脈西北坡，隸屬于內(nèi)蒙古大興安嶺林管局，中低山地貌，最高海拔為1 409 m，地形平緩，森林覆蓋率為94.1%。該區(qū)為寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季漫長寒冷，夏季溫和多雨，春、秋兩季氣溫變化劇烈，晝夜溫差大。年平均氣溫-5.3℃。極端最高氣溫35.4℃，極端最低氣溫-49.6℃，≥10℃的平均年積溫1 308.9℃。年平均日照時數(shù)2 630.7 h，年平均降水量440 mm左右，多集中在夏季的7、8月份。早霜9月上旬，晚霜6月中旬，無霜期80 d左右，平均風(fēng)速1.9 m/s［10］。該區(qū)屬寒溫帶針葉林區(qū)，森林植被以興安落葉松、白樺(Betula platyphylla)為主要建群種，并分布有一定數(shù)量的樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)、山楊(Populus davidiana)等［11］。

拆除破壞的襯砌混凝土板、保溫板、封頂板，內(nèi)坡壩腳部位埋設(shè)內(nèi)排水設(shè)施，整平壩坡后鋪設(shè)保溫板，然后現(xiàn)澆厚混凝土?；炷翉姸鹊燃壊捎肅30，現(xiàn)澆混凝土板厚10 cm。封頂板采用C30現(xiàn)澆混凝土板，尺寸為30 cm×8 cm?，F(xiàn)澆混凝土板襯砌的渠段每4.2 m設(shè)橫向伸縮縫一道。

圖1 采樣區(qū)域位置圖

2 材料與方法

輸入火疤數(shù)據(jù)，用國際通用的火歷史分析軟件FHX2［13］對滿歸落葉松林火歷史進行分析。首先輸入火疤木的詳細信息，如樣品代碼、起始年、終止年、火疤年以及火燒季節(jié)等，軟件自動統(tǒng)計該地區(qū)的最大、最小、中位數(shù)火災(zāi)間隔期、輪回期、火災(zāi)年百分率等(表1)。也可以通過設(shè)定，得出不同時間尺度及不同復(fù)合標準水平下相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并繪制火疤年表圖。根據(jù)FHX2軟件默認的定義，火災(zāi)的季節(jié)性可分為E(early earlywood，早早材火)，火疤位于早材的前1/3處;M(middle earlywood，中早材火)，火疤位于早材的中間1/3處;L(late earlywood，晚早材火)，火疤位于早材的后1/3處;A(latewood，晚材火)，火疤位于晚材上;D(dormant，休眠火)，火疤位于前1年的晚材或第2年的早材上，即火災(zāi)可能發(fā)生在前1年生長結(jié)束到下1年生長開始期間;U(undetermined，不確定火)，由于火燒比較嚴重或樹木生長釋放比較顯著等原因?qū)е嘛@微鏡下不能清晰分辨其炭化線具體位置的火疤。

2007年12月，通過隨機采樣方法在滿歸林業(yè)局收集到16個興安落葉松火疤圓盤，圓盤取自材質(zhì)良好且?guī)в忻黠@火燒疤痕的采伐墩根、林內(nèi)倒木、枯立木及活樹見圖2所示。在當(dāng)?shù)亓謭雎毠さ膸椭?，用油鋸在火燒處截取一?～10 cm厚的圓盤，每棵樹只截取1個圓盤，包裝后運回東北林業(yè)大學(xué)樹木年輪實驗室。在實驗室，將每個圓盤用鐵絲沿樹皮四周固定，自然晾干，為方便測量，將圓盤鋸到5 cm厚左右。用砂帶機將圓盤表面打磨光滑，并著重打磨火疤痕處，然后用砂紙拋光，砂紙由粗及細，直到能在顯微鏡下看清每一個年輪和火疤，見圖3所示。在顯微鏡下對圓盤進行初步交叉定年，并標記每一個火疤對應(yīng)的年份。標記火疤年主要利用火燒后碳化點的傷害來確定，同時根據(jù)每個碳化點上的碳化線來確定火災(zāi)發(fā)生季節(jié)。然后，用Velmex測量系統(tǒng)對每個年輪寬度進行測量，每個圓盤測量2個方向。最后用COFECHA程序?qū)徊娑杲Y(jié)果進行檢驗［12］。核對和修改錯誤后，最終準確確定每個年輪的生長年代和火災(zāi)發(fā)生年份。

通過辨析以上相關(guān)概念，對于公職律師的概念可表述為：具有中華人民共和國律師資格或法律職業(yè)資格，依法取得公職律師執(zhí)業(yè)證書，為政府部門或具有社會公共管理、服務(wù)職能的事業(yè)單位、社會團體提供專門法律服務(wù)的公職人員。

表1 FHX2火災(zāi)頻度分析統(tǒng)計量定義

3 結(jié)果與分析

3.1 火疤年表統(tǒng)計特征

在全樣品火疤信息分析中可以看到，16個火疤圓盤共記錄了55次火疤，為25次獨立的火事件。其中，平均火災(zāi)間隔期為26.3 a，火災(zāi)輪回期為44.8 a。胡海清等［9］對大興安嶺蒙克山地區(qū)樟子松火歷史的分析得出，蒙克山樟子松的平均火災(zāi)間隔期為24.8年，與本研究結(jié)果較為接近。物種組成［14］、地形［15］、年齡［16］以及森林結(jié)構(gòu)［17］等條件都會對火災(zāi)輪回期產(chǎn)生影響，此外，人為火抑制也可導(dǎo)致較長時間的無火災(zāi)事件［18-20］，間接的也會影響到該地區(qū)的火災(zāi)輪回期。

復(fù)合火災(zāi)年表涵蓋多個樣品留下的累積火災(zāi)，通過整合單樣品火疤記錄反映大型景觀水平時間間隔，從而提供更加適合統(tǒng)計分析火災(zāi)時間和規(guī)模的火災(zāi)記錄。本文將復(fù)合年表(表4)分為：(CO1)單樣品火災(zāi)，代表每1次獨立的火事件;(CO2)有2個火疤同時記錄1次的火災(zāi)事件;(CO10)至少3個火疤同時記錄1次的火災(zāi)事件。由于CO1記錄的是獨立的火災(zāi)事件，故均為小范圍的火災(zāi)，所以其平均間隔期一般都較短;而CO10記錄的為相對大面積的火災(zāi)，一般間隔期都較長。但滿歸興安落葉松火疤記錄的3次大火(1905、1917和1926年)，發(fā)生的比較集中，所以平均火間隔期為8.3 a，而CO1和CO2分別為10.5和17 a;CO1與CO2的最小間隔期均為3 a，CO10 為 4 a。此外，CO1、CO2、CO10 的最大間隔期分別為17.5、45和15 a。

圖2 火疤采集樣地及帶有火疤痕跡的活立木

圖3 滿歸興安落葉松火疤圓盤

滿歸地區(qū)興安落葉松火疤樣品信息：最小樹輪起始年份1751年;最大樹輪結(jié)束年份2007年;樹輪年表長度257 a;樣品總數(shù)16個;記錄總年數(shù)2 331 a;火疤總數(shù)55個;火災(zāi)輪回期44.8 a;平均火災(zāi)間隔期26.3 a;火災(zāi)年總數(shù)25 a;火災(zāi)年百分率8.4%;無火災(zāi)年百分率91.6%;火災(zāi)間隔期年12.0%。通過對火疤樣品的分析可以看出：樹齡最大的火疤圓盤(MGL08)記錄了最多的火疤次數(shù)(8次)，樹齡最小的火疤圓盤(MGL15)記錄了最少的火疤次數(shù)(1次)。在所有的25次火災(zāi)事件中，72%僅有2個以內(nèi)樣品記錄火疤，可以看出，滿歸地區(qū)主要以小規(guī)模的火災(zāi)為主。

通過輸入每個樣品火災(zāi)信息，由FHX2軟件得到滿歸落葉松火疤年表(圖4)。該火疤年表有效期為1785—1994年，其中最小樹齡為98 a(MGL01和MGL15)，最大為257 a(MGL08)。16個火疤圓盤共記錄了55個火災(zāi)信息，為25次獨立的火事件。其中，單株最少記錄火疤次數(shù)為1次(MGL15)，最多為8次(MGL08);最小火間隔期為6 a(MGL14)，最大為79 a(MGL06);最小輪回期為28 a(MGL03)，最大為98 a(MGL15)。1905、1917年有4個圓盤記錄火災(zāi)，1926年為10個。此外，由此火疤年表可以看出，大興安嶺滿歸地區(qū)森林火災(zāi)主要發(fā)生在19世紀中期到20世紀中期，其中，20世紀初到中期的火災(zāi)發(fā)生更為頻繁，且出現(xiàn)強度較大、范圍也較廣的火災(zāi)。

3.2 火災(zāi)季節(jié)性分析

由圖5A可以看出，帕默爾干旱指數(shù)與火災(zāi)發(fā)生當(dāng)年達到95%的顯著水平，即干旱的年份容易發(fā)生火災(zāi)，而火災(zāi)發(fā)生前幾年均比較濕潤。這是由于潮濕的氣候有利于樹木的生長，也有利于可燃物的累積，而著火當(dāng)年的干旱恰恰為著火提供了必要條件。

食品級殼聚糖（脫乙酰度＞95.38%，粒度0.178 mm，黏度50 mPa.s）由濟南海得貝海洋生物工程有限公司提供。抗氧化及血清激素劑試劑盒購買于南京建成生物工程研究所。

由于該地區(qū)受大陸及海洋季風(fēng)交替影響，小氣候變化多端，局部氣候差異顯著。春季多大風(fēng)，降水偏少，物燥干旱，極易發(fā)生森林火災(zāi)。夏季受副熱帶海洋氣團的影響，降水集中，雨量充沛，氣候濕熱，日照時間長，受雷電影響，較易發(fā)生雷擊火。秋季降溫急劇，且經(jīng)過雨季，土壤及樹木本身含水率較高，并不易發(fā)生火災(zāi);冬季在極地大陸氣團控制下，氣候寒冷、并伴有較厚的積雪，所以也不易發(fā)生森林火災(zāi)。少數(shù)火災(zāi)發(fā)生，可能由于處于生產(chǎn)作業(yè)期，林業(yè)工人用火不當(dāng)所致，且由于不易蔓延，火燒強度很小。上述統(tǒng)計也符合滿歸地區(qū)實際記錄的火災(zāi)規(guī)律。

圖4 大興安嶺滿歸地區(qū)興安落葉松火疤年表

表2 滿歸地區(qū)興安落葉松火疤數(shù)量季節(jié)性分布

3.3 50 a尺度下火災(zāi)

由圖4可以看出，在1905—1926年的22 a間，滿歸地區(qū)共發(fā)生了4次嚴重的火災(zāi)，分別為1905、1911、1917和1926年。其中以1926年最為嚴重，有50%的火疤記錄了這次大火，1905、1911和1917年火疤記錄百分比分別為27%、19%和25%。在這4次大火中，以1911年最為干旱，帕默爾干旱指數(shù)(Palmer Drought Severity Index，PDSI)［21］達到-3.43，1917和1926年分別為-2.33和-1.17，1905 年帕默爾干旱指數(shù)無記錄。

表3 50 a尺度下滿歸興安落葉松林火災(zāi)變化規(guī)律

3.4 復(fù)合火災(zāi)統(tǒng)計

皖河流域水力資源理論蘊藏量共2.9×105 kW，目前已開發(fā)和在開發(fā)電站設(shè)計年發(fā)電量為4.366 9×108 kWh，占經(jīng)濟可開發(fā)年發(fā)電量5.940 7×108 kWh的73.5%，已建成500 kW以上水電站33座，正在建的500 kW以上水電站25座，開發(fā)程度高，潛力有限。太湖、潛山、岳西3縣已成為國務(wù)院批準的第三批農(nóng)村水電初級電氣化縣。

表4 復(fù)合火災(zāi)年表分組統(tǒng)計 a

3.5 火災(zāi)與氣候關(guān)系

由于所采樣品的樹齡有限，老齡樹較少，所以在1751—1800年期間只有7次獨立的火災(zāi)事件，故將1751—1850年算為1個時期。由表3中可以看出，火災(zāi)的頻率呈先上升后下降的趨勢。火災(zāi)發(fā)生主要集中在1901—1950年，而且這個時期還有大規(guī)模的火災(zāi)發(fā)生(1905和1917年)，尤其有10個火疤木記錄了1926年的這次大規(guī)模的火災(zāi)。進入20世紀50年代，隨著建國后我國制定了一系列的森林防火政策，火災(zāi)又得到了有效的控制，火災(zāi)幾乎都變成小范圍的獨立小火。

通過對滿歸落葉松林全部的55個火災(zāi)信息進行統(tǒng)計，得出火疤季節(jié)分布(表2)。該地區(qū)的早材火占到了全部火災(zāi)的86.3%，晚材火和休眠季節(jié)火為13.7%，只有1次火災(zāi)因火燒比較嚴重，不能清晰分辨其著火季節(jié)。早材火中，早早材火為58.8%，中早材火為27.5%，未發(fā)現(xiàn)晚早材火;晚材火為5.9%，休眠期火7.8%。

由樹木年表的疊加事件分析可以看出(圖5B)，樹輪寬度在火災(zāi)發(fā)生當(dāng)達到95%的顯著水平，即火災(zāi)發(fā)生年的年輪寬度顯著小于其他年份。這是由于在火災(zāi)發(fā)生的年份，氣候往往較為干燥，即在缺少足夠水分供給的情況下樹木生長會變得緩慢。因此在火災(zāi)發(fā)生年份樹輪寬度會明顯變窄。

圖5 帕默爾干旱指數(shù)和樹輪年表的火災(zāi)年疊加事件分析

森林火災(zāi)變化最普遍的氣候驅(qū)動因素是溫度與降雨［22-24］，結(jié)合當(dāng)?shù)丶叭驓夂蛸Y料分析發(fā)現(xiàn)，氣候的干旱程度與火災(zāi)發(fā)生存在密切關(guān)系，即氣候越干旱，火災(zāi)發(fā)生的可能性越大。此外，持續(xù)的干旱也可能導(dǎo)致更大強度和范圍的森林火災(zāi)發(fā)生［25］。在樹木年輪氣候?qū)W中，一般認為，只有在排水非常好的樣地，才能準確分析該地區(qū)的干旱信號［26］。而本研究并未刻意選擇排水好的樣地，同樣得出該地區(qū)干旱與火事件存在著必然的聯(lián)系。這也與Margolis和Balmat在圣達菲流域的研究結(jié)果［27］相一致，他們認為極端干旱的氣候是導(dǎo)致該地區(qū)高海拔地區(qū)林火發(fā)生的主要原因。因此近年來隨著全球氣溫的不斷上升，干旱會變得越來越頻繁且嚴重，更大面積和強度的火災(zāi)發(fā)生概率也可能會增加。

從參數(shù)上看，E-M1 II和G9就像一對親兄弟。不過外觀上，兩者的差異十分巨大。第一次上手G9時，你可能會皺眉頭，因為這臺M4/3規(guī)格無反卻有個中號單反相機的身形。機身更重更大的同時，手柄的深度以及握持體驗都非常不錯，尤其在搭配較重較長的長焦鏡頭時非常協(xié)調(diào)。相比之下，E-M1 II與G9的優(yōu)缺點正好相反，E-M1 II小巧的造型特別適合日常拍攝，搭配精致小巧的定焦鏡頭時很協(xié)調(diào)漂亮，而在使用長焦鏡頭時會頭重腳輕。此時我們推薦配合專用豎拍手柄使用。

國內(nèi)外學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域研究結(jié)果表明，森林火災(zāi)的發(fā)生受到諸多因素的影響，包括氣候因子［28］、植被組成和群落結(jié)構(gòu)［29-31］以及地形因子［32-33］。另外，干燥的森林可燃物和風(fēng)往往是引發(fā)重大火災(zāi)的主要因素［28，34］，Skinner等研究表明，冬季太平洋及大西洋海洋表面的溫度會影響下一年夏季加拿大地區(qū)森林火災(zāi)的發(fā)生，特別是太平洋年代際濤動中形成的極端氣候，對魁北克森林起到了顯著的作用［35］。

4 結(jié)論與討論

本研究在大興安嶺北部呼倫貝爾市境內(nèi)的滿歸林業(yè)局共采集16個興安落葉松火疤圓盤，利用樹木年輪火災(zāi)判別方法，通過一樹兩芯進行交叉定年，建立了滿歸林業(yè)局1751—2007年共257 a的興安落葉松林火疤年表。通過火歷史軟件FHX2分析得出滿歸地區(qū)興安落葉松林的平均火災(zāi)間隔期為26.1 a，火災(zāi)輪回期為44.8 a，火災(zāi)主要以早材火為主，晚材火和休眠火所占比例很小。干旱是導(dǎo)致大興安嶺滿歸落葉松林火災(zāi)發(fā)生的主要氣候因素，尤其是干旱年之前較為濕潤更容易致使干旱年發(fā)生火災(zāi)。

通過林木火疤的方法獲取該地區(qū)完整火災(zāi)記錄是不太可能的，因為強度很小的火災(zāi)很難在樹木上留下火疤，強度太大的火災(zāi)又將樹木全部燒死，也留不下火疤材料。此外，能否留下火疤與樹皮的厚度、可燃物的含水率、距離上次火災(zāi)的時間間隔、樹種、樹齡以及樹木的生長速率也有一定的影響。在火災(zāi)特性方面，可燃物的類型、累積以及火災(zāi)的強度、發(fā)生的季節(jié)對林木的火疤也有一定的影響，所以盡可能獲得足夠多的火疤圓盤，才能更準確的獲得該地區(qū)的火災(zāi)記錄。

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