研究草地火災生成原因及火管理系統(tǒng)的應用

摘要:火是管理生態(tài)系統(tǒng)的重要自然工具。草地火包括自然火和人為火,長期在自然界生態(tài)系統(tǒng)中起著作用。草地火管理可用計算機模型予測自然火燒或計劃火燒等火行為,來取得可予測的資源管理目標,開展研究和監(jiān)測保證。

關鍵詞:計劃火燒　火狀況　草地火管理


　　1　前言
　　火是環(huán)境的自然組分,也是管理生態(tài)系統(tǒng)的重要自然工具。我國草地火生態(tài)研究,據文獻考證在《管子》、《農政全書》和《齊民要術》等古籍中,早已有野火法令和火應用等記載。近代草地火生態(tài)學研究始于20世紀50年代末期,1991年我國周道瑋博士有關火成因子和火頻次、火積累量法的理論,出版專著論述,為我國近代草地火生態(tài)學研究開拓了新的領域,引起了草地界和生態(tài)學者的重視。
　　2　草地火災的生成原因
　　草地火是燃燒產生的一種現象,亦是自然生態(tài)系統(tǒng)的一部分,從生態(tài)意義上的火燒稱為野火(Wild fire)。草地火災包括草原、山地林區(qū)和一切植被的火災,主要由于雷擊、閃電、滾石磨擦和長期氣候干旱等原因而發(fā)生的自然火源,而人為因素也是我國發(fā)生草地火災(包括山地火災)的主要因素。所以草地火是物理環(huán)境的一個重要組成部分,經過長期自然選擇的可燃物結構和化學特性對火類型生態(tài)系統(tǒng)中植物火適應性所產生的影響。亦在自然生態(tài)系統(tǒng)的進化中長期地起著重要的作用。
　　火狀況由火強度(fire intensity)、火燒季節(jié)——時間(Season-time of occurrence)、火頻次(fire frequency)、面積(size)和格局(Partten)等因素組成。周道瑋博士有關火成因子和火頻次、火積累量法的理論,即說明在不同火狀況和不同生態(tài)系統(tǒng)相互關系的重要性。火強度是單位面積、單位時間內火燒所釋放的能量,可用來判斷對草地(山地)植被所產生的潛在攏動能力�；饛姸瓤捎孟铝泄�式計算:
　　火強度(I)=H X W X R
　　H代表可燃物的能量值或熱值;
　　W代表單位面積所消耗的可燃物量或能量值;
　　R代表擴展速度
　　火強度對草地地上部分影響極大,而對地下部分影響不大。火燒季節(jié)——時間和火頻次對草地影響很大。對火燃燒性一般用S/V比值(即可燃物表面積與體積之比)來作為重要參數。S/V比值增加則燃燒速度越快,呈線性增加,但對計劃火燒點燃時間的變化卻相反。草地主要禾草具有較高的可燃性,葉片S/V比值在44·6~363·2cm2/cm3、莖稈S/V比值在189·1~380·5cm2/cm3之間,從點燃至自然所需時間與S/V比值的對數呈反比,而與禾草葉片的厚度成正比。
　　3　草地火災發(fā)生的因素
　　3·1　我國北方草地火災發(fā)生的因素
　　在我國北方(N36。~ 44。、E76。~104。)即新疆、青海、陜西、寧夏和內蒙古等省(自治區(qū))行政管轄區(qū)內,草地面積遼闊,由于氣候干旱少雨、風大等不利因素,經常發(fā)生雷電和人為的火災事故。大面積天然草地自春季地溫回升后,地溫保持0℃以上即開始萌發(fā)返青。隨著氣溫逐漸升高,草地凈第一性產量亦隨著增加,至8月份達到了最高產量,也是植株營養(yǎng)成分最豐富的時期。待秋季來臨,隨著氣溫下降,至11月上旬植株開始枯黃,草地的地上部分便成為立枯凋落的可燃物。草地火俗稱“野火”,枯落物被火燒后,草地生態(tài)系統(tǒng)綜合指標也逐漸增加�；馃�是一項干擾因素,可燃物的物理特性中,可燃物濕度是影響火行為的最主要因素。研究表明,草地可燃物化學組成為纖維素、半纖維素(兩者占50%~75%,熱值為15·1~18·5J/g)、木質素(占15%~35%,熱值為22·3~24·5J/g)和礦物質及萜、松香等提取物,其中無硅灰分和提取物是可燃物的兩項特性,如內蒙古東部羊草草地灰分為6·5%,提取物為0·21%;內蒙古錫盟針茅草地灰分為5·3%,提取物為0·17%;東北西部羊草草甸灰分為7·2%,提取物為0·22%。在呼倫貝爾盟大興安嶺林區(qū)松樹樹枝的萜、松香等提取物占0·5%~4·8%,熱值達32·5~34·6J/g。同時隨著可燃物降解和點燃等一系列反應,即成為火行為。火行為的主要決定因素包括風速、風向、風的穩(wěn)定性、可燃物總量和可燃物濕度等。草地可燃物表面床的體積密度表示可燃物排列疏松情況,如內蒙古貝加爾針茅雜草群落草地為0·33~0·86kg/m2,東北羊草草地為0·54~1·03kg/m3,西北半荒漠草地為0·19~0·51kg/m2。草地火經燃燒5~10分鐘后,擴展速度能穩(wěn)定,火強度達300~500kw/m時,則開始產生火星�？扇嘉锪繘Q定火強度,而可燃物產生量和積累速度決定火頻次。我國北方草地屬長冷型,最冷的12月、1月、2月平均氣溫在-1·3℃~-8·5℃之間,草地可燃物積累量較多,易發(fā)生草地火情。
　　3·2　我國南方山地植被(或草地)火災發(fā)生的因素
　　在我國西南地區(qū)(N23°~28°、E100°~110°)屬四川、貴州、云南和重慶等省(市)行政管轄區(qū);由于氣候暖和,山地及邊坡草地的覆蓋林木和植被生長茂密,在秋冬季節(jié)干旱,常有人為的火災發(fā)生。研究表明,火產生的熱量即可燃物量的函數�？扇嘉锏谋砻娣e與體積比(用S/V比值來表示),在山地植被禾草類的S/V比值為92·0~376·5,常綠灌木的S/V比值為68·5~124·6,喬木S/V比值為73·3~86·4;S/V比值增加即火蔓延速度越快,呈線性增加。
　　4　草地火的利弊
　　草地火燒產生大量光照、熱量和煙霧,直接影響草地地上和地下部位,如地上活體由于受熱刺激而致殺死;火燒后地表裸露,風蝕嚴重,據內蒙古興安盟和吉林省白城地區(qū)調查表明,由于火燒后地表缺少枯落物覆蓋,土壤容易跑墑(0~15cm土層失水6·5%~25·0%),并將地面肥土被刮走(6級風5h刮走表層土1·7~2·3cm)。同時地下表層土壤僅能吸收太陽短波照射,而對長波輻射則產生不利的影響。
　“在自然界適應火的生態(tài)系統(tǒng)中,頻繁火燒能維持這些早期演替種”;這樣可以證實對火作為自然重要擾動概念及論證的正確性。許多草地、山地和針葉林均適合這種演替模式,所以利用火導致這種的循環(huán)模式,可以大面積改善草地和山地植被種群的生態(tài)變化及化學組成。但是對林木焚燒、野生動植物的繁衍和人類的生存均帶來巨大的損失。所以在火管理上應進行計劃用火燒管理系統(tǒng)的應用和研究。
　　但是火燒也有一定的好處,計劃火燒可以保護草地禾草休眠芽抽條再生,提高種子發(fā)芽率;火燒后草地返青早,內蒙古針茅雜草類草地可提前8~14d左右;內蒙古東部和東北西部的羊草草地可提前10~18d左右。對植物花和果實都有所增加,并提早成熟。由于火燒后可加速地表有機質的硝化作用,火燒后灰燼都能成為可利用的營養(yǎng)物質,特別是有效磷的增加,而導致草地產草量也隨之有所增加�；馃�后禾草草質柔軟,適口性有所改善。1993年在火燒后羊草草地采樣分析,火燒后再生羊草粗蛋白質含量比未燒草地增加5·3%~10·2%,灰分提高4·5%~7·8%,葉量提高8·8%~9·8%。在內蒙古東部牧區(qū),由于

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