基于林火时间序列的灾变研究

【摘要】森林火灾是森林生态系统的重要控制因子,是森林生态系统突变的主要因素,是生态系统的区域变化要素。林火灾变是指林火变化异常和对生态系统及人类社会产生影响的变化。由于自然因素和人为因素的影响,在我国频繁的森林火灾已对国民经济发展形成沉重压力和威胁,因此防御森林火灾的发生是实现国民经济可持续发展的重要内容。尽管森林火灾发生机制极为复杂,使得人们难以预料和应付它的到来,但通过预测指标分析,实现适时预报,进而做出合理的决策已是有效防御和减轻森林火灾危害的有效途径。本论文以区域森林火灾发生发展状况与时间序列相关关系的研究,在对林火时间序列与森林生态的危害特点规律、森林资源空间结构的影响、森林虫害发生机制和林火应用技术现状分析基础上,提出森林火灾的面积、死亡率、空间结构、更新及虫害发生与林火燃烧的时间段密切相关的观点,进而对森林火灾的变异与时间序列相关关系进行研究。以黑龙江省林区林火发生对森林生态系统影响为研究对象,通过对比林火发生时间尺度、林火强度、过火森林生态系统状况的调查、试验,并与其影响因子进行相关分析,研究林火时间序列对森林生态系统的影响变化规律及其影响的关键生态因子,为森林恢复、森林防火及林火应用提供科学依据。主要内容1林火时间序列的灾害面积变化以黑龙江省近十年森林火灾过火面积为基础,通过日均数据挖掘处理,通过林火时间序列分析面积变化,对比其林火灾变时段和危害程度。灾害面积日均变化分析,其灾变控制的探讨；生理性伤亡的趋势分析,控制伤亡率的探讨；森林结构变化幅度阀值,预防控制工程建设；虫害发生程度,预防的方法探讨；植被更新程度,辅助机制的探讨。根据林火时间序列的灾变原理,日均火灾面积发生接近突变临界值估计,对灾变时间进行预测,达到灾变趋势控制的目的。2林火时间序列的烧伤烧死状况在过火区域按时间序列设置样地,样地大小为100m×100m,小样地平行设置20块。通过调查灌木致伤、致死率,树木致伤、致死率等,比较林火烈度灾变阀值与林火发生时间的关系。通过分析发现在相同林火强度下,时间点不同伤亡不同,因此有效利用林火的生态特性,提高林火管理水平和防控能力,降低低强度林火对林木的伤亡率,对生态防火具有现实意义。3林火时间序列的土壤理化性质变化规律在过火区域按时间序列设置样地,样地大小为100m×100m,小样地平行设置20块。通过调查土壤理化性质破坏程度,具体分析林火时间序列对森林演替趋势的影响。通过研究发现,低强度林火对土壤理化性质影响有限,仅限于土壤表层,3a后基本上恢复。因此,如何应用林火特性达到防灾减灾的目的,有计划的实施低强度林火对森林具有一定的积极保护作用。4林火时间序列的虫害相关性在过火区域按时间序列设置样地,样地大小为100m×100m,小样地平行设置20块。通过样地内每木统计有虫株率,另外随机抽取5株作为标准木,调查害虫种类,分布、虫口密度等。昆虫的种群数量常用单位空间(面积、体积、植株等)上昆虫的平均密度(如头／m或头／株等)及相对密度(即在取样单位的总数中,出现该种昆虫的取样单位的百分比,如有虫株率等)来表示。不同时间的林火对森林植物的影响不同,需要借鉴植物生理的差异,在适当时间段用火切断虫害的生物链,可以显著提高控制效率。国内外研究表明,计划火烧有助于防止虫害的发生。我们仅对火烧与虫害的相关关系进行了研究,还只是对现有情况进行定量的观测试验,对现象进行检验性研究,缺少系统性和连续性,并对导致此现象的机理缺少深入研究,因此有必要在条件允许情况下进行林火机理研究。5林火时间序列的更新变化影响在过火区域按时间序列设置样地,样地大小为100m×100m,小样地平行设置20块。通过对地表可燃物燃烧状况,具体分析林火时间序列对促进更新的作用程度。兴安落叶松火烧迹地天然更新,在低强度林火迹地的条件下,天然更新的兴安落叶松呈均匀分布,单位面积株数高于未烧地,特别在表士裸露、无杂草灌木、土壤湿润的地方,更新频度增加。适当采用计划用火促进天然更新,既节省了一定的造林费用,又诱导了混交林的形成,相对增加了林分稳定性,有利于生物多样性保护和生态系统恢复。本文以林火时间序列为切入点,探讨了林火对森林火灾面积的影响、林火对森林结构的影响、林火对虫害的影响。考虑到森林火灾发生的环境复杂、环境变化快、影响因素多且具有不确定性等特点,为实现林火时间序列的灾变分析方法,在对林火的灾变点分析基础上,提出构建动态适应性变数防火指标体系框架思想,探讨了指标体系的生成和动态评价的途径,是以适应不同防火时段、林火管理需求。
【作者】杜嘉林；
【导师】胡海清；
【作者基本信息】东北林业大学，森林保护学，2014，博士
【关键词】森林火灾；时间序列；林火灾变；林火管理；

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