喬木林可燃物載量空間分布研究——以吉安市為例

胡 慶，劉福珍，段信先

喬木林可燃物載量空間分布研究——以吉安市為例

胡 慶，劉福珍，段信先

（江西省吉安市林業事業發展服務中心，江西 吉安 343000）

【目的】查清喬木林不同優勢樹種、不同齡組、不同郁閉度等級單位面積可燃物載量規律，為獲取森林可燃物類型及分布數據提供參考?！痉椒ā客ㄟ^在吉安市布設了235個喬木林標準地開展調查后，對調查采樣進行實驗室測定?！窘Y果】經數據對比分析得出：喬木林不同優勢樹種單位面積可燃物載量從大到小依次為混交樹種、闊葉樹種和針葉樹種；不同齡組單位面積可燃物載量大小基本為成熟林>近熟林>中齡林>幼齡林；不同郁閉度等級單位面積可燃物載量從大到小依次為高郁閉度、中郁閉度和低郁閉度。研究結果在森林可燃物調查中指導分析喬木林不同類型森林可燃物類型及分布具有重要意義。

森林火災風險；優勢樹種；可燃物載量；齡組；郁閉度

【研究意義】森林作為陸地生態系統的重要組成部分，儲存著全球植被碳庫的86%，同時在維持森林生態系統碳平衡、緩解氣候變化等方面發揮著不可替代的作用[1]。但森林容易受到各種自然災害的影響，其中森林火災最具破壞性，導致森林資源的損失和森林生態系統的破壞[2]以及土壤侵蝕[3]，例如僅在2019年一年時間里，我國共發生森林火災2 345起，森林毀損面積高達1.35×104hm2[4]。森林火災對全球環境產生了重大影響，也對人民的生活和財產造成了巨大的損失，同時這個問題也給經濟、消防和救援工作帶來了挑戰[5]。為了減少滅火的負面影響，一些地區已經開始對可燃物進行了處理，中國也不例外[6-7]。引起森林火災發生的主要因素為可燃物、地形和天氣[8]。在這些因素中，只有可燃物能由管理者操縱[9]?？扇嘉镙d量受氣象因子、立地因子、林齡和林分組成等因素影響?？扇嘉镒鳛樯只馂陌l生的重要因素之一，直接影響森林火災的引燃率、蔓延速度和火強度等[10]。獲取森林可燃物類型及分布情況、連續性水平分布和積聚信息[11]，可以為森林火險預測和火災處置提供有利依據，并能優化森林結構，預防森林病蟲害?！厩叭搜芯窟M展】目前國內外學者對可燃物的估算方法呈現多元化，主要利用樣地實測、遙感估測、模型和估計等方法[12]。設立標準地樣方對可燃物進行采集與測定是常用的森林可燃物調查方法，對象是可燃物類型及載量，包括喬木、灌木、草本、枯落物、腐殖質等[13]。如郭利峰等[14]在八達嶺林場布設人工油松調查樣地，收集樣方內的枯死可燃物和樣地林分因子得到樣地資料，建立油松地表可燃物符合量模型。王迪生[15]采用平均標準木法，使用伐倒稱鮮重和干重，對北京城區園林植物主要樹種的平均生物量進行了研究。隨著遙感估算方法的豐富，玉山等[16]學者基于回歸分析方法并結合衛星數據建立了草原枯草期的可燃物載量遙感估測模型。Karteris從遙感角度考慮了森林可燃物載量制圖，劃定呈現特定火災行為的森林類型，使用Landsat TM數據利用不同的光譜類別區分覆蓋層中占據主導地位的主要物種以及混合物，并根據其與植被指數區分可燃物的密度?！颈狙芯壳腥朦c及擬解決的關鍵問題】吉安市森林資源豐富，本文通過對吉安市喬木林標準地的可燃物載量，按針葉樹種組、闊葉樹種組、混交樹種組三類劃分成不同的優勢樹種、齡組、郁閉度等級等相關元素系統分析，闡述研究區喬木林不同類型森林可燃物類型載量分布情況，為預防吉安市森林火災和地表可燃物的管理提供科學的理論依據。

1 研究區域概況

吉安市位于江西省中部、吉泰盆地中心，贛江流域中游，于北緯25°58′32″～27°57′50″，東經113°46′～115°56′，下轄13個縣（市、區）。區域內主要為山地丘陵盆地地貌，分中山、低山、高丘、低丘、崗阜臺地、河谷平原、谷盆地七類，面積占比分別為7.59%、21.17%、17.86%、27.89%、7.53%、17.37%、0.59%，蘊藏著豐富的森林資源。吉安市屬亞熱帶季風氣候，高溫天氣和雨季集中在夏季，冬季氣候溫和，降雨較少，全年四季分明。據統計，吉安市森林覆蓋率為67.70%，林地面積170.10萬hm2。喬木林面積達136.56萬hm2，毛竹林面積17.11萬hm2[17-18]。

圖1 喬木林標準地布設位置

2 研究方法

2.1 標準地設置

結合2019年森林資源二類調查成果資料和吉安市優勢樹種分布情況，設置的標準地235個。標準地為28.28 m×28.28 m正方形，其中，針葉樹種標準地155個（杉木林標準地105個、濕地松標準地30個、馬尾松標準地20個）、闊葉樹種標準地20個、混交林樹種（針葉混交林20個、闊葉混交林20個、針闊混交林20個）標準地60個[19-20]。標準地布設如圖1所示。

2.2 可燃物載量調查及樣品的采集方法

根據林分的垂直結構，將標準地分5層，即喬木層、灌木層、草本層、枯落物層和腐殖質層進行可燃物載量調查。并在標準地4個頂點向外正東、南、西、北方向2 m區，設置4個灌木、草本、枯落物和腐殖質可燃物載量調查樣方。灌木層調查樣方為2 m×2 m，在灌木層調查樣方中布設1 m×1 m樣方，開展草本層、枯落物層、腐殖質調查。標準地樣方配置見圖2。

圖2 喬木林標準地中灌木與枯落物（草本、腐殖質）樣方配置

在標準地內分別設置灌木層、草本層、枯落物層和腐殖質層調查樣方（圖2），采用全部收獲法采集林下灌木、草本、枯落物、腐殖質各層可燃物樣品。

灌木層樣品采集：調查灌木層優勢種名、蓋度、株數、平均高等。每個樣方對選取的3株（1～2叢）標準灌木，分別對可代表干、枝和葉的一部分進行取樣，每株灌木的干、枝和葉相同質量比10%～20%（確保干、枝、葉的取樣占各標準灌木的干、枝、葉總質量的比相同）混合，同一標準地內4個樣方按照灌木樹種分別混合取樣，混合后的每份樣品不少于500 g，稱其鮮重，精確到10 g，裝入樣品袋中帶回實驗室。

草本層樣品采集：沿地面完全收割每個樣方所有活草本植物地上部分（包括高不足30 cm的灌木），稱其鮮重。充分混合標準地所有樣方草本植物各部分，取混合后新鮮草本植物300 g左右，裝入樣品袋中帶回實驗室。

枯落物層樣品的采集：調查樣方內枯落物厚度，用耙子收集樣方內全部枯落物，包括各種枯枝、葉、果、枯草、半分解部分等枯死混合物，剔除其中石礫、土塊等非有機物質，稱量其鮮重；4個樣方枯落物樣品分別混合，取樣品600 g左右，裝入樣品袋中帶回實驗室。

腐殖質層樣品采集：用鋼卷尺測量記錄腐殖質厚度，用耙子收集樣方內全部腐殖質（剔除其中石礫、土塊、明顯的樹根等非腐殖質），收集每個樣方的腐殖質，稱其鮮重。4個樣方混合采集腐殖質樣品200 g左右，帶回實驗室。

2.3 可燃物載量計算方法

2.3.1 喬木層可燃物載量的計算 通過每木檢尺對喬木林進行調查，選擇相應樹種的異速生長方程，計算單株生物量，相加得標準地可燃物載量[21]。若沒有相應異速生長方程，選用生物量擴展因子方法。計算標準地內每株樹木的蓄積量，并通過標準地優勢樹種蓄積量計算得到喬木層可燃物載量。

喬木層單位面積可燃物載量計算公式如下：

式（1）中，喬木層生物量單位為kg，標準地面積單位為m2。

2.3.2林下可燃物載量的計算 將所有采集的林下可燃物樣品帶回實驗室，利用鼓風式烘箱105 ℃烘干樣品至恒重，用電子天平稱重，獲取林下可燃物干重，計算林下可燃物單位面積載量。計算公式如下：

式（2）中，林下可燃物干重單位為kg，標準地面積單位為m2。

2.4 數據處理

采用Excel對測得的可燃物載量數據進行整理、歸類，并利用Origin Lab作圖，對地表可燃物的載量進行排序。

3 結果與分析

3.1 不同林分各層可燃物載量分析

本研究設置了235個的喬木林標準地，包括針葉樹種標準地155個、闊葉樹種標準地20個、混交林樹種標準地60個[22-23]。各林分中喬木層載量占地表可燃物載量最高，灌木層、草木層、枯落物層和腐殖質層載量占比較低（圖3）。杉木、濕地松、馬尾松、闊葉樹、針葉混、針闊混、闊葉混7種林分中，喬木層分別占地表可燃物總載量的81.39%、72.94%、71.20%、82.12%、77.57%、86.82%、85.09%。腐殖質層載量占地表可燃物總載量依次為8.76%、8.86%、12.78%、9.57%、10.44%、6.91%、7.78%。

圖3 不同林分各層可燃物單位面積載量

從單位面積可燃物載量占比情況來看，闊葉混交林的可燃物載量最高為132.40 t/hm2，占總體的20.65%，其次是針闊混交林、闊葉林、針葉混交林，占總體的18.96%、14.78%、14.65%，杉木林、濕地松和馬尾松林的可燃物載量較少，分別占總量的12.52%、9.68%和8.77%?？傮w上喬木層載量的多少決定了各林分總載量的高低。各林分灌木層、草木層、枯落物層、腐殖質層無明顯差異。各林分中喬木層可燃物載量總占比最高，占總量的99.81%；其次是灌木層，占總載量的0.09%；草本層、枯落物層、腐殖質層可燃物載量占比均較低，分別占總載量的0.01%、0.04%、0.06%。

圖4 不同林分類型各層可燃物載量占比

3.2 不同齡組的可燃物載量分析

3.2.1 針葉林 杉木按齡組分，單位面積可燃物載量：幼齡林<中齡林<近熟林<成熟林，分別為46.77，68.15，79.17，89.12 t/hm2。馬尾松按齡組分，單位面積可燃物載量：幼齡林<中齡林<近熟林<成熟林，分別為32.21，47.15，51.71，55.53 t/hm2。濕地松按齡組分，單位面積可燃物載量：幼齡林<中齡林（或近熟林）<成熟林，分別為37.16，56.80，55.11，62.66 t/hm2，中齡林和近熟林單位面積可燃物載量大小相差較小，見圖5。上述3種樹種齡組愈近成熟，載量值呈逐漸升高趨勢，濕地松中齡林和近熟林的情況或是系統誤差與偶然誤差形成。橫縱向對比，杉木樹種中齡組載量跳躍值較大，而其它兩種樹種變化略小，相同齡組中杉木樹種載量遠超其它兩種。

圖5 不同齡組針葉林可燃物載量

3.2.2 闊葉林 闊葉樹種（組）單位面積可燃物載量按齡組分，幼齡林可燃物載量58.87 t/hm2；中齡林93.07 t/hm2、近熟林92.81 t/hm2，中齡林和近熟林相近；成熟林82.15 t/hm2，介于幼齡林和近熟林之間，見圖7。除幼齡林，其余齡組可燃物載量接近，不同齡組可燃物載量中喬木層的載量占該齡組大部分，其次是腐殖質層，再者是灌木層、枯落物層。

3.2.3 混交林 針葉混樹種（組）按齡組分，單位面積可燃物載量幼齡林<中齡林<近熟林<成熟林，分別為51.95，71.80，80.18，124.53 t/hm2。針葉混樹種（組）單位面積可燃物載量和闊葉樹種（組）相近，平均在80 t/hm2左右。

闊葉混樹種（組）按齡組分，單位面積可燃物載量中齡林最大，為143.83 t/hm2；其次成熟林136.76 t/hm2，和中齡林相差不大；近熟林居中，為107.68 t/hm2；幼齡林最小，為82.99 t/hm2。

針闊混樹種（組）按齡組分，單位面積可燃物載量最大的是成熟林，為134.42 t/hm2；其次是中齡林和近熟林，分別為109.06 t/hm2、104.23 t/hm2；最小的是幼齡林，為78.97 t/hm2（圖7）。

圖7 不同齡組混交林可燃物載量

3.3 不同郁閉度等級可燃物載量分析

3.3.1 針葉林 由圖8可知，杉木按郁閉度等級分，單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為79.1155，46.827，21.8233 t/hm2；馬尾松單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為55.4762，45.7469，34.7871 t/hm2；濕地松單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為59.3579，51.9577，35.9893 t/hm2。郁閉度等級對杉木林載量影響較大，馬尾松載量隨著郁閉度變化趨線性梯度變動，濕地松高、中郁閉度載量浮動略小。

圖8 不同郁閉度針葉林各層可燃物載量

3.3.2 闊葉林 闊葉樹種（組）按郁閉度等級分，單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為109.81，79.57，44.30 t/hm2（圖9）。喬木層為各郁閉度載量主要來源，高郁閉度灌木層載量高于其余郁閉度灌木層載量，而中郁閉度腐殖質層載量高于中高郁閉度載量，且為總量次要來源。

圖9 不同郁閉度闊葉林各層載量

3.3.3 混交林 根據圖10和統計數據知，針葉混樹種（組）按郁閉度等級分，單位面積可燃物載量：高郁閉度最大達100.6649 t/hm2，中郁閉度和低郁閉度相差不大，分別為63.0366 t/hm2、64.0952 t/hm2，分析原始數據發現主要原因在于低郁閉度枯立木和枯落物層可燃物載量較大；闊葉混樹種（組）按郁閉度等級分，單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為136.2303，104.5404，39.7176 t/hm2；針闊混樹種（組）按郁閉度等級分，單位面積可燃物載量：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，分別為120.8844，91.8959，62.2028 t/hm2。

圖10 不同郁閉度混交林可燃物載量

4 結論和討論

4.1 結 論

（1）本研究對吉安市喬木林主要林分可燃物載量信息進行了調查與統計。針葉林的單位面積可燃物載量為59.681 2 t/hm2，針葉林單位面積可燃物載量由大到小依次為杉木、濕地松、馬尾松；闊葉林單位面積可燃物載量為82.193 8 t/hm2；混交林單位面積可燃物載量為104.615 5 t/hm2，混交林單位面積可燃物載量由大到小逐次為闊葉混、針闊混、針葉混，并且研究區針葉混和闊葉林單位面積可燃物載量相近。

（2）研究區林分各齡組單位面積可燃物載量大小排序，成熟林、近熟林、中齡林、幼齡林。針葉林單位面積可燃物載量從大到小排列逐次為成熟林、近熟林、中齡林、幼齡林。闊葉林單位面積可燃物載量中齡林和近熟林占比最高，且中齡林和近熟林大小相近，其次為成熟林，再者是幼齡林。針葉混交林單位面積可燃物載量從大到小排列為成熟林、近熟林、中齡林、幼齡林；闊葉混交林單位面積可燃物載量和闊葉樹種變化規律極相似；針闊混交林單位面積可燃物載量最大的是成熟林，其次是中齡林和近熟林，最小是幼齡林。

（3）根據吉安市喬木林主要林分類型各優勢樹種不同郁閉度等級可燃物載量數據，可知針葉樹種、闊葉樹種和混交樹種，其單位面積可燃物載量按郁閉度等級分：高郁閉度>中郁閉度>低郁閉度，3種類型樹種載量符合在一定穩態條件下，隨著郁閉度增大，生物量積累隨之變大，從而可燃物載量增大的規律。

4.2 討 論

喬木林分是森林最重要的組成部分。喬木林不同優勢樹種（組）、不同齡組、不同郁閉度等級，其單位面積可燃物載量不同。通過設立不同林分類型標準地，對標準地的喬木層進行每木調查，同時通過樣方調查林下灌木、草本、枯落物、腐殖質等樣方內的各層可燃物[6]，可以較好地掌握不同森林類型可燃物載量，為森林火災防控和預警提供詳細可靠的基礎數據。

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Spatial Characteristics of Fuel Loads in Arboreal Forests: a Case Study of Ji’an City

HU Qing, LIU Fuzhen, DUAN Xinxian

（Forestry Development Service Center of Ji’an City, Ji’an, Jiangxi 343000, China）

Identifying the combustible load patterns per unit area of different dominant tree species (groups), age groups, and canopy closure levels in tree forests can provide a scientific reference for obtaining forest combustible types and distribution data.Based on a survey on 235 standard plots of tree forests in Ji'an City, laboratory measurements were conducted on the survey samples.Through data comparison and analysis, it was found that the combustible load per unit area of different dominant tree species (groups) in the tree forest was mixed tree species (groups), broad-leaved tree species (groups), and coniferous tree species (groups) in descending order; The fuel load per unit area of different age groups was basically mature forest>near mature forest>middle aged forest>young forest; The combustible load per unit area of different canopy closure levels was in descending order of high canopy closure, medium canopy closure, and low canopy closure. The research results are of great significance in guiding the analysis of the types and distribution of forest fuels in different types of tree forests in forest fuel surveys.

forest fire risk; dominant tree species (groups); combustible load capacity; age group; canopy closure

10.3969/j.issn.2095-3704.2023.04.78

S762

A

2095-3704（2023）04-0529-09

2023-09-27

2023-11-02

胡慶（1968—），男，高級工程師，主要從事植物組培和森林資源監測工作，huqing1968@163.com。

胡慶, 劉福珍, 段信先.喬木林可燃物載量空間分布研究: 以吉安市為例[J]. 生物災害科學, 2023, 46(4): 529-537.