森林抚育对北京侧柏林地表可燃物载量及潜在火行为影响

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本研究以北京地区典型树种侧柏为研究对象,森林抚育措施可以降低可燃物的空间连续性和可燃物载量,通过设置对照林分,利用火行为模拟软件比较潜在火行为,为林火预防与可燃物管理提供科学依据。森林抚育措施为修枝割灌,按照我国森林抚育规程修去枯死枝和树冠下1轮~2轮活枝。建立样地调查林分信息和地理信息,利用收获法对地表可燃物载量进行调查。利用R语言统计分析软件做相关性分析,探究林分因子和地形因子对可燃物载的影响。利用多元回归分析建立不同类型可燃物载量模型,利用BehavePlus火行为软件对地表火行为进行模拟,输出相应火行为指标。主要研究结果如下:(1)对照林分内1h时滞可燃物载量平均值为936.7 g/m2,10h时滞可燃物载量平均值为56.0 g/m2,总可燃载量平均值为1120.1 g/m2。经过修枝割灌后的林内1h时滞可燃物载量平均值为470.6 g/m2,10h时滞可燃物载量平均值为48.2 g/m2,总可燃载量平均值为518.9 g/m2。对照林分内灌木可燃物载量平均值为127.3 g/m2,修枝割灌后林内灌木可燃物载量为0 g/m2。侧柏林内1h时滞细小可燃物载量显著高于10h时滞可燃物载量。相比之下,经过修枝割灌后总可燃物载量显著降低。(2)侧柏林地表可燃物载量与林分因子和地形因子的相关性分析结果:海拔和第一枝下高与1h时滞可燃物载量在0.05水平上呈显著负相关关系,与密度在0.01水平上呈显著正相关关系。1Oh时滞可燃物载量与树高和海拔呈显著正相关关系,与密度在0.01水平层显著负相关关系。灌木可燃物载量与林分密度呈显著负相关关系,密度越大,灌木长势越弱。地表总可燃物载量主要与密度相关。由相关性分析结果可知密度、海拔、第一枝下高和树高都是影响可燃物载量的显著因子,尤其是密度因子,对不同类型可燃物影响效果不同,相关性系数绝对值为0.358-0.598均高于其他因子,说明密度对可燃物载量具有重要影响。(3)逐步回归分析结果表明,1h时滞地表可燃物载量模型有胸径、林分密度、坡度和第一枝下高四个变量,R2值最高,拟合效果最好。海拔与密度两个因子构建的10h时滞地表可燃物载量多元线性回归模型最佳,R2为0.35。总地表可燃物载量多元线性回归模型R2为0.39。灌层可燃物载量归模型拟合效果较差,仅有密度因子,R2为0.13。各个模型P值显著,所有变量通过多重共线性检测。(4)北京平均风速达3 m/s,该风速条件下件下火行为模拟结果表明,修枝割灌林分与对照组地表火蔓延速度相近分别为0.3 m/s与0.2 m/s。修枝侧柏林火线强度中等为1555 kW/m,对照组侧柏林内火线强度高达4423 kW/m,可以烧毁地表所有动植物,造成巨大的破坏作用,灾后恢复困难。修枝与对照组林分内地表火均有可能转变为树冠火。对照组林分内火焰高度为3.7 m,实验组火焰高为2.3 m,火焰高度下降1.4 m。对照组林分树冠火转化率为31.3%,修枝后的侧柏林树冠火转化率仅为1.5%,树冠火转化率下降29.8%。火行为模拟结果表明,经过修枝割灌后的林分内,各项火行为指标显著低于对照组。(5)不同风速条件下的火行为模拟结果表明:地表火蔓延速度与风速呈显著正相关关系,实验组与对照组地表火蔓延速度相近,当风速为11 m/s时,地表火蔓延速度均为1.6m/s。实验组火线强度、火焰高和树冠火转化率有明显下降,其中树冠火转化率降低最为明显。风速越大火线强度越大,当风速达到最大值11 m/s时,对照组与实验组火线强度分别为27644 kW/m和9584 kW/m,均超过中等强度,将烧毁地表植物,破坏土壤结构,不利于生态环境持续发展。无风条件下对照组火焰高度为1.5 m,实验组内火焰高度为1 m,随着风速增到11 m/s,对照组与实验组火焰高度变为8.6 m和5.3 m,火焰高度差距由0.5 m增加到3.3 m。在无风和低风速条件下(风速为0-1 m/s),修枝割灌后的林分内地表火不会蔓延到树冠,因此不会引发树冠火。对照组在任何风速条件下都有可能发生树冠火。
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