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大娄山典型林分灌木地上载量影响因子及预测模型.pdf
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1、Vol.44 No.3Mar.2024第 44 卷 第 3 期2024 年 3 月中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Journal of Central South University of Forestry&Technologyhttp:/收稿日期:2022-12-06基金项目:贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑2022249 号);贵州省高等学校智慧林火创新团队(黔教技202375 号);贵州师范学院 2021 年度校级博士课题研究成果(2021BS020);贵州省科技厅奖励补助项目(2023GZJB002)。第一作者:彭徐剑(),副教授,博士。通信作者:张运林(),副教授,博士引
2、文格式:彭徐剑,刘讯,华国莉,等.大娄山典型林分灌木地上载量影响因子及预测模型 J.中南林业科技大学学报,2024,44(3):108-116,125.PENG X J,LIU X,HUA G L,et al.Influencing factors and prediction model of shrub uploading of typical stands in Dalou mountainJ.Journal of Central South University of Forestry&Technology,2024,44(3):108-116,125.大娄山典型林分灌木地上载量影响因
3、子 及预测模型彭徐剑1,刘 讯2,华国莉2,丁 波2,武 燕2,张延威2,李剑峰2,张运林2(1.南京警察学院,江苏 南京 210023;2.贵州师范学院 a.生物科学学院;b.贵州省林火生态与管理重点实验室,贵州 贵阳 550018)摘 要:【目的】灌木作为森林可燃物中的重要组成部分,其载量对森林垂直方向燃烧及极端火发生可能性有重要影响,西南林区作为我国第二大林区,年均火灾次数位于全国前列。调查该区域典型林分灌木载量,分析其影响因素,并建立预测模型,对于该地区预防森林火灾和林火管理工作具有重要意义。【方法】本研究以大娄山 6 种典型林分内灌木为研究对象,通过野外布设并调查基本信息,进行野外实
4、验及室内实验,获得灌木地上干、枝、叶及总载量,得到其影响因子并分别建立预测模型。【结果】1)对相同林型不同标准地进行研究,马尾松林灌木枝载量及柏树林灌木叶载量均有显著差异,阔叶混交林灌木枝、叶载量具有显著差异,且干载量及总载量具有极显著差异;不同林型之间灌木干、枝、叶及总载量之间无显著差异。2)同一林型内灌木干、枝、叶及总载量与平均树高、平均地径、平均高、平均胸径、林分密度、坡度、海拔等均有相关性(相关性逐渐减弱);不同林型内灌木干、枝、叶及总载量与平均地径、平均树高、平均胸径、平均高、坡度、平均冠幅等均有相关性(相关性逐渐减弱)。3)建立模型:杉木林灌木干、枝载量模型及灌木林灌木干、枝、总载
5、量模型(R2=0.998)拟合效果最好,马尾松林枝载量模型拟合效果最差(R2=0.318)。【结论】通过本研究,为大娄山地区典型林分内灌木载量调查提供了基础数据和方法,对于森林火险预报和森林火灾风险普查中可燃物载量调查具有重要意义。关键词:灌木;载量;林分特征因子;模型中图分类号:S762.2 文献标志码:A 文章编号:1673-923X(2024)03-0108-09Influencing factors and prediction model of shrub uploading of typical stands in Dalou mountainPENG Xujian1,LIU Xu
6、n2,HUA Guoli2,DING Bo2,WU Yan2,ZHANG Yanwei2,LI Jianfeng2,ZHANG Yunlin2(1.Nanjing Police University,Nanjing 210023,Jiangsu,China;2.a.School of Biological Sciences;b.Key Laboratory of Forest Fire Ecology and Management of Guizhou Province,Guizhou Education University,Guiyang 550018,Guizhou,China)Abst
7、ract:【Objective】As an important part of forest fuel,shrub have a significant impact on the vertical burning of forests and the possibility of extreme fires.As the second largest forest region in China,the southwest forest region has the highest annual fire frequency in China.It is of great significa
8、nce for forest fire prevention and forest fire management to investigate the shrub loading of typical forests in this region,analyze its influencing factors,and establish prediction model.【Method】In this study,shrubs in six typical forest stands in Dalou mountain were taken as the research object,an
9、d standard plots were set up in the field to investigate the basic information.Through field experiments and indoor experiments,the aboveground stems,branches,leaves and total loading of shrubs were obtained,and their influencing factors were obtained and prediction models were established respectiv
10、ely.【Result】1)Through the study on different standard plots of the same forest type,it was concluded that the shrub branch loading of Pinus massoniana forest and the shrub leaf loading of Cupressus forest had significant differences,while the shrub branch loading and leaf loading of broad-leaved mix
11、ed forest had significant differences,and the dry loading and total loading had extremely significant differences;There was no difference in stem,branch,leaf and total loading among different forest types.2)The stem,branch,leaf and total loading of shrubs in the same forest type were correlated with
12、 the average tree height,average ground diameter,average height,average diameter at breast height,stand Doi:10.14067/ki.1673-923x.2024.03.011109中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 44 卷2020 年 6 月,国务院办公厅印发了国务院办公厅关于开展第一次全国自然灾害综合风险普查的通知,旨在摸清我国灾害风险隐患底数,提升全社会灾害风险意识1。森林火灾普查作为综合风险普查的重要部分,开展森林火灾普查十分有必要。当前,随着全球气候变暖,极端火频 发2,
13、且由于我国林火管理政策的有效实施,近几年森林火灾次数显著下降,但也导致林内可燃物不断积累,部分重点林区可燃物载量已达到 50 60 thm-2,远超国际公认的发生森林大火的载量 阈值3。只有做好森林火灾风险普查,全面摸清火灾风险隐患底数,查明重点区域抗灾能力,才能有效开展火灾防治和应急管理工作,为生态文明建设、保护生态环境和人民财产安全提供科学依据。可燃物载量调查准确获取可燃物载量值,是森林火灾危险性评估、重点隐患评估和火险区划的重要依据和基础4。灌木作为森林可燃物的重要组成部分,决定了森林垂直方向燃烧及极端火出现的可能性,在普查中需要通过收获法和含水率比值获取其载量值,且区分干、枝和叶进行调
14、查,内容繁重,耗费大量人力物力。研究表明,灌木载量,包括灌木干、枝和叶的载量受林分特征因子的影响,若能找到林分特征因子对灌木各部分载量的影响,并建立预测模型,灌木载量调查将节省大量成本,提高预测准确性。此外,若该预测精度可行,则可尝试利用遥感数据中的林分特征因子直接估测灌木载量,对于后续摸清某一地区灌木燃烧的风险隐患,科学指导森林防火工作具有重要意义。国内外对灌木载量预测进行了一些研究,主要包括利用灌木的总生物量与影响因子的关系5,建立预测模型进行研究6-13和分析灌木总载量及各器官载量与林分因子的关系,利用性高模型或回归模型进行预测14-26。但是,西南林区典型林分内灌木载量的影响因子和预测
15、模型研究几乎没有,而该地区作为我国第二大林区,森林火灾频发,对生态安全、社会稳定和经济发展都造成严重威胁,森林防火十分重要。因此,本研究从林火管理的实际应用出发,对西南林区典型林分灌木载量及其影响因子进行研究,并建立预测模型,研究结果能够为西南林区灌木载量调查提供方法和基础数据,为研究区科学林火管理,进一步有效控制极端火的发生、保护人民生命安全、社会稳定和生态环境具有重要意义。1 研究方法研究区位于贵州省遵义市凤冈县(全国自然灾害风险普查试点县),在贵州省东北部居乌江中游,占地 1 885 km2,平均海拔 720 m,地理坐标 处于(10731 10757E,2731 2822N);研究区属
16、中亚热带湿润季风气候,年平均气温为 15.2。主要乔木树种为马尾松 Pinus massoniana、柏 木 Cupressus funebris、青 冈 Cyclobalanopsis glauca 和杉木 Cunninghamia lanceolata 等;主要灌木树种为白栎 Quercus fabri、六月雪 Serissa japonica、香叶子 Lindera fragrans、山茶 Camellia japonica、铁仔 Myrsine africana 和荚蒾 Viburnum dilatatum 等;主要草本树种为沿阶草 Ophiopogon bodinieri 和细叶苔草
17、 Carex rigescens 等。1.1 标准地设置本研究在 2021 年 23 月防火期间内进行的,选取大娄山具有代表性的林分设置标准样地,用GPS 定点记录坐标。本次实验一共设置 35 个标准地,样地基本信息如表 1 所示,标准地设置为25.82 m25.82 m。调查其林分因子(胸径、郁密度、林龄等)和地形因子(地貌、土壤类型、海拔、坡向、坡度、坡位)。1.2 野外调查每个标准地利用五点布设法设置5个2 m2 m 的小样方,测定小样方里所有胸径小于 0.5 m 植物便为灌木,记录种名和株数,测量并记录灌木树高、冠幅以及地径等,利用全收获法取灌木整株,现场以干、枝、叶分袋,称量鲜质量并
18、记录,全部装袋带回实验室。density,slope,elevation,etc.(the correlation gradually weakened);The stem,branch,leaf and total loading of shrubs in different forest types were correlated with the average ground diameter,average tree height,average diameter at breast height,average height,slope and average crown width
19、(the correlation gradually weakened).3)Establishment of models:the fitting effect of the model of stem and branch loading of Cunninghamia lanceolata(Lamb.)forest and the model of stem,branch and total loading of shrub forest(R2=0.998)was the best,while the fitting effect of the model of branch loadi
20、ng of P.massoniana forest is the worst(R2=0.318).【Conclusion】This study provides basic data and methods for the investigation of shrub loading in typical forests in Dalou mountain area,and is of great significance for the investigation of fuel loading in forest fire risk prediction and forest fire r
21、isk survey.Keywords:shrub;loading;forest stand characteristic factor;model彭徐剑,等:大娄山典型林分灌木地上载量影响因子及预测模型110第 3 期表 1 35 个标准地基本情况Table 1 The basic information of 35 standard plot林型Forest type林龄Forest age/a郁闭度Canopy平均树高Mean height/m平均胸径Mean DBH/cm林分密度Stand density/(株hm-2)马尾松 Pinus massoniana14 700.56 0.9
22、29.075 19.86911.373 25.752149 1 815软阔 Soft broad 5 420.40 0.706.633 14.9847.736 13.360101 3 800阔叶混交 Broadleaf mixed10 500.45 0.776.397 10.6406.58 12.12222.5 1 485杉木 Cunninghamia lanceolata15 230.45 0.8610.839 15.55111.309 14.4921845 2 265柏木 Cupressus funebris30 700.6 0.896.052 12.13310.833 17.944114
23、 2 055灌木 Shrub20 400.31 0.775.833 7.9866.794 7.772林型Forest type坡度Slope/()海拔Evaluation/m平均地径Mean ground diameter/cm平均冠幅Mean crown width/m灌木平均高Mean height of shrubs/m马尾松 Pinus massoniana3 53678 9800.577 1.6080.305 0.7350.603 2.219软阔 Soft broad 5.9 16.0688 9860.706 3.1170.044 1.2770.669 3.391阔叶混交 Broad
24、leaf mixed6.00 46.8655 1 1040.91 3.290.294 1.1931.2 3.425杉木 Cunninghamia lanceolata5.0 16.77733 8200.281 0.7300.143 0.9160.637 1.128柏木 Cupressus funebris6.6 50.5530 9090.523 1.3020.098 0.7710.915 1.824灌木 Shrub20 41834 9801.745 2.6110.165 1.6861.463 2.9831.3 室内试验将采集的灌木样品带回实验室,在 105 下用烘箱进行烘干,时间为 48 h
25、恒质量即可,并记录干质量,取 5 个样方内灌木载量的均值作为样地载量,并根据面积转换公式求得每公顷载量值。1.4 数据处理1.4.1 灌木载量的计算由于通用载量单位为 thm-2,因此根据 2 m 2 m 与 100 m100 m 的面积比,计算出每公顷的灌木载量。1.4.2 灌木载量基本情况统计统计 6 个林型灌木总干、枝、叶及总的载量,所利用的载量是取每个标准地中五个样方灌木载量的均值及标准差(即均值 标准差),通过这个表易于观察 6 个林型灌木载量的基本信息并为下一步处理提供数据。1.4.3 灌木载量差异性分析选择 t 检验和事后多重比较,分析同一林型不同标准地之间灌木总干、枝、叶及总载
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