生物质燃烧释放的二氧化碳、一氧化碳和甲烷分别占人类活动排放总量的50%, 40%和16%(IPCC，2001)。由于林火在全球气候变化和环境中起着重要作用，并且是CO₂的重要来源，所以，研究林火消耗的可燃物及其对碳汇的影响具有重要的意义。特别是北方林包含35%~40%的全球陆地碳，每年过火面积500~2 000万hm²。当前已有大量关于北方林火碳释放的研究(Amiro et al., 2001)。林火与可燃物关系的研究是林火碳排放研究的基础。我国对林火碳排放的研究还不深入，虽然有些研究森林可燃物类型与火行为关系的文献(张家来等，2002；郭平等，2002)，但对我国森林防火重点林区——大兴安岭林区的林火与可燃物研究还比较少，因此，笔者根据对2007年春季大兴安岭2起森林大火过火迹地的调查，分析森林火险与火行为和可燃物消耗的关系，为未来研究我国大兴安岭林区火行为和碳排放提供参考。

1 研究区概况

大兴安岭林区森林类型主要是以兴安落叶松(Larix gmelinii)为主的混交林。主要树种有落叶松、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)、白桦(Betula platyphylla)、柞树(Quercus mongolica)、山杨(Populus davidiana)和柳树(Salix matsudana)等针叶和阔叶树种。土壤为寒温带森林土壤。地势起伏不大，西部、中部高，东部、北部和南部低。平均海拔573 m，最高海拔1 528 m。寒温带大陆性季风气候，冬季寒冷而漫长，夏季炎热而短暂，年均温在-2 ℃以下，春季升温快，风速大(可达8级)，干燥少雨(几无雨)。年降水量为450~500 mm，年蒸发量为900~1 000 mm。该区地处高纬度山地，无霜期较短，在80~100 d之间，年平均风速2 m·s^-1，最大风速7~8级，多发生在春季，极易引起森林火灾。

调查的火烧迹地分别是2007年4月27日松岭区壮志林场663高地发生的森林火灾(124°03′59.8″ E，51°09′52″ N)和4月30日加格达奇林业局罕诺河管护区内发生的森林火灾(125°39′22.6″ E，55°59′58.1″ N)(图 1)。罕诺河管护区森林火灾是人为用火引起的；松岭区壮志林场是由于冬季生产作业用火后，没有及时清理余火，转为地下火，到春天引燃地表可燃物，形成地表火。

2 研究方法 2.1 标准地调查

在2007年春季2个火烧迹地内按不同森林类型和火烧强度分别设置标准地，调查发生时间、地点、气象条件、可燃物状况和林分生长状况，测定林分基本特征和各类可燃物载量与分布特征，调查树木熏黑高度，记录树木死亡情况。乔木层采用10 m×10 m标准地，下木层样方采用5 m×5 m，草本层采用1 m×1 m调查，分别设置4个重复。标准地分布见图 1。

2.2 地表可燃物调查

地表可燃物载量调查采用线状相交可燃物调查方法(Warren，1990；Ringvall et al., 1999；Gregoire et al., 2003)，按不同径级调查可燃物载量，共分6个径级0.0~0.49，0.5~0.99，1.0 ~2.99，3.0 ~4.99，5.0 ~ 6.99和≥7.0 cm。在标准地内采用30 m等边三角形样线调查，分别测定不同径级可燃物数量，并沿每个样线均匀测定5处腐殖质层厚度。地表凋落层(未分解的落叶、球果等)采用小样方(0.5 m×0.5 m)称重法测定，每个试验地5个重复。对地表凋落物、腐殖质层(0~6 cm)、不同径级的地表枯枝等可燃物进行取样，每份样品6个重复，带回实验室内烘干，测定可燃物的含水率。腐殖质深度测定采用“T"型针，测定火烧后林地腐殖质层厚度的变化。

2.3 遥感图像处理

分别选取火灾发生前后无云或少云的MODIS遥感影像进行地面和大气校正，利用空间分辨率250 m的1，2波段计算NDVI值(Allison et al., 2005)。计算火烧前后NDVI值变化，提取过火区并进行火烧等级分级。把过火区火烧分级图与土地利用图叠加，获得不同植被类型各火烧等级的过火面积。

2.4 森林火险分析方法

采用加拿大火险天气指数(FWI)系统分析火险变化。利用SAS编制FWI计算程序，计算各气象站2007年1—5月每日的FWI各组分值。FWI系统包括6个组分：3个可燃物湿度码和3个火行为指数。可燃物湿度码包括细小可燃物湿度码(FFMC)、腐殖质湿度码(DMC)和干旱码(DC)。火行为指标包括初始蔓延速度(ISI)、累积指数(BUI)和火天气指数(FWI)。

3 结果与分析 3.1 2007年春季火险分析

FWI系统所有组分都有自己的相对尺度，值越高表示燃烧条件越严重。可燃物湿度表示不同干燥速率的3类森林可燃物湿度，随着天气变化可燃物湿度发生变化。对每类可燃物，湿度变化都包括2个阶段——降水和大气水分引起的吸湿和干燥过程，值越大代表可燃物含水量越低，也就越容易燃烧。细小可燃物湿度码是反映地表凋落层和其他成熟的细小可燃物(针叶，苔藓和直径小于1 cm的小枝)湿度的数量指标，随气象因素变化FFMC值变化迅速，时滞16 h。DMC和DC分别指示中等深度的疏松有机层和深层紧密有机层的湿度。FWI是潜在火线强度的数量指标，它指示的火线强度结合了火蔓延速度和可燃物消耗量。

图 2表示了2007年4—5月各火险指数变化过程。除4月19—21日连续3天降雨，火险指数明显下降外，FFMC基本都在90以上，4月29日最高达到97.9，表示细小可燃物极易燃。DMC和DC在4月份表现出持续性增长趋势，并在4月底达到最高，FWI最高为37.8, 表示极高火险，这也是罕诺河和松岭区壮志林场发生火灾的时段。DC最高值为114.4，表示中度火险，深层有机层湿度较大，火烧迹地调查也表明深层腐殖质基本没有被火烧。火行为指数ISI和BUI也在4月末达到高峰(图 3)，在5月初降雨后有所下降。5月3，5和7日分别有1.9，0.5和5.4 mm的降水，各火险指数都显著降低，也为扑救森林火灾提供了有利条件。

3.2 火灾后可燃物载量变化

根据大兴安岭地区植被类型和过火区分布，设置15块调查样地。调查样地包括火烧区主要植被类型，即落叶松纯林、针阔混交林和阔叶林。依据火烧程度不同，分别调查轻度、中度和重度火烧林分。标准地基本状况见表 1。调查样地上发生的火烧主要是地表火，部分地段有冲冠火，没有典型的树冠火。样地调查结果表明，轻度和重度火烧后阔叶林(白桦)径级可燃物载量分别减少0.942 0 kg·m^-2和增加0.908 5 kg·m^-2，重度火烧后地表径级可燃物载量增加是树冠在受到火烧后，有大量枝条未充分燃烧而落到地表造成的。落叶松白桦混交林在中度和重度火烧后径级可燃物分别减少0.166 6和0.908 5 kg·m^-2，但5.0~6.99 cm径级的可燃物载量增加，这可能是阔叶树在火烧后有较多的大径级树枝从树冠落到地表引起的。落叶松纯林在中度和重度火烧后则地表径级可燃物载量分别增加0.367 1和0.320 1 kg·m^-2，这是因为落叶松细小枝条较多，部分树冠受火烧影响，大量未燃透的细小枝条落到地面，导致地面径级可燃物载量增加。所有林分在火烧后，落叶层和腐殖质层载量都明显减少。由于大兴安岭林区主要火灾均发生春季和秋季，春季腐殖质层湿度较大，一般不容易燃烧。从调查结果看，一般地表火和冲冠火主要消耗落叶层和腐殖质上层可燃物。不同径级可燃物的变化情况见图 4。样地3，2和6分别作为阔叶林、针阔混交林和针叶纯林对照。火后阔叶林地表径级可燃物增加不明显，针阔混交林主要是5.0~6.99 cm径级可燃物增加，而落叶松纯林火烧后除0.50~0.99 cm径级可燃物减少外，其他径级可燃物都明显增加。

火烧后林下植被都受到不同程度的影响，8号样地下木死亡率最高(91.3%)，4，7号样地下木死亡率分别为44.4%和47.4%，其他样地下木死亡率较低。由于火灾发生在草本返青前，中度和重度火烧后草本盖度明显下降，但随着火烧后林下光照增加，林下草本将逐渐得到恢复。

3.3 火烧程度分级

通过MODIS遥感图像分析，估算出松岭区壮志林场过火面积1 631.25 hm²，罕诺河火场过火面积18 862.50 hm²(图 5)。不同植被类型过火面积见表 2，主要火烧类型是森林(郁闭度>30%)和草地。罕诺河自然保护区有大面积湿地，草地占总过火面积的37.6%。松岭区壮志林场过火区中疏林地和草地分别占45.6%和31%。

根据火烧前后NDVI值变化，可以划分火烧等级。按照等距离分类方法，把火烧程度划分为轻度、中度和重度火烧。过火区的NDVI变化值为正值，轻度、中度和重度火烧区等级划分阈值分别为0.153 4，0.306 8和0.471 2。罕诺河火场中轻度、中度和重度火烧区分别占30.5%、36.2%和33.2%(图 6)。松岭区壮志林场过火区轻度、中度和重度火烧区分别占20.7%，32.9%和46.4%。调查中发现，火行为受地形和可燃物类型影响明显。沟塘边缘林分火烧程度较重，主要因为火从沟塘烧入林内，风速较大，火蔓延速率高。

4 结论与讨论

FWI系统可以很好地表示大兴安岭地区森林火险的变化，2007年4—5月FFMC基本都在90以上，DMC和DC在4月份持续升高，2场大火也发生在火险高的时段。大兴安岭南部林区春季火烧类型主要是地表火，部分林分有冲冠火。火后阔叶林地表径级可燃物增加不明显，针阔混交林主要是5.0~6.99 cm径级可燃物增加，而落叶松纯林火烧后除0.50~0.99 cm径级可燃物减少外，其他径级可燃物都明显增加。不同火烧程度对地表可燃物载量的影响有差异。中度和重度火烧后草本盖度明显下降，有些林分下木层死亡率较高。通过卫星遥感数据分析，火行为受地形和可燃物类型影响明显，沟塘边缘林分火烧程度较重。罕诺河火场和松岭区壮志林场过火区重度火烧分别占33.2%和46.4%。

林火行为受天气条件和地形的影响很大，通过对FWI系统各指数与林火行为的分析，表明FWI系统可以很好地指示大兴安岭林区的森林火险。本文只是对2007年春季2个火烧迹地进行了调查，还不能满足估计林火对北方林碳汇影响的需要，今后需要调查更多森林火烧类型的可燃物载量变化。卫星遥感数据和土地利用图的精度也影响到森林火烧程度判别的准确性。