森林火灾尤其是重特大森林火灾的频繁发生不仅使自然生态系统遭到破坏，同时也造成了含碳温室气体的大量释放，破坏大气的碳平衡。国际上对森林火灾释放温室气体的研究越来越多，特别是美国、加拿大和俄罗斯等国通过室内模拟试验和野外大气化学观测试验估算了森林火灾释放的温室气体(Goldammer et al., 1993；Levine et al., 1995；Dixon et al., 1993)。中国学者也对森林火灾释放的温室气体进行了研究，王效科等(1998)对森林火灾释放的含碳温室气体量的估计方法进行了总结，并且在对各省火灾统计资料和生物量估计的数据基础上，用排放因子法和排放比法，估算了中国森林火灾释放的温室气体量。田晓瑞等(2003)根据1991—2000年的森林火灾数据和生物量研究结果估算了中国森林火灾直接释放的碳量。胡海清等(2005)根据黑龙江省1980—1999年森林火灾统计数据和黑龙江省各森林类型地上生物量估算了黑龙江省森林火灾释放的含碳气体量。当前，对森林火灾释放碳量的估算主要应用平均生物量数据，而不是应用每次森林火灾实际燃烧的生物量。本文应用每次森林火灾实际燃烧的生物量来研究吉林省森林火灾碳释放。

吉林省是全国重点林业省份之一，有林地面积817.6万hm²，森林覆盖率为43.2%，林木蓄积量为8.8亿m³。该省高森林火险单位多、高森林火险的林分面积大。在全省80个县(林业企业局)中，一级森林火险单位有41个，占总数的51%；二级森林火险单位有19个，占总数的24%。高森林火险林分面积达610多万hm²，占森林面积的76%(马福等，2007)。因此，有必要研究吉林省由于森林火灾而直接排放的碳量，进一步量化森林火灾对大气碳平衡的贡献，正确评价吉林省森林生态系统的重要作用，为减少全球变化研究中碳平衡测算的不确定性提供科学依据(胡海清等，2005)。

1 研究资料与方法 1.1 研究资料

本研究所采用的基本资料是吉林省1969—2004年森林火灾资料，包括每次森林火灾起火时间、每次森林火灾林分的林木组成、每次森林火灾损失的乔木蓄积量和幼树株数。

1.2 研究方法 1.2.1 乔木地上损失生物量的估算

1) 成林损失生物量的估算吉林省森林火灾资料提供了林分损失的蓄积，却没有给出各森林类型的生物量信息。因此，为了推算某一森林类型总的生物量需要建立蓄积量(X_V)与生物量(Y_b)之间的换算关系。本文采用的生物量计算方法为方精云等(1996)的蓄积量-生物量关系模型：Y_b=aX_V+b。式中X_V和Y_b分别表示林分蓄积(m³)和林分生物量(t)。a和b均为参数，在这里采用方精云等(1996)计算的我国森林生物量的基本参数，见表 1。

2) 幼树生物量的估算幼树是指胸径未达到检尺径阶(5 cm)，针叶树树高30 cm、阔叶树高100 cm以上的树木(赖斌慧，2003)。吉林省森林火灾资料只给出了损失幼树株数，因此本文的幼树蓄积量是根据吉林省一元立木材积表中的起测径阶(6 cm)所对应的材积的1/2乘以燃烧面积上的损失株数获得。然后再根据1)中的公式求出幼树生物量。

3) 森林燃烧损失地上生物量的估算根据Seiler等(1980)提出的估算模型计算燃烧损失的地上生物量：M=A×B×a×b。式中M是生态系统燃烧消耗的生物量(t)；A是燃烧的面积或火灾面积(hm²)；B是平均生物量(t·hm^-2)；a是地上部分生物量占总生物量的比例；b是生物量燃烧效率。吉林省森林火灾资料提供了每次燃烧面积上的立木蓄积(X_V)，根据方精云蓄积量-生物量模型公式可以得到燃烧面积上的乔木总生物量(Y_b)。然后按照本公式，只要用乔木总生物量(Y_b)乘以地上部分生物量占总生物量的比例(a)(表 1)，再乘以燃烧效率(b)就得到损失的乔木地上生物量。本文所用吉林省森林的燃烧效率为温带森林和北方林的燃烧效率0.09~0.12的估计范围(Aulair et al., 1993)。

1.2.2 森林火灾碳释放的估算

根据植物的含碳量(C_c)，假设所有被烧掉的生物质中的碳都变成气体，可以计算燃烧造成的碳损失(M_c)：M_c=C_c×M。式中C_c是植物的含碳量(%)；M是燃烧损失生物量(t)；M_c是燃烧造成的碳损失量(t)。本文的研究是根据森林生物量中含碳45%(田晓瑞等，2003)来估算森林火灾造成的碳损失。

1.2.3 森林火灾含碳气体释放的估算

本文采用排放比法对吉林省森林火灾释放的含碳气体量进行了估算。多数情况下，森林火灾所释放的总碳量中，以CO₂形式排出的占90%(Crutzen et al., 1990)。因而，可以直接估算森林火灾释放的CO₂量：M_CO2=0.9×0.45×M×(44/12)。

最后，根据森林火灾释放的某种含碳气体量与CO₂释放量的比值(排放比)来计算森林火灾中各种含碳气体的释放量。由CO₂和CO的标准化气体释放比率(Laursen et al., 1992；Yokelson et al., 1997)可以计算出CO与CO₂的比值为5.2/86.7，CH₄与CO₂的比值为2.1/86.7。由王效科(1996)对吉林省乔木层、下木层、枯落物单位森林火灾受害面积释放CO₂，CO，CH₄的量，估算出下木层与乔木层释放CO₂的比率为2.27/9.14，释放CO的比率为0.35/0.92，释放CH₄的比率为0.04/0.11；枯落物和乔木层释放CO₂的比率为4.97/9.14，释放CO的比率为0.73/0.92，释放CH₄的比率为0.05/0.11。进而推算出整个森林生态系统CO₂，CO和CH₄的释放量。

2 结果与分析 2.1 森林燃烧损失的乔木地上生物量

从表 2中可以看出自1969—2004年这36年期间，吉林省因为森林火灾共损失乔木地上生物量为982 271.15~1 309 694.88 t，年均27 285.31~36 380.41 t，占全国的0.45%~0.61%(田晓瑞等，2003)，其中损失成林地上生物量为955 555.29~1 274 073.73 t，占总损失量的97.3%，损失幼树地上生物量为26 715.86~35 621.15 t，占总损失量的2.7%。在1983年以前因森林火灾损失乔木地上生物量较多，共损失乔木地上生物量为977 116.04~1 302 821.41 t，年均65 141.07~86 854.76 t，占全国的1.09%~1.45%；在1984年以后损失的乔木地上生物量较少，损失的乔木地上生物量共为5 155.11~6 873.47 t，年均245.48~327.31 t，占全国的0.004%~0.005%。其中，以1977年损失的乔木地上生物量最多，高达557 751.27~743 668.36 t；其次为1978年和1976年，分别为139 957.55~186 610.07 t和86 512.25~115 349.67 t；以1994年损失的乔木地上生物量最少，仅为4.47~5.96 t。

2.2 森林火灾释放的碳和主要含碳气体

从表 3看出，1969—2004年吉林省森林火灾直接释放的碳量为792 157.63~1 056 210.16 t，直接释放的CO₂，CO，CH₄量分别为2 614 120.16~3 485 493.54 t、190 188.50~253 584.67 t和64 238.50~85 651.34 t。年均各自释放的碳量为22 004.38~29 339.17 t，约占全国年均森林火灾排放碳的1.05%(田晓瑞等，2003)。年均释放的CO₂，CO，CH₄量分别为72 614.45~96 819.27 t，5 283.01~7 044.02 t和1 784.40~2 379.20 t，分别约占全国年均各自释放量的0.26%，0.24%和1.42%(王效科等，2001)，其中CO₂量约占1992年中国能源消耗和工业生产排放CO₂的0.003%(Boden et al., 1995)，CH₄量约占全国所有源排放的0.007%(张仁健等，1999)。

从数据中可以看到，吉林省森林火灾的碳和含碳气体释放在1983年有个分界点，1969—1983年碳和含碳气体释放较多，年均碳释放约占全国的2.51%，年均释放的CO₂，CO，CH₄量分别约占全国年均各自释放量的0.62%，0.56%和3.39%，其中CO₂量约占1992年中国能源消耗和工业生产排放CO₂的0.008%，CH₄量约占全国所有源排放的0.016%；1984—2004年碳和含碳气体释放较少，年均碳释放约占全国的0.01%，年均释放的CO₂，CO，CH₄量分别约占全国年均各自释放量的0.002%，0.002%和0.013%，其中CO₂量约占1992年中国能源消耗和工业生产排放CO₂的0.000 03%，CH₄量约占全国所有源排放的0.000 06%。可以看出，吉林省1984—2004年森林火灾释放的CO₂，CO，CH₄量对大气的贡献几乎是零。

从表 3还可以看出，1977年森林火灾的碳和含碳气体释放最多，碳释放为449 801.38~599 735.17 t，CO₂，CO，CH₄的释放量分别是1 484 344.55~1 979 126.07 t，107 992.46~143 989.95 t和36 475.78~48 634.37 t，CO₂，CO，CH₄量分别约占全国年均各自释放量的5.27%，4.83%和29.05%。

3 结论与讨论 3.1 森林火灾消耗生物量

1969—2004年吉林省由于森林火灾而消耗的乔木地上生物量为982 271.15~1 309 694.88 t，年均27 285.31~36 380.41 t，占全国的0.45%~0.61%。其中损失成林地上生物量约占总损失量的97.3%，损失幼树地上生物量约占总损失量的2.7%。在1984—2004年损失的乔木地上生物量较少，损失的乔木地上生物量共为5 155.11~6 873.47 t，年均245.48~327.31 t，占全国的0.004%~0.005%，几乎为零，这与吉林省自1981年以来取得没有重大森林火灾的成绩有直接关系。

3.2 森林火灾排放物

1969—2004年吉林省森林火灾直接释放碳792 157.63~1 056 210.16 t，年均释放的碳量为22 004.38~29 339.17 t，约占全国年均森林火灾排放碳的1.05%。平均每年因森林火灾释放CO₂，CO，CH₄分别为72 614.45~96 819.27 t、5 283.01~7 044.02 t和1 784.40~2 379.20 t，分别约占全国年均各自释放量的0.26%，0.24%和1.42%，其中CO₂量约占1992年中国能源消耗和工业生产排放CO₂的0.003%，CH₄量约占全国所有源排放的0.007%。

吉林省因森林火灾释放碳和含碳气体在1983年有个分界点，1984—2004年碳和含碳气体释放较少，年均碳释放约占全国的0.01%，年均释放的CO₂，CO，CH₄量分别约占全国年均各自释放量的0.002%，0.002%和0.013%，其中CO₂量约占1992年中国能源消耗和工业生产排放CO₂的0.000 03%，CH₄量约占全国所有源排放的0.000 06%。即便笔者只是分析了森林火灾直接释放的碳，许多模型估计直接释放的碳只是碳总损失的一半(田晓瑞等，2003)，吉林省1984—2004年森林火灾释放的CO₂，CO，CH₄量对大气的贡献也几乎是零。

3.3 影响森林火灾释放含碳气体量的因素

影响森林火灾释放含碳气体量的因素很多，有森林类型、燃烧效率以及含碳气体的排放比等等，比如燃烧效率跟火灾程度有很大关系，火灾面积大未必火烧程度就大，所以这很难确定，只能用一个平均值代替。另外，我们对森林火灾释放含碳气体量的估算只能用不断更新的方法来改进估算的准确性，本文与我国其他专家估算不一样的地方是蓄积量用每次森林火灾森林实际损失的成林材积和幼树株数，而不是用森林的平均蓄积。