火烧迹地的植被恢复是生态功能恢复的基础(任海等，2004)，火后早期植被的恢复更是生态系统恢复的关键所在。不同火烧强度对森林生态系统的结构与功能的影响有显著差异，低强度火烧一般利于改善环境，对维持森林生态系统平衡、促进森林演替有积极作用(胡海清，2005)。火后植被的恢复受到如火行为特征、立地条件和火前植被类型等因子的影响，研究火后植被恢复过程及其影响因子是制定火后恢复措施的基础。

火后植被恢复可通过卫星遥感监测。遥感信息对植被空间分布特征变化非常敏感，并具有很强的时效性和周期性(王明玉等，2008)。归一化植被指数(NDVI)是与植被生长及盖度相关的重要指示因子，广泛用于火后植被恢复研究(Gouveia et al.，2010； Leblon et al.，2001； Díaz-Delgado et al.，2003)。Riano等(2002)利用AVIRIS(机载可见光成像光谱仪)数据评估了洛杉矶圣莫妮卡山脉的火后植被恢复情况。Leon等(2012)利用NDVI年际变化趋势发现火前立地处理(包括可燃物处理等措施)和地形等对火后植被恢复有关键影响。解伏菊等(2005)研究了较大尺度上火烧区火烧强度与森林景观格局和功能恢复的关系。

大兴安岭火后植被恢复研究已很多：解伏菊等(2007)研究发现大兴安岭北坡火烧迹地森林郁闭度恢复受海拔影响最大；蔡文华等(2012)认为立地条件是影响针、阔叶树更新苗密度的主要因素，林型影响火后演替模式；王绪高等(2003)认为中度火烧区的人工促进更新比自然更新恢复更快，重度火烧区的森林自然更新非常缓慢，人工更新可跨越几个演替阶段，更快发展为顶极群落。然而，这些研究多是基于地面调查，没有进行火后植被变化的时间序列研究。因此，本文通过分析不同火烧强度、不同植被类型的火后NDVI变化特征，研究大兴安岭东南部火后植被恢复过程，为在长时间尺度上进行北方林火后植被恢复过程研究与监测提供参考。

研究区为大兴安岭东南部2006年砍都河“5.22”火烧迹地。起火点位于124°49′20″ E，51°14′20″ N，火灾发生在2006-05-22—06-02。火场分布于松岭林业局的砍都河、南阳河、石头山林场和新林林业局的新林、富林林场。过火区域地势平缓，河谷宽阔，草甸较多，区域内南瓮河和砍都河从西北向东南流入嫩江。土壤以暗棕壤为主。该区域的植被属兴安植物区系，以兴安落叶松(Larix gmelinii)为主，平缓地带白桦(Betula platyphylla)林居多，排水良好、坡度较大的山上部分布以蒙古栎(Quercus mongolica)、黑桦(Betula dahurica)为主的阔叶混交林，同时有少量山杨(Populus davidiana)。林内下木以榛子(Corylus heterophylla)、杜鹃(Rhododendron simsii)、越桔(Vaccinium vitis-idaea)居多。河谷、沼泽地带生长着茂密的塔头苔草(Carex tato)、大叶章(Deyeuxia langsdorffii)、蚊子草(Filipendula palmata)和地榆(Sanguisorba officinalis)等草本植物。

卫星遥感数据(2003—2013年)来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云(http://www.gscloud.cn)，包括16 天合成的250 m MOD13Q1数据和DEM数字高程数据。植被数据来源于中国1∶25万土地覆盖遥感调查与监测数据库(国家科学数据共享工程——地球系统科学共享网)。

新林气象站(区站号50349)日定时观测数据(包括空气温度、空气相对湿度、降水、风速等)来源于中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.cma.gov.cn)。

虽然不同植被类型的物候期不同，但均在8月生长最好(夏照华，2007)，因而本研究选择8月中旬数据和2006年火灾前后MOD13Q1数据，利用ENVI软件对2003—2013年每年第225天所有影像进行投影转换，然后提取NDVI。公式如下：

通过假彩色合成(MODIS数据的红、绿和蓝通道分别对应波段CH1、CH2和CH3)在遥感影像上目视识别过火区大概地理位置。因为火烧前后火烧区的NDVI会发生明显变化(Cocke et al.，2005)，因此选择火烧前后最邻近的2张影像数据(2006年5月10日和2006年6月11日)，利用NDVI差值提取过火区。

不同植被类型在火烧后(尤其是重度火烧)的群落演替状况差异很大(胡海清，2005)，因此选用火前3个生长期(2003—2005年)同期的NDVI最大值为对照，计算不同时段的NDVI差值(dNDVI)。公式如下：

利用监督分类方法，结合地面调查结果，对过火区(差值图像)火烧强度进行等级划分。根据火烧强度分级图和土地覆盖类型图，利用ArcMap地理信息系统软件平台，将其进行叠加，建立属性数据库，生成火烧强度等级-植被类型图。

2012年6月在研究区内设置16块30 m×30 m的标准地，包括火烧区5种主要植被类型，即落叶针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、灌丛和草地(其中灌丛和草地只设重度火烧和未火烧区)，分别调查未火烧、轻度火烧、中度火烧和重度火烧情况下的植被状况。调查指标包括郁闭度、平均胸径、平均树高、平均枝下高、死亡率、平均熏黑高度、下木盖度、下木平均高度、草本盖度和草本高度。

根据气象站观测数据，采用加拿大林火天气指数(FWI)系统方法，计算新林气象站2006—2013年各防火期每日的火险指数(Canadian Forest Service，1984)。FWI系统是基于每日12:00 4个气象因子(空气温度、空气相对湿度、过去24 h降雨量和风速)的连续观测记录，输出描述森林火险的多个指标，包括3个可燃物湿度码[细小可燃物湿度码(FFMC)、腐殖质湿度码(DMC)、干旱码(DC)]和3个火行为指标[初始蔓延速度(ISI)、有效可燃物指标(BUI)和火险天气指数(FWI)](Van Wagner，1987)。DMC反映的是半分解、较松散的枯落物下层可燃物含水率的变化，其时滞为12天，能够综合反映温度、相对湿度和降水等因子的中长期影响，并能在一定程度上反映植被生长状况，与NDVI有一定相关性(Leblon et al.，2001)。

火场过火面积为161 192.5 hm²，其中重度、中度和轻度火烧区分别占31％，40％和29％(图 1)。过火区地势为西北高东南低，西北部重度火烧比例较高。根据土壤侵蚀发生变化的转折点(5°，15 °和25 °)(汤国安等，2006)，过火区坡度划分为4级： 平坡(﹤5°)、缓坡(5°～15 °)、斜坡(15 °～25 °)和陡坡(>25 °)，重度火烧在各个坡度级(从平坡至陡坡)上的比例分别为26％，34％，39％和41％； 中度火烧为40％，41％，37％和34％； 轻度火烧为33％，25％，24％和26％。随着坡度增加，重度火烧区域比例增大(图 2)。

	图 1 火烧强度等级分类 Fig. 1 Burned rating classification

	图 2 不同坡度上各火烧强度等级比例 Fig. 2 Percentage for burned rating at different slopes

过火区内植被类型包括常绿针叶林(V1)、落叶针叶林(V2)、落叶阔叶林(V3)、针阔混交林(V4)、灌丛(V5)、草地(V6)和沼泽(V7)，其过火面积分别占5.5％，21.9％，50.1％，7.2％，4.0％，0.5％和10.8％，即落叶针叶林、落叶阔叶林和沼泽是过火面积最大的植被类型。落叶针叶林中轻、中、重度火烧比例分别是21％，40％和39％； 落叶阔叶林为32％，46％和22％； 沼泽为36％，37％和27％。中度火烧落叶阔叶林过火面积最大，其次为轻度火烧落叶阔叶林和中度火烧落叶针叶林(以兴安落叶松为主)，重度火烧草地过火面积最小(图 3)。以重度火烧为主的植被类型有常绿针叶林、针阔混交林和灌丛，分别占各自类型面积的50％，52％和60％。以中度火烧为主的植被类型主要有落叶针叶林、落叶阔叶林、草地和沼泽，分别占各自类型面积的40％，45％，52％和37％。

	图 3 火烧强度等级-植被类型图 Fig. 3 Map of burned rating and vegetation type

火烧当年(2006年)夏季，常绿针叶林、落叶针叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、灌丛、草地和沼泽各重度火烧区的 dNDVI分别为-0.150 5，-0.101 1，-0.108 8，-0.156 5，-0.113 8，-0.050 1和-0.097 7(图 4)。林地火烧后当年NDVI明显低于草地和沼泽。除草地外，其余植被类型重度火烧后NDVI值均明显低于中、轻度火烧，但中度和轻度火烧之间NDVI值相近。

	图 4 不同植被类型与火烧强度的dNDVI变化 Fig. 4 The dNDVI curves for different vegetation types V1：常绿针叶林Evergreen coniferous forest； V2：落叶针叶林Deciduous coniferous forest； V3：落叶阔叶林Deciduous broadleaved forest； V4：针阔混交林Broadleaved and coniferous mixed forest； V5：灌丛Brushwood； V6：草地Grassland； V7：沼泽Marsh； A：过火区平均值Average for the burned area.

草地在中度和重度火烧后的dNDVI相近，但与轻度火烧差异明显，表明中度和重度火烧后的草地恢复速度相近，轻度火烧后的草地在当年就恢复到接近火烧前的水平。研究区中沼泽地分布的主要物种为湿生草本，其可燃物主要由细小可燃物组成，易干燥、易被引燃和易被火消耗，因此草地、沼泽中发生的火灾多为快速蔓延的地表火，对土壤中可萌生幼苗的植被繁殖体基本没有伤害，火后植被可快速萌生和生长(赵凤君等，2013)。2012年样地调查显示，重度火烧草地盖度为95％(表 1)，已基本恢复到火烧前状态。

表 1 2012年过火区主要植被类型恢复状况^① Tab.1 Rehabilitation of the main vegetation types in 2012

表 12012年过火区主要植被类型恢复状况① Tab.1 Rehabilitation of the main vegetation types in 2012 植被类型Vegetation type 火烧等级Burned rating 郁闭度 Canopy closure 平均胸径 MeanDBH/cm 平均树高 Mean of tree height/m 平均枝下高Mean of underbranch height/m 死亡率Mortality(%) 平均熏黑高度Mean ofblackenedheight/m 下木盖度Shrub coverage(%) 下木平均高度 Mean of underwood height/m 草本盖度 Grass coverage(%) 草本高度Grass height/m 落叶针叶林Deciduous coniferous forest H 0.3 9.91 8.20 7.10 72.8 6.9 20 1.6 85 0.42 M 0.8 16.91 13.40 8.51 34.8 7.76 3 0.4 88 0.44 L 0.9 17.41 14.72 8.62 6.3 1.8 10 1.3 90 0.41 N 0.9 17.95 15.60 4.10 0 0 8 0.9 90 0.43 针阔混交林Broadleaved and coniferous mixed forest H 0.3 16.58 15.30 13.60 87.1 12.9 40 1.4 88 0.37 M 0.7 15.60 13.30 9.60 36.2 6.7 10 1.1 90 0.35 L 0.9 14.75 11.20 12.80 5.9 2.3 10 1.2 90 0.37 N 0.9 14.43 10.80 5.90 0 0 8 1.1 90 0.31 落叶阔叶林Deciduous broadleaved forest H 0.1 22.72 21.10 17.20 95.3 16.4 55 2.2 88 0.45 M 0.6 14.86 15.90 9.50 41.3 7.3 30 1.5 80 0.38 L 0.8 15.24 14.80 11.50 7.9 2.1 15 1.4 85 0.42 N 0.8 15.24 14.80 8.50 0 0 15 1.5 85 0.40 灌丛Brushwood H 75 1.8 30 0.35 N 65 1.7 45 0.37 草地Grassland H 95 0.47 N 99 0.45 ①H：重度High; M：中度Moderate;L:轻度Low;N:无火烧No buring.

常绿针叶林、落叶针叶林、落叶阔叶林和针阔混交林的dNDVI最低值均出现在火后第2年(2007年)的重度火烧区，分别为-0.188 2，-0.155 8，-0.160 7和-0.174 6(图 4)。dNDVI最明显的是常绿针叶林的重度火烧区。灌丛的dNDVI最低值为-0.155 3，介于森林和沼泽之间，说明过火区的火后第2年盖度恢复为灌木比森林快，但比沼泽和草地慢。火后第2年草地和沼泽的dNDVI明显高于林地和灌丛，其重度火烧的dNDVI分别为-0.118 9和-0.126 7。所有植被类型的NDVI在2012年达到火后最大值，恢复到了火前水平，其中落叶针叶林、轻度火烧区和草地轻度火烧区的dNDVI差值分别为0.001 2，0.007 5和0.001 9，其余植被类型也接近火前水平。重度火烧区火后NDVI上升趋势最显著的是针阔混交林，说明针阔混交林火后NDVI恢复速度比其他林分快。

从图 4可以看出，除灌丛和草地外，2012年各植被类型的中、轻度火烧区dNDVI之间差异已很小(最大为0.014)，说明林地的中、轻度火烧区在7年后的NDVI已趋于相近；森林在火烧后其草本层盖度明显高于灌木层及更新乔木层，这一现象在重度火烧区最为显著。森林重度火烧7年后灌木层盖度增加显著。

从2012年调查结果(表 1)来看，主要森林类型轻度火烧区的郁闭度已基本和未火烧区相同。重度火烧区灌木层盖度和高度明显高于中度、轻度和未火烧区。重度火烧区森林郁闭度明显降低，林下光照充足，使得灌木层盖度和高度相对较大。主要森林类型中不同火烧强度等级间对比显示，落叶阔叶林火后郁闭度和草本层盖度较其他森林类型低，但灌木层盖度相对较高。火烧强度越高，森林郁闭度越低，火后灌木层盖度和高度较未过火区升高显著。

各植被类型火后dNDVI基本呈上升趋势，但在2007和2010年均出现不同程度降低，重度火烧区最明显，其中重度火烧区的灌丛、草地和沼泽的dNDVI在2010年出现最低值，分别为-0.159 9，-0.143 7和-0.131 7(图 4)。2007和2010年NDVI明显减小可能与降水量偏少有关，且这2年火险指数DMC也较高，灌丛、草地和沼泽这些植被类型对水分亏缺更敏感。

NDVI与植被含水量存在一定相关性，并受很多因子影响，包括温度、降水、空气相对湿度、立地条件、植被类型等。方差分析结果(表 2)表明，火烧强度等级和植被类型对火后植被NDVI都有显著影响(在ɑ=0.01水平上显著)，但二者没有交互作用。

表 2 火烧强度等级和植被类型对NDVI 影响的方差分析 Tab.2 ANOVA for the burned rating and vegetation type on NDVI

表 2火烧强度等级和植被类型对NDVI 影响的方差分析 Tab.2 ANOVA for the burned rating and vegetation type on NDVI 差异源Source of variance 自由度DF 均方MS F P F 临界值F critical value ɑ=0.05 ɑ=0.01 植被类型Vegetation type 6 0.004 4 3.243 1 0.005 1 2.160 8 2.926 9 火烧强度等级Burned rating 2 0.034 4 25.408 1 3.33E-10 3.057 6 4.752 5 交互作用Interaction 12 0.000 5 0.333 0 0.982 0 1.818 6 2.307 9 内部Internal 147 0.001 4 总计Total 167

气象因子等对NDVI的影响通过对比分析未过火区和过火区2006—2013年同期dNDVI的变化过程确定。研究时段内过火区的NDVI总体上升趋势显著，未过火区变化趋势相对不显著(图 5)。未过火区NDVI变化主要受气象因子影响而产生波动，但对植被的影响很小。过火区的NDVI除受气象条件影响外，火后植被恢复对其也有显著影响。未过火区NDVI平均值为0.801 2，波动范围为-3.3%~3.4％，dNDVI平均值为-0.021 63；过火区dNDVI平均值为-0.085 76。可以认为过火区dNDVI的变化约25%是由气象因子引起的，其他75%主要源于植被变化。

	图 5 2006—2013年过火区与未过火区dNDVI对照 Fig. 5 Comparative analysis of the dNDVI for the burned and unburned area from 2006 to 2013

NDVI对空气温度和降水等的响应具有滞后性，且夏季滞后期更长(崔林丽等，2009)。主要植被类型NDVI在2007和2010年出现较低值，与阶段性干旱有一定关系。这2年夏季降水量偏低，6—7月降水量距平分别为41.81和66.81 mm(图 6)。DMC的时段(06-01—08-13)平均值也明显偏高，2007和2010年分别为55.20和55.68(图 7)，阶段最高值分别为78.56和94.71。干旱对NDVI有显著影响，导致NDVI出现较大程度降低。2013年黑龙江汛期平均降雨量较常年偏多3~4成，并出现超50年一遇特大洪水(那济海等，2013)，超强降水和洪涝灾害可能使2013年植被生长受到影响，2013年NDVI较2012年略有降低。

	图 6 2006—2013年6—7月降水量与气温 Fig. 6 The precipitation and average temperature for June-July in 2006-2013

	图 7 2006—2013年06-01—08-13日均DMC Fig. 7 The average DMC for the period from June 1 to August 13 in 2006-2013

在火后NDVI的变化过程中，各森林类型变化趋势相近，灌丛、草地和沼泽的变化趋势相近。火后植被NDVI总体呈显著的上升趋势，并呈明显年际波动。相邻未过火区NDVI整体上波动相对不大，总体上看NDVI呈现略微下降趋势。不同植被类型与火烧强度等级间的NDVI恢复差异明显，草地经中、重度火烧后恢复速度相近，轻度火烧后恢复较快。除草地外其余植被类型在重度火烧后NDVI恢复均明显低于中、轻度火烧。

森林重度火烧区NDVI在火后第2年最低，火后6年NDVI基本恢复到火前水平。魏绍成等(1992)研究发现，火后第2年干草产量出现最低值，火烧促进生境环境旱化。因此，重度火烧区NDVI火后第2年出现最低可能是由于火烧促进生境环境旱化所致。针阔混交林的NDVI恢复速度较其他森林类型快，这与解伏菊等(2005)研究的大兴安岭林区3种森林(针叶林、阔叶林和针阔混交林)中、重度火烧13年后针阔混交林生长最好的结果有相近之处。

火烧强度对森林火后恢复的影响大于灌丛、草地和沼泽，且对森林群落垂直结构影响显著。一方面，森林火烧后的草本NDVI明显高于灌木及更新乔木，这一现象在重度火烧区最显著； 另一方面，高强度火烧后森林灌木层NDVI高于较低强度火烧和未火烧区，火后灌木层NDVI升高明显。在重度火烧后的初期，林分郁闭度低，林下光照充足，灌草层枝叶繁茂，盖度较大，但随着时间推移，林冠层逐渐稠密，林下光照减少，导致灌草层发育较差，盖度变小(孙家宝等，2010)。

植被类型和火烧强度对火烧迹地恢复特征有显著影响，且火烧强度对火后植被恢复的影响更关键，但二者交互影响不显著。考虑到影响火烧迹地植被恢复的因子还包括立地条件和火烧面积等，上述因子及其组合对火后植被恢复的影响有待进一步研究。过火区火后早期恢复阶段NDVI变化受火烧强度等级和植被类型影响的程度大于水热条件等气象因子。

影响NDVI的因素很多(夏照华，2007； 崔林丽等，2009； 神祥金等，2013)。罗玲等(2009)认为东北地区不同植被类型的夏季NDVI与气温关系不明显或呈微弱负相关，与降水呈正相关。可燃物含水率在一定程度上反映植物的蒸散影响，与NDVI也存在一定相关性。Leblon等(2001)发现NDVI与FWI各成分指数存在相关性，且与腐殖质湿度码(DMC)相关更明显。本文研究也证明阶段性干旱对NDVI有显著影响，尤其火后草地NDVI变化与干旱密切有关。另外，火烧区尤其是重度火烧区，可能会出现火后生境旱化现象(魏绍成等，1992)，进而导致植被生长状况较差。

NDVI差值表示火烧前后植被指数变化，能很好地反映过火区火后NDVI的整体趋势，有较好的时序性和空间可获取性，对火烧迹地恢复研究具有重要辅助作用。另外，NDVI差值方法可以作为分析影响火后NDVI变化因子的重要手段。MODIS-NDVI遥感数据为在长时间和大空间尺度上进行火烧迹地植被恢复过程研究与连续监测提供了重要手段；但要注意高覆盖度植被区的NDVI在生长旺盛期易出现饱和现象(李红军等，2007)，即NDVI对高植被区的灵敏度较低，其对植被恢复特征表征准确性的影响有待进一步研究。

火后的灌丛、沼泽和草地自然更新较好。重度火烧区中，虽针阔混交林NDVI恢复最快，但需注意作为目标树种的落叶松幼苗更新少，需人工辅助更新。重度火烧区的森林乔木层自然更新非常缓慢，人工辅助更新会加快森林群落演替进程。