第三章+林火生态

2020/5/201第三章林火生态林火生态(ForestFireEcology)是研究火与森林环境和生物之间相互关系的一门学科。它是现代应用生态学的一个分支，是森林防火、营林用火、生物防火的理论基础。火生态学的内容包括：火对森林环境、野生动物、植物、植物群落、森林生态系统的影响；动物、植物、林分、环境对火的制约作用；用火的理论和技术；等等。第一节火与森林环境第二节火对野生动物的影响第三节火与植物第四节火与植物群落第五节火与森林生态系统的平衡第六节火与生物多样性2020/5/202第一节火与森林环境火对森林环境的影响的程度取决于火强度的大小和火持续的时间。火影响的环境因子有土壤、温度、水分、空气等。一、火对土壤的影响二、火对空气温度的影响三、火对森林水分的影响四、火对空气的影响2020/5/203一、火对土壤的影响几乎每一次火灾都燃烧土壤表面的枯枝落叶，所以林火对土壤的影响很大。火对土壤的影响首先是土壤温度的升高，进而影响土壤的物理性质、化学性质和土壤微生物。火对土壤的影响程度主要取决于土壤类型、土壤的含水率、火强度、火的持续时间等。2020/5/204（一）土壤温度的变化1.火对土壤温度的直接作用：火强度越大，土壤温度越高①轻度火,小于75KW/m,土壤表层的温度在100℃以内，对下层土壤的理化性质几乎没有什么影响。②低度火,75～750KW/m,土壤表面100～200℃，距地表1cm深处小于106℃③中度火,750～3500KW/m,土壤表面300～400℃，距地表1cm深处200～300℃；3cm深处60～80℃；5cm深处40～50℃。④高度火,3500～10000KW/m,土壤表面500～750℃，距地表1cm深处350～450℃；3cm深处150～300℃；5cm深处小于100℃。⑤强度火,大于10000KW/m,土壤表面温度大于750℃。2020/5/2052.火对土壤温度的间接影响：是指火烧以后土壤温度的改变火烧后，留在地表的灰分和木炭可吸收大量太阳辐射，使土壤温度升高。火烧后，没有了植被的覆盖，阳光直射地面引起的土壤温度的升高。2020/5/2063.影响因素：①可燃物类型：不同可燃物类型燃烧时的土壤温度也不同。草本植物群落的地表温度是150～250℃；灌木植物群落的地表温度是700℃以上。②枯枝落叶层的厚度：地表枯枝落叶层越厚，可燃物负荷量大，燃烧放出的热量越大。③枯枝落叶的紧密度：紧密度适中，燃烧速度最快，释放的能量越大。④枯枝落叶的含水率：含水率的大小决定着枯枝落叶的燃烧速度或是否能够燃烧。2020/5/207（二）土壤物理性质的变化1.土壤质地不同的土壤质地有不同的导热率，从而影响土壤的热量传递的数量和速度。沙土和沙壤土比粘土的传热速度快三倍，所以沙土和沙壤土的土壤温度增加较快。2.土壤含水率土壤含水率越大，吸收的热量越多，能迅速向下层传递热量。2020/5/2083.土壤结构与通透性火烧对土壤影响最大的是土壤结构的改变。一般来讲，低强度火不会直接影响土壤结构。高强度火可烧毁土壤有机质，破坏土壤的团粒结构。土壤结构的破坏直接影响土壤的通透性。•抗水层：火烧土壤表面的枯枝落叶层下面生成一些不溶于水的物质。由于火烧使土壤形成较大的温度梯度，在热的蒸馏作用下，使这些物质向土壤下层扩散，结果在不同的土壤深度，这些不溶于水的物质附着在土壤颗粒的表面，当水分下渗时，就形成了一层不透水的“抗水层”。2020/5/2094.土壤侵蚀：①地表迳流；②坡度、植被盖度、降水强度；③火强度：高强度火会增加土壤侵蚀，而低强度火对土壤侵蚀的影响很小，甚至没有影响。2020/5/2010（三）土壤化学性质的变化土壤酸碱度和物质循环是土壤化学的主要特性。直接影响表现为土壤无机物的分解；间接影响表现为把复杂的有机物质转化为简单的无机物质，并重新与土壤发生化学反应。1.土壤pH值①原土壤的pH值，降雨量；②负荷量和火强度。2.土壤有机质火强度3.养分循环氮在火烧后极易挥发（温度、土壤湿度）磷在土壤中速效磷增加（高温下挥发，全磷损失达46%）钾在土壤中的速效钾含量增加钙和镁有增加2020/5/2011（四）火对土壤微生物的影响土壤微生物是土壤肥力的重要指标之一。土壤微生物的数量的多少直接影响森林生产力。火对土壤微生物的影响表现在两个方面：一是直接影响，火作为高温体直接作用于微生物，使其致死；二是间接影响，火烧改变土壤的理化性质，间接对微生物产生影响。火强度、土壤的通透性、土壤含水量、土壤pH值、土壤温度以及土壤中可利用营养等的变化均影响土壤微生物的种类和种群数量。2020/5/2012（五）火在改善土壤环境中的应用1.在冷湿条件下，采用火烧能增加土壤温度，促进土壤微生物的活动，加速土壤有机质的矿化过程。2.对于一些不易分解的枯枝落叶，也可采用定期火烧加速其无机化过程。3.在沼泽及高寒地区，如果定期火烧，可以改变土壤的泥炭环境，提高土壤肥力。4.在冻原地带，如果采用火烧会使永冻层下降，扩大森林的分布区。2020/5/2013二、火对空气温度的影响（一）直接影响火烧时，600℃以上的高温，增加空气温度，但时间很短。（二）间接影响是火烧后改变了地面温度的状况而引起的空气温度的改变①植被覆盖度减少，增加光照②木炭吸收热量，增加地面辐射的强度2020/5/20142020/5/2015三、火对水分的影响火烧对水的影响是间接的。主要表现在火烧后的植被、地被物、土壤以及生态环境的改变而影响水分循环过程、水质及水生生物等方面。（一）火对水分循环的影响⒈截留⒉渗透⒊持水⒋积雪和融雪⒌迳流2020/5/2016（二）火烧对河流的影响火烧对下游水域的影响主要表现：增加河流流量、增加河流的淤积和降低水质（①混浊度；②河水的化学组成）。影响因素：火烧面积的大小、火的强度、土壤类型、河流的大小及其所处的地理位置等对河流都具有较大的影响。（三）火烧对水生生物的影响⒈水温的升高（可增加10℃以上）⒉水质的变化2020/5/2017四、火对空气的影响（一）燃烧所产生的污染物质⒈二氧化碳⒉一氧化碳⒊硫化物⒋臭氧⒌含氮化合物⒍碳水化合物⒎微粒物质（大于0.002微米，小于500微米），能顺风远距离传播。（二）烟雾1.烟雾的产量2.烟雾管理2020/5/2018第二节火与野生动物对于野生动物来说，植被和其他生物构成其生境。自然火和人类用火导致的植被和环境的改变，已经对野生动物的生境产生了重要的影响。2020/5/2019在较干燥的环境（例如草地）中，火较经常发生，但是强度较低。这些火阻止灌木和树木的发展而降低生境的多样性。这样的火即不利于野生动物，也不利于所有的生物种类。小型哺乳动物在火烧中得以生存完全取决于火烧的均匀性、强度、大小和持续时间，还取决于火烧是动物在土壤表面的位置和运动能力。2020/5/2020一、火对野生动物的影响(一)直接影响火对野生动物（wildlife）的直接影响主要表现在烧伤和致死两个方面。(二)间接影响1.火烧改变了野生动物的栖息环境2.火烧后的野生动物食源的改变影响野生动物的种类变化3.火烧能改变野生动物的种间竞争关系4.火烧还能影响野生动物之间的捕食与被捕食关系2020/5/2021二、火烧后各种动物的变化（一）无脊椎动物蚯蚓减少50%；对蚂蚁影响小；蝗虫增加；鞘翅目减少（二）鱼类淤积、流量、养分、温度、灭火剂等（三）爬行动物蜥蜴、蛇（四）鸟类间接影响鸟类（五）哺乳动物啮齿类动物（鼠）下降；草食动物（鹿）2020/5/2022三、野生动物对火的反应高强度大面积火灾能使大部分动物致死，即使大象等大型动物也不例外；低强度火，可以使大多数动物生存下来。在森林火灾面前，动物的反应是多种多样的。对野生动物的影响取决于火的种类、火强度、植被状况以及动物本身的特性。2020/5/2023（一）逃避行为有些动物对火的反应很灵敏，火来时或火到来之前就采取逃跑等方式进行躲避。（二）待死行为天鹅、驯鹿（三）吸引行为1.火焰吸引（蜻蜓）2.烟雾吸引（烟蝇）3.热吸引（活甲虫、活球蚜）4.食物吸引（鸟类、食肉动物、）2020/5/2024四、野生动物对火行为的影响野生动物的行为活动对林火的发生及火行为具有一定的影响。（一）昆虫的活动与林火的发生害虫时很多或大片的林木死亡，留下大量的枯立木和病腐木，使森林的燃烧性增加例如，在美国的80-150年的松林中，小蠹虫的大发生时林木大量死亡，从而导致森林火灾的发生。2020/5/2025（二）食草动物与森林燃烧性森林中某些食草动物（鹿、麋、驼鹿等）及一些啮齿类动物（河狸），大量啃食草本植物，降低森林的燃烧性。（三）啮齿类动物与雷击火发生啮齿类动物在树木顶端取食果实，常使树木顶端形成干枯的枝条，容易引起雷击火的发生2020/5/2026五、火与野生动物保护（一）不利因素东北虎紫貂大熊猫（二）有利因素麋驼鹿松鸡2020/5/2027第三节火与植物一、火对植物的影响二、植物对火的适应2020/5/2028一、火对植物的影响（一）直接影响1.伤害作用：①火烧使草本、灌木植物致死；②火烧掉树木的叶和枝条；③火烧伤树木，烧死树木2.促进作用：①火烧加速植物宿存种子的释放；②火烧促进植物种子萌发；③火烧促进迟开球果开裂2020/5/2029（二）间接影响主要指火烧迹地上植物的变化。⒈阳性植物增加，阴性植物减少⒉固N植物增加，含N植物减少⒊浆果类植物增加2020/5/2030二、植物对火的适应（一）植物的种子对温度有较强的忍耐力大多数植物的种子能耐115-127℃（5min）的高温，并且在这种处理后萌发能力增强。（二）植物叶子⒈叶子的理化性质与抗火性①挥发性油类，如松类；②灰分、水分，如木荷、落叶松、水曲柳等⒉丛生叶子对顶芽的保护（叶子的着生位置）⒊火烧后叶子的叶绿素含量增加（自我调节）2020/5/2031二、植物对火的适应（三）树皮（抗火性）⒈厚度⒉结构（四）根的无性繁殖植物根的萌发能力越强，种群对火的适应能力越强。有些树种火烧后能从根部的不定芽产生萌条（根蘖）。地下茎、树干的基部等。（五）促进植物和树木开花结实1.光照（火烧疏伐）2.C/N增加3.火烧增温2020/5/20322020/5/20332020/5/2034（六）耐火树种和抗火树种1.耐火树种耐火树种是指树木遭火烧后仍具有生存能力的树种。一般耐火树种具有较强的萌芽更新的能力。如樟树、檫树、油茶、桉树、白桦等。2.抗火树种抗火树种是指对林火燃烧和蔓延有较强抵抗能力的树种，又称防火树种。是营造防火林带的组成树种。这种树木具有较厚的树皮、枝叶的油脂含量少、含水量大，因而抗火能力强。如•东北林区的水曲柳、黄菠萝等；•中南部地区的木荷、火力楠、木棉树等。2020/5/2035第四节火与植物群落火与植物群落的相互关系有两个方面：一是火对植物群落的影响（直接和间接）二是植物群落对火的反作用（抗性）2020/5/2036一、群落的种类组成（一）抗火种抗火树种、灌木（二）耐火种具有萌芽能力的树种、灌木，多年生草本（三）怕火种类针叶树木、灌木2020/5/2037二、群落的结构(一)层次结构一个完整的森林群落主要有乔木层、灌木层、草本层和苔藓层四个层次。乔木层分单层结构（单层林）和复层结构（复层林）。1.火烧直接改变层次结构：•烧除草、灌层；使不同种类构成的复层林变成单层林。2.火烧间接改变层次结构：•高强度火烧森林，更新后形成阳性的单层林。2020/5/2038(二)水平结构1.火烧影响：高强度火烧后形成均一结构；低强度火烧，不均匀，形成多样结构。2.适应与抗性：高郁闭度可抑制火的燃烧；群落镶嵌和内部镶嵌可阻止火的蔓延或降低火的蔓延速度。2020/5/2039(三)年龄结构1.同龄林：