山東省森林可燃物樣地調查與樣品采集方法探析

秦乃花 吳可 李萍 呂常笑 張芬 趙迎子 高莉 趙燕

摘 要 通過森林可燃物載量指標調查，建立林分因子與灌、草、枯、腐等不同層可燃物載量關系模型。結合遙感等數據，利用森林資源一張圖中小班的林分因子數據，通過模型推算小班中不同層可燃物載量，形成山東省各地森林可燃物載量空間分布數據，為森林火災危險性評估奠定基礎。文章從喬木林、灌木林和大樣地可燃物載量調查及樣品采集入手，系統介紹山東省森林可燃物樣地調查與樣品采集方法。

關鍵詞 森林可燃物;樣地;樣品;載量;采集方法

中圖分類號：S762.1 ? ? ? 文獻標識碼：A ? doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2021.06.023

森林可燃物是火災發生蔓延的物質基礎。可燃物載量是指林地單位面積上所有可以燃燒的有機物質的絕對干質量，它包括了森林中所有的有機物[1]，是衡量森林可燃物的一項重要指標。可燃物載量多少受地形、林分、氣象因子影響顯著。根據森林資源一張圖數據，通過布設典型樣地，利用樣地調查各項因子及采集樣品等，建立喬木層載量、林分因子與灌木、草本、枯落物、腐殖質等林下可燃物各層的載量關系模型，形成山東省的可燃物載量空間分布數據[2]，全面掌握山東省各市（縣、區）與森林火災有重大影響的信息，為后續森林火災危險性、隱患和風險評估區劃等提供基礎數據。

1 喬木林標準地調查

1.1 喬木層可燃物載量調查

喬木層調查的目的，是通過調查各樹種胸徑、樹高等與森林可燃物載量計算相關的喬木層調查因子，根據所獲得的調查數據，選擇適合該區域的可燃物載量計算參數與模型（方程），計算出喬木層可燃物載量，并為建立灌木、草本、枯落物可燃物載量與喬木層可燃物載量或蓄積量的關系參數與模型提供基礎數據。

（1）標準地周界測設。采用閉合導線法，以西南角點為起點，按角度為0°、90°、180°、270°順時針方向測設樣地四條邊，邊長為25.82 m。當坡度≥5°時，樣地邊長應作坡度改算，計算方法：

X=Y /cos Z

式中：X為換算后的新邊長，Y為樣地原邊長，Z 為坡度值

也可參考一類調查改算斜距表[3]。一類清查樣地復位時可參考樣地內的樣木進行各角點的復位。樣地周界測線上的壓界木，東、南兩邊作界內樣木，西、北兩邊作界外木。

（2）標準地總體描述。對標準地進行總體描述，調查填寫與可燃物相關的各項因子，包括地貌、地形、干擾情況、經營管理、植被類型、可燃物載量、土壤等因子情況。

（3）樹木因子調查。對活立木和枯立木進行每木檢尺。檢尺前先進行樹木編號，自離西南角點最近的樹木開始，自西向東、自南向北的順序進行。在胸徑處（1.3 m）做標記并進行每木檢尺，記錄生長狀況。生長狀況分旺盛、一般、較差、瀕死，已死亡的標注是否為死樹或枯立木。如果是枯立木還應在生長狀況欄里記錄枯立木的分解狀態等級“枯1（大、中、小枝完整，與活立木相比，只是枯死）、枯2（無小枝，但有中、大枝）、枯3（只有大枝）、枯4（完全沒有枝，只剩主干）”。選擇3～5株處于平均胸徑的林木測量樹高和枝下高，并計算其平均值作為樣地平均樹高和平均枝下高。

對枯倒木采用1 m 區分段，測定每一區分段中部的直徑，測量整米區分后剩下的測其底端直徑和剩余長度。計算和測定枯倒木密度和材積。一個樹種（組）的枯倒木不同密度級各收集至少2 份枯倒木段，選擇取樣枯倒木具有代表性的木段（5～10 cm）長。將枯倒木段清理干凈后裝入袋內，袋內外附上標簽，標簽上標明相關內容，帶回實驗室烘干測定干質量。同一樹種不同密度級全省取樣不少于10 份（20 段），全省每樹種（組）最多取60 段。

1.2 灌木層可燃物載量調查

1.2.1 樣方設置（2 m×2 m）

（1）一類清查樣地。選擇基于全國森林資源清查一類樣地開展調查。在樣地四個頂點向外正東、南、西、北方向2 m區，每個角選擇向一個方向移動（樣方正常設置如圖1）。如東北角選擇向東移動2 m，如果向東選擇不到合適樣方（樣方正常設置），則選擇向北移動2 m（樣方可變設置如圖2），需要保證所設置的樣方在樣地各邊2 m以外區域。其他幾個頂點的樣方設置與此相同。選擇確定4 個灌木層可燃物調查樣方。在樣地正北方中間，距離邊界2 m處，設置一個灌木層可燃物調查樣方。

（2）新設樣地。對新設標準地，選擇距標準地每個角頂點兩邊3 m 處設置4個灌木層可燃物調查樣方，在標準地中間位置設置一個灌木層可燃物調查樣方（樣方設置如圖2）。如所設樣方為溝渠、道路、裸巖等特殊地類時，可適當移動位置設置，并備注說明情況。

灌木層和草枯腐樣方設置與采集順序為西南-西北-東北-東南，正北方（中間）為最后。分別編號1、2、3、4、5（詳見圖1、圖2喬木林標準地樣方設置）。

1.2.2 樣方調查與樣品采集

（1）基本情況調查。調查灌木層優勢種名（包括直徑<5.0 cm的幼樹）、蓋度（冠幅）、株數（高不足30 cm不計入）、平均高等。其中，冠幅是測定灌木東西、南北兩方向長度的平均值;冠幅、平均高均保留一位小數。

（2）灌木層標準木取樣。選擇樣方中3株平均大小（根徑、高度處于平均水平）標準灌木，收獲并分別測定3株地上干、枝、葉鮮質量，逐株分別記錄選取的3株標準灌木種名、地徑、冠幅、高度和鮮質量等因子。如果灌木為叢生狀，則在樣方內選取1～2叢冠幅平均的灌叢，完全收獲灌叢地上部分并測定其干、枝、葉鮮質量。如果樣方有優勢灌木樹種，則取優勢灌木樹種，如果有2個或以上分布均勻的灌木樹種，則需要分灌木樹種分別取樣。稱量精度保留到稱量儀器的最小刻度（1 g）。將所取灌木分干、枝、葉分別放入不同的臨時樣品袋中，寫明樣地號、灌木名稱、質量。

（3）實驗室測定樣品取樣。對5個樣方選取的標準灌木分別按每個樣方干、枝、葉相同質量比10%～20%（通過稱取質量確保干、枝、葉的取樣占各樣方的干、枝、葉總質量的比相同）取樣后現場混合作為樣品不少于500 g。如果混合后樣品不足500 g，則全部作為樣品。裝入樣品袋中，貼上標簽，寫明相關內容，帶回實驗室測定樣地灌木的含水率（干鮮比）。

1.3 草本、枯落物和腐殖質可燃物載量調查

1.3.1 樣方設置（1 m×1 m）

在灌木層樣方的內部，據灌木層樣方所處標準地方位，設置草本層、枯落物層和腐殖質（以下簡稱草枯腐）樣方。如灌木層樣方在東南角，則在灌木層樣方的東南角設置草枯腐樣方。其他幾個角點的草枯腐樣方一樣，如在正北中間位置和在標準地中間位置設置的灌木層樣方，草枯腐樣方也在灌木層樣方的中間設置。

1.3.2 樣方調查與樣品采集

（1）草本調查與樣品采集。收割每個樣方所有活草本植物地上部分，秤其鮮質量，稱量精確到1 g。現場充分混合5個樣方草本植物，取混合后新鮮草本植物1份不少于300 g，裝入樣品袋中，貼上標簽，寫明相關內容，帶回實驗室測定草本植物的含水率（干鮮比）。

（2）枯落物調查與樣品采集。用筢子收集樣方內全部枯落物，包括各種枯枝、葉、果、枯草、半分解部分等枯死混合物，剔除其中石礫、土塊等非有機物質。將枯落物分為枯落物1（直徑小于0.6 cm的小枝、葉和雜草）、枯落物2（直徑大于或等于0.6 cm，但小于2.5 cm的小枝）、枯落物3（直徑大于或等于2.5 cm，但小于7.62 cm的枝條）三類。分別稱量其鮮質量。將5個樣方按照枯落物類型（1、2、3）現場分別混合，取樣品各1份不少于200 g，裝入樣品袋中，貼上標簽，寫明相關內容，帶回實驗室測定其含水率（干鮮比）、平衡含水率、燃點和熱值等[4]。

（3）腐殖質調查與樣品采集。調查腐殖質層厚度和取樣，每個樣方分別對所有腐殖質進行收獲，測定鮮質量。5個樣方腐殖質現場分別混合取樣品各1份不少于200 g，裝入樣品袋中，貼上標簽，寫明相關內容，帶回實驗室測定其干鮮比（含水率）、平衡含水率、燃點和熱值等。

2 灌木林標準地調查

2.1 灌木林標準樣方設置（5 m×5 m）

每個灌木林標準地對應3個5 m×5 m灌木林樣方，均為方形樣地。以確定的樣方西南角點為起點，按照0°、90°、180°、270°測設樣地四條邊，邊長為5 m。當坡度≥5°時，樣地邊長應作坡度改算，計算方法與喬木標準坡度改算相同。樣方編號按自下而上，自西向東的順序分別編號為1、2、3（圖3）。

2.2 草本、枯落物和腐殖質樣方設置（1 m×1 m）

以灌木林標準地西南角點為起點設置1 m×1 m草枯腐樣方，共3個草枯腐樣方，詳見圖3灌木林樣方設置。

2.3 樣方調查與樣品采集

與喬木林標準灌木層、草本層、枯落物和腐殖質樣方調查與取樣方法相同，唯一區別在于灌木林是3個樣方混合取樣，采樣數量見表1。

3 大樣地調查

3.1 調查的方法

以被選的森林可燃物標準地西南角作為森林可燃物大樣地西南角，正南正北方向設置500 m×500 m正方形樣地。根據地形地貌、立地條件和林分狀況在大樣地內進行林分型圖斑的劃分。標準地所在的林分型內不再布設角規點及相關的灌木樣方和草枯腐樣方;對其他喬木林設置角規點進行喬木林可燃物載量調查;對灌木林、未成林、跡地和無立木林地參考角規點確定數量標準在林分型圖斑內均勻布設灌木和草枯腐樣方（灌木樣方2 m×2 m，草枯腐樣方1 m ×1 m）;對非林地不做調查。

3.2 角規點數量確定

在劃分好的林分型圖斑分布圖上通過機械抽樣進行布設，所選角規點要有代表性。兩角規點的間距不小于100 m;角規點距林分型圖斑邊界的距離要大于50 m。如不能滿足以上條件，可盡量在中間位置布設，確保角規測樹木時不要誤測林分型圖斑或大樣地圖斑外的樹木（表2）。

3.3 喬木林可燃物載量調查

在設置好的角規點進行大樣地喬木可燃物載量調查，利用角規繞測法調查林分型平均胸徑、平均樹高、公頃胸高斷面積和公頃蓄積。

角規繞測方法：選用1.0的角規系數（角規全部伸展開），在角規點，將角規無缺口的一端緊貼眼眶，通過其前端的缺口逐株觀測周圍的胸徑5.0 cm以上的林木胸高部位（1.3 m處）。這樣繞著測點旋轉一周，對所有樹木的胸高部位逐一觀測[5，6]。相割（角規缺口在林木胸高斷面內），計數為1;相切（角規缺口與林木胸高斷面相鄰），計數為0.5;相離（林木胸高斷面位于角規缺口內，且不接觸），計數為0。當被測林木被遮擋時，可適當移動觀測點位，但移動后的位置到被觀測林木的距離，要與移動前觀測點位置到被觀測林木之間的距離相等。測觀完后，要立即返回原觀測點位置。

3.4 灌木層、草本、枯落物和腐殖質可燃物載量調查

3.4.1 樣方設置

以角規點向正北方3 m處為起點（西南角點），布設2 m×2 m灌木樣方;以灌木層樣方西南角點為起點設置1 m×1 m草枯腐樣方。

3.4.2 樣方調查與樣品采集

與喬木林標準地灌木層、草本、枯落物和腐殖質樣方調查與取樣方法相同，唯一區別在于大樣地是每個林分型內的所有樣方混合取樣（表3）。

4 小結

目前森林防火注重撲滅火基礎建設，對林火預測預報的普查性研究鮮有報道。受氣候變暖影響，以及有些林內大量可燃物逐年累積，已使一些區域具有了發生大規模森林火災的物質條件。本次森林可燃物載量調查，通過對喬木層進行每木調查，換算為喬木層可燃物載量。通過樣方調查林下灌木、草本、枯落物、腐殖質等各層可燃物情況，結合樣品實驗室測量結果，推算樣地單位面積灌木、草本、枯落物、腐殖質等不同層可燃物載量（干質量）。根據樣地的載量，建立全省森林可燃物載量空間分布數據，為評估不同森林的火災危險性提供了數據支持，為森林防火工作向災前防范、減輕災害風險提供有力數據支撐。

參考文獻：

[1] 賀薇，白晉華，郭晉平，等.加拿大森林火行為預測系統應用及展望[J].世界林業研究，2014，27（3）：82-86

[2] 胡海清，羅斯生，羅碧珍，等.森林可燃物含水率及其預測模型研究進展[J].世界林業研究，2017，30（3）：64-69

[3] 國家林業局.國家森林資源連續清查技術規定[EB/OL].（2021-05-21）[2021-06-10].http：//wenku.baidu.com/view/e065bce8487302768e9951e79b89680202d86b26.html

[4] 高永剛，張廣英，顧紅，等. 森林可燃物含水率氣象預測模型在森林火險預報中的應用[J].中國農學通報，2008，24（9）：171-175

[5] 姜志強，胡立霞.對角規測樹的研究[J].林業勘查設計，2004（1）：49

[6] 吳廣民.角規測樹在森林經理調查中的應用[J].林業勘查設計，2020，49（4）：20-21， 28