地下火對(duì)森林的危害及防治策略研究

韓麗瓊 郭亞嬌 景敏 晏名耀 殷繼艷

摘要：森林火災(zāi)不僅破壞生態(tài)平衡、危害林業(yè)發(fā)展，還嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。雖然地下火發(fā)生的概率小，但是造成的危害卻是極其嚴(yán)重的。文章主要從地下火的概念、分布和特點(diǎn)入手，分析了地下火造成的危害，最后從“防”和“治”兩個(gè)方面介紹了我國(guó)地下火現(xiàn)有的預(yù)警監(jiān)測(cè)和撲救方法，希望能為地下火的相關(guān)研究和撲救提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：森林地下火;危害;防治

中圖分類號(hào)：S762? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2022）04-0130-03

森林火災(zāi)是威脅我國(guó)林業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的最主要因素，給林業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的損失，對(duì)我國(guó)森林資源的保護(hù)和發(fā)展影響巨大。地下火的發(fā)生概率約占森林火災(zāi)總數(shù)的1%，但是造成的危害卻十分嚴(yán)重。目前地下火的預(yù)防和撲救還處在一個(gè)比較初級(jí)的階段，一般地下火發(fā)生后，難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因而火情在初期無(wú)法得到有效控制;一旦火情被發(fā)現(xiàn)，火勢(shì)常常已經(jīng)大范圍蔓延，造成巨大的損失。因此，在初期對(duì)地下火進(jìn)行有效的預(yù)防，從源頭上降低地下火的發(fā)生概率，是目前防火工作最重要的方向之一。

1? 地下火的概念、分布及特點(diǎn)

1.1? 地下火的概念

森林火災(zāi)依據(jù)其垂直空間的不同，可大致劃分為樹(shù)冠火、地表火和地下火。地下火是一種陰燃的過(guò)程，多發(fā)生在地表以下的腐殖質(zhì)層或泥炭層。其中，在腐殖質(zhì)層和泥炭層中燃燒的分別稱為腐殖質(zhì)地下火和泥炭地下火[1]。森林地下可燃物的燃燒會(huì)導(dǎo)致地下火，甚至?xí)恢睙降V物質(zhì)層的頂部，地下火通常白天看不見(jiàn)火焰，有時(shí)伴有煙，在夜晚可以看到從地面的裂縫處冒出的火舌。

1.2? 地下火的分布

森林火災(zāi)的分布與氣象條件、燃燒植被類型以及經(jīng)緯度等因素密切相關(guān)[2]。森林地下火常常發(fā)生在人跡罕至的森林中，這些地區(qū)具有長(zhǎng)期干旱、無(wú)雨或少雨、日照時(shí)間長(zhǎng)、溫度高、濕度低等特性。

地下火還具有空間和時(shí)間的分布特征。從空間上看，只有富含腐殖質(zhì)層和泥炭層的林區(qū)且極其干旱的條件才會(huì)引發(fā)地下火[3]。在國(guó)內(nèi)，從我國(guó)西北的新疆阿勒泰林區(qū)到東北的大、小興安嶺都受到高頻率森林地下火的嚴(yán)重威脅。此外，地下火在我國(guó)的西南林區(qū)，諸如大理、麗江、保山等地也時(shí)有發(fā)生。從時(shí)間上看，夏、秋兩季連旱和極度干旱的暮秋時(shí)節(jié)是地下火的高發(fā)時(shí)段[4]。

1.3? 地下火的特點(diǎn)

1.3.1? 火行為隱蔽

森林地下火發(fā)生在地下的腐殖質(zhì)層中，與外部空間的氣體交換只能通過(guò)地面上的縫隙進(jìn)行。在夜晚，幾乎觀察不到地下火的明火，只有在腐殖質(zhì)層很薄或地面上有縫隙的區(qū)域可以看見(jiàn)零星的煙氣;在白天由于氣溫回升，濕度較小，特別是在上午10時(shí)至下午4時(shí)之間可以看見(jiàn)明火和煙氣。

1.3.2? 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

森林地下火是一種低溫、緩慢、持久、無(wú)焰的陰燃現(xiàn)象，無(wú)論是降雨還是滅火措施對(duì)其影響甚微，一旦出現(xiàn)陰燃[5]，一般會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。例如綏化地區(qū)海倫縣沿溪河火場(chǎng)從1996年秋一直燒到1997年3月，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月之久。

1.3.3? 火種可塑性大

在長(zhǎng)期干旱少雨的情況下，地表火遇見(jiàn)干旱的樹(shù)根、樹(shù)枝倒木后向腐殖質(zhì)層或泥炭層內(nèi)擴(kuò)散燃燒，從而引發(fā)地下火;地下火遇見(jiàn)腐殖質(zhì)層很薄的地段或者地面縫隙的時(shí)候，又有可能燃燒到地面而轉(zhuǎn)化成地表火，當(dāng)?shù)叵禄鹩龅疆慅g復(fù)層林的時(shí)候又可能演變成樹(shù)冠火。地下火一般不會(huì)單獨(dú)存在，基本都是三種火行為同時(shí)存在，因此地下火的火種可塑性比較大。

1.3.4? 燃燒火線斷續(xù)

地下可燃物的含水量影響地下火的蔓延方向。若腐殖質(zhì)層的含水率較低，地下火的蔓延燃燒就會(huì)加速;若腐殖質(zhì)層中的含水率較高，地下火就很難燃燒起來(lái)，且蔓延速度很慢[6]，因此常常會(huì)導(dǎo)致地下火的燃燒火線呈現(xiàn)出一種不規(guī)則不連續(xù)的軌跡。

1.3.5? 破壞性大

森林地下火具有蔓延速度慢、燃燒強(qiáng)度高、燃燒時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，極易破壞樹(shù)木的根系，所造成的損失極大[7]。一般來(lái)說(shuō)，樹(shù)木的根系周?chē)e累了很厚的枯枝落葉層，極易被地下火的高溫引燃，進(jìn)而灼傷樹(shù)木根系，引起樹(shù)木成片死亡，在大風(fēng)的作用下形成倒木。

1.3.6? 撲救難度大

地下火不僅能夠在含氧量極低的環(huán)境下蔓延，而且很難人為將其控制住。一方面是缺乏有效的手段，地下火的燃燒范圍很難判定，幾乎無(wú)法提前做好攔截;另一方面是地下火蔓延方向很難判斷，而且地下火極易引發(fā)新的火點(diǎn)從而形成多個(gè)火場(chǎng)，加大了撲救難度。

2? 地下火的危害

2.1? 地下火對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害

地下火一旦形成，很容易演化成地表火或樹(shù)冠火，不僅威脅林內(nèi)動(dòng)植物生存、破壞林下經(jīng)濟(jì)價(jià)值和藥用價(jià)值較高的動(dòng)植物，還會(huì)燒死珍稀動(dòng)物并破壞它們的棲息地。同時(shí)地下火會(huì)使森林釋放大量蓄積在土壤中的能量，不僅嚴(yán)重破壞森林生態(tài)系統(tǒng)，還會(huì)使各種生態(tài)及生物因子在整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的分布變得混亂。

2.2? 地下火對(duì)大氣的危害

在火燒蔓延的過(guò)程中，長(zhǎng)期積累的碳、氮元素會(huì)釋放出來(lái)。受全球氣溫升高和人類活動(dòng)的影響，濕地下泥炭層的水位不斷下降，極大提高了地下火陰燃的頻率和深度，因此又會(huì)釋放出大量的碳元素氣體，從而作用于氣候變暖。更值得人類警惕的是陰燃釋放出來(lái)的是包含了PM2.5等有害物質(zhì)的毒氣，污染大氣環(huán)境，進(jìn)而威脅人類生命健康。

2.3? 地下火對(duì)動(dòng)植物的危害

森林地下火在腐殖質(zhì)層的高溫燃燒會(huì)破壞樹(shù)木根系，嚴(yán)重危害我國(guó)森林資源。另外，在腐殖質(zhì)層中燃燒的地下火會(huì)產(chǎn)生大量污染環(huán)境的煙霧，煙中的二氧化碳與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量碳酸氣，對(duì)魚(yú)類的生長(zhǎng)不利。煙還會(huì)改變光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、光的成分，進(jìn)而影響作物的光合作用，推遲作物成熟期，影響農(nóng)作物產(chǎn)量。

2.4? 地下火對(duì)土壤的危害

2.4.1? 破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)

地下火會(huì)燒毀土壤中的有機(jī)質(zhì)，破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，大大降低了土壤對(duì)水分的保留力度，使土壤結(jié)構(gòu)變得緊密，減弱了土壤與外界的交換能力。同時(shí)，火災(zāi)過(guò)后森林中的空地變多，其接受光線照射的能力變強(qiáng)，森林表面有大量的草木灰，這會(huì)使土壤的溫度升高，從而加速土壤水分蒸發(fā)，不利于土壤的自然更替。

2.4.2? 造成土壤微生物大量死亡

微生物群落是影響土地肥力的重要因素。地下火的高溫燃燒會(huì)影響土壤的理化性質(zhì)，造成大量土壤微生物死亡。一方面，地下火燃燒所產(chǎn)生的高溫會(huì)直接殺死許多微生物;另一方面，地下火的高溫燃燒會(huì)改變土壤的理化性質(zhì)，土壤微生物由于適應(yīng)不了新環(huán)境而死亡。

2.4.3? 使土壤理化性質(zhì)變差

地下火使土壤直接裸露在空氣中，當(dāng)雨季來(lái)臨時(shí)，土壤被雨水不停地沖刷，其中的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)就會(huì)解體，這使土壤滲透壓異常從而造成通透性降低，最終造成土壤板結(jié)。此外，火后土壤中的N、P、K、Ca等微量元素也會(huì)有不同程度的變化[8]。

2.4.4? 地下火對(duì)人類的危害

地下火雖然燃燒速度緩慢，但能轉(zhuǎn)變成地表火，因此危害性極大，不僅燒毀森林內(nèi)的各種建筑物和生產(chǎn)生活資料，甚至還威脅臨近森林的村莊和人類生活聚居點(diǎn)，且撲救森林火災(zāi)又需要?jiǎng)佑蔑w機(jī)、汽車(chē)和專業(yè)消防隊(duì)員，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。

3? 地下火的防治

3.1? 地下火的監(jiān)測(cè)

通過(guò)對(duì)土壤溫度和大氣成分的監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地下火的監(jiān)測(cè)，從而及時(shí)準(zhǔn)確的將地下火情況傳輸出來(lái)。監(jiān)測(cè)方法主要為：對(duì)森林的種類分布、氣象、水文等條件進(jìn)行全面的調(diào)查，收集近些年來(lái)有關(guān)地下火的資料，對(duì)地下火發(fā)生頻率較高的時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行歸納;從調(diào)查中歸納總結(jié)原因來(lái)對(duì)地下火進(jìn)行早期預(yù)警，進(jìn)而初步判斷出地下火發(fā)生的頻率，然后組織人員對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)盯防，從而構(gòu)建了“空中—地面—地下”的多重監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.1.1? 空中監(jiān)測(cè)

利用高敏感度衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測(cè)是目前空中監(jiān)測(cè)的主要手段之一。目前國(guó)家林業(yè)局的火警監(jiān)測(cè)中心主要通過(guò)美國(guó)的NOAA系列衛(wèi)星以及中國(guó)的FY3D—FY4A氣象衛(wèi)星對(duì)森林火災(zāi)的多發(fā)地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將熱點(diǎn)傳輸回來(lái)[9]。例如風(fēng)云三號(hào)極軌氣象衛(wèi)星在2018年內(nèi)蒙古額爾古納森林火災(zāi)中就發(fā)揮了巨大作用。同樣起到作用的還有資源衛(wèi)星，它能利用多光譜遙感設(shè)備“看透”地層，對(duì)地下的資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而為地下火的撲救提供信息支撐。

利用無(wú)人機(jī)巡航監(jiān)測(cè)。可以利用無(wú)人飛行器搭載北斗、熱成像儀器和氣體分析儀來(lái)對(duì)地下火進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。更重要的是無(wú)人機(jī)還配備紅熱探測(cè)設(shè)備，能夠在距離地面1000m的高度對(duì)地面火場(chǎng)實(shí)施觀測(cè)，并將采集到的信息實(shí)時(shí)反饋回地面。無(wú)人機(jī)還可以將著火區(qū)域火勢(shì)蔓延情況以及地理坐標(biāo)傳輸給消防部門(mén)，這不僅有利于森林消防隊(duì)伍快速進(jìn)行相關(guān)部署，還可以通知人員快速撤離危險(xiǎn)區(qū)域。

3.1.2? 地面監(jiān)測(cè)

使用便攜式紅外測(cè)溫設(shè)備監(jiān)測(cè)。隱蔽性是地下火的特性之一，僅僅依靠無(wú)人飛行器、紅外測(cè)溫、衛(wèi)星等方法很難對(duì)地下火的燃燒情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)地下火火場(chǎng)的邊界也探測(cè)得不準(zhǔn)確。地下火的燃燒區(qū)域和范圍一般是通過(guò)便攜式紅外測(cè)溫設(shè)備來(lái)探測(cè)的。該儀器是由顯示器、金屬探頭、手柄等部件組成，具有重量輕、體積小、便攜、電池耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)。

利用氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)。僅僅依靠溫度來(lái)監(jiān)測(cè)地下火情會(huì)由于樹(shù)木的遮擋而出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定和信息不通暢等問(wèn)題。由于陰燃會(huì)產(chǎn)生成分復(fù)雜的氣體，因此可以通過(guò)對(duì)燃燒氣體成分的監(jiān)測(cè)，判斷是否有陰燃現(xiàn)象。通過(guò)在線或人工操作的氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備，分析地下火中的氣體如氨氣、二氧化氮、一氧化碳和氣體有機(jī)物等的含量，當(dāng)監(jiān)測(cè)氣體的含量逼近火險(xiǎn)閾值時(shí)，就需要做好撲救地下火的充分準(zhǔn)備。對(duì)已經(jīng)存在地下火的燃燒區(qū)域，可以利用氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)對(duì)地下火的蔓延情況和火場(chǎng)界限進(jìn)行初步判斷，為地下火的后續(xù)撲救以及火后管理工作提供信息支撐。

3.1.3? 地下監(jiān)測(cè)

準(zhǔn)確判斷地下火的發(fā)生位置和界限是撲救地下火的關(guān)鍵所在。FHD型森林地下火探測(cè)儀就是專門(mén)為探測(cè)地下火而新研制出來(lái)的一款光機(jī)電一體化便攜式探測(cè)設(shè)備，該設(shè)備采用紅外探測(cè)技術(shù)原理，具備紅外與可見(jiàn)兩種模式，有利于對(duì)目標(biāo)進(jìn)行辨識(shí)。它具備便攜性、連續(xù)工作性以及使用可靠性等技術(shù)性能，非常適合森林消防隊(duì)員在清理火場(chǎng)的過(guò)程中搜尋那些不易發(fā)現(xiàn)的地下火源，為指揮員在火場(chǎng)的決策判斷提供科學(xué)有效的依據(jù)，在保障消防隊(duì)員生命安全的同時(shí)高效地完成任務(wù)。另外，許多發(fā)達(dá)國(guó)家還將配備有GPS功能的熱輻射傳感器植入生活在森林地下的生物體內(nèi)，依靠小動(dòng)物對(duì)熱的敏感性來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地下火的發(fā)生位置。

3.2? 地下火的撲救

在水源充足的情況下，以水滅火固然是最高效的直接撲救手段，但在水源匱乏或取水難度大的地區(qū)，隔斷法是目前為數(shù)不多的行之有效的間接撲救方法之一。隔斷法就是通過(guò)人工或者大型機(jī)械等手段破壞地下可燃物的連續(xù)性來(lái)切斷地下火的蔓延趨勢(shì)，這是一種控制地下火比較有效的方法。下面介紹幾種常見(jiàn)的地下火撲救手段。

3.2.1? 森林消防車(chē)滅火

在火場(chǎng)地形的平均坡度小于35°、取水作業(yè)半徑小于5km的火場(chǎng)時(shí)，可以使用森林消防車(chē)對(duì)地下火進(jìn)行撲救。在撲救行動(dòng)展開(kāi)后，森林消防車(chē)可以沿火線外側(cè)向地底腐殖質(zhì)層當(dāng)中注水，作業(yè)時(shí)水槍手應(yīng)跟進(jìn)在森林消防車(chē)后方，徒步以“Z”字形向腐殖質(zhì)下垂直注水。森林消防車(chē)的行駛速度應(yīng)限制在每小時(shí)1km以內(nèi)。

3.2.2? 使用組合工具破壞地下火源

組合工具是一套包括了砍刀、鐵鍬、斧頭、耙子等一系列工具的總稱。使用組合工具破壞地下火源就是用鐵鍬或耙子挖出地下火的火源，然后采取以水滅火的方法，也可以用腳把火源踩滅，這種方法在水源有限的情況下成效十分明顯。

3.2.3? 采用泥漿或者泥土窒息實(shí)施滅火

水和泥土充分混合后的泥漿是撲救地下火的有效材質(zhì)，可以通過(guò)泥漿來(lái)堵住地面上通風(fēng)的縫隙，那么地下火就會(huì)因氧氣不足而熄滅。采用泥土覆蓋也是相同的原理。

3.2.4? 使用索狀炸藥滅火

索狀炸藥可用于在原始林區(qū)中開(kāi)設(shè)隔離帶，其開(kāi)設(shè)速度帶比大型機(jī)械快10倍以上，比人工快20倍以上，是現(xiàn)階段所有撲救地下火的方法中滅火效果最好、投入資金最少、操作最簡(jiǎn)單、投入人員最少、滅火速度最快。

3.2.5? 水泵技術(shù)實(shí)施滅火

水泵滅火是在火場(chǎng)附近的水源架設(shè)水泵，向火場(chǎng)鋪設(shè)水帶，并用水槍噴水滅火的一種方法。單泵輸水距離隨地形坡度而變化，坡度在15°以下時(shí)可輸水3000m，坡度在30°時(shí)可輸水2500m左右，坡度在30°以上時(shí)可輸水2000m左右，單泵輸水量為18t/h左右。

以上幾種技術(shù)，在國(guó)外撲救地下火時(shí)已經(jīng)得到普遍使用，在滅火行動(dòng)中可以單獨(dú)使用，而在地形條件比較復(fù)雜的大型火場(chǎng)則可根據(jù)火場(chǎng)的實(shí)際情況，采取復(fù)合型的滅火手段合成滅火。雖然現(xiàn)階段我國(guó)也擁有這些技術(shù)與裝備，但是在滅火行動(dòng)中，這些新型技術(shù)裝備并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，所以，要加大新型裝備合成滅火訓(xùn)練的力度，加大對(duì)新技術(shù)、新裝備的研發(fā)力度，以提高滅火效率，盡最大可能減少損失。

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