森林火災對碳儲量的影響及應對策略研究

摘要：森林火災對碳儲量影響顯著，不同年份、火燒程度及坡向因素下土壤碳儲量變化各異。植被破壞、土壤理化性質改變、火燒殘骸等影響碳儲量的機制明確。因此，借助衛星遙感等技術加強防火監測預警與火源管控，勘查選種養護促進生態恢復，劃分火燒區并綜合多因素監測研究，助力生態修復。

關鍵詞：

森林火災；碳儲量；森林防火；生態恢復；碳儲量監測

引言

森林火災作為森林生態系統面臨的重大威脅之一，頻繁發生的火災給森林帶來諸多改變，顯著影響著碳儲量。深入研究森林火災在不同條件下對碳儲量的具體影響、背后的作用機制以及有效的應對策略，對于維護森林生態平衡、實現可持續發展具有迫切的現實意義，是當前生態領域研究的重點內容。

一、對碳儲量的影響

（一）不同年份火燒的影響

以大興安嶺地區為例，7年火燒后，陰陽坡的土壤碳儲量均呈現降低趨勢，但程度有所不同。在陽坡，0cm—10cm范圍內土壤碳儲量最小，僅為727t·hm^-2，10cm—20cm范圍內略有增加，20cm—30cm范圍內碳儲量最大，達1030t·hm^-2，30cm—40cm范圍內與10cm—20cm處接近；陰坡的變化規律與陽坡類似，0cm—10cm范圍碳儲量為608t·hm^-2，10cm—20cm范圍內有所增加，20cm—30cm范圍內達到最大值3479t·hm^-2，30cm—40cm范圍內與10cm—20cm接近。與對照區相比，陽坡在0cm—20cm范圍內碳儲量損失顯著，達63178t·hm^-2，陰坡損失70129t·hm^-2[1]?；馃?年后的情況與7年火燒后基本一致，總體表現為陰坡碳儲量大于陽坡，陽坡損失4720t·hm^-2，陰坡損失2340t·hm^-2。

（二）不同火燒程度的影響

輕度火燒對森林土壤碳儲量產生了顯著影響，陽坡土壤碳儲量呈現明顯的下降趨勢，損失量達到3978t·hm^-2，進一步剖析各土層，0cm—10cm土層受損情況突出，損失高達4608t·hm^-2，這意味著該淺層土壤中的有機碳大量流失；10cm—20cm土層同樣遭受沖擊，損失873t·hm^-2。陰坡的情況也不容樂觀，土壤碳儲量總計減少7372t·hm^-2，其中0cm—10cm范圍內銳減5936t·hm^-2，10cm—20cm范圍亦減少2445t·hm^-2，可見輕度火燒已深度擾動了陰陽坡土壤的碳儲存根基^[2]。重度火燒對土壤碳儲量的影響更為顯著，主要集中在表層0cm^-20cm土壤。陽坡土壤碳儲量減少6495t·hm^-2，0cm—10cm、10cm—20cm范圍內分別損失5289t·hm^-2、1519t·hm^-2；陰坡減少5441t·hm^-2，0cm—10cm范圍內損失5244t·hm^-2，10cm—20cm范圍內損失1700t·hm^-2[3]。

（三）不同坡向的影響

無論是重度還是輕度的火燒情況，在陰陽坡上，0cm—20cm土層的土壤碳儲量都受到了火燒的顯著影響，其中0cm—10cm范圍內的影響更是極為突出。通常而言，陰坡的碳儲量損失整體上比陽坡略大。然而，在后續的土壤碳儲量恢復進程中，陰坡卻展現出更強的恢復能力。例如，在火燒后的特定時段里，陰坡在20cm—30cm深度的土壤碳儲量常常會出現異常增長的現象，有時甚至會攀升至各土層中的最高值。相比之下，陽坡在這一層的碳儲量不但沒有增加，反而呈減少態勢。這可能是由于陰坡的植被類型、土壤質地等因素在恢復過程中更有利于碳的積累與儲存，而陽坡在這些方面相對處于劣勢，使得兩者在碳儲量的恢復表現上形成了鮮明對比，也凸顯了不同坡向在森林火災后土壤碳循環過程中的復雜性與差異性。

二、影響碳儲量的機制

（一）植被破壞與碳源減少

森林中的植被構成了復雜的生態系統，其中高大的喬木作為主要組成部分，提供了大部分的生物量和碳儲存。灌木層填充了林下的空間，而草本植物緊密覆蓋地表，形成了豐富的地面植被?？葜β淙~層是森林生態系統的另一重要組成部分，它不僅為土壤提供了持續的有機碳輸入，還對維持土壤濕度、溫度以及微生物活動起到了至關重要的作用。然而，當森林遭受火災等自然災害或人為活動導致的植被破壞時，這種平衡就會被打破。

森林火災可以迅速摧毀大量的植被，包括喬木、灌木和草本植物，同時也會燒掉長期積累的枯枝落葉層。這些物質的燃燒直接導致了大量的二氧化碳排放到大氣中，使得原本作為碳匯的森林轉變為了碳源。此外，火災過后，由于植被覆蓋率下降，土壤表面暴露在外，增加了土壤侵蝕的風險，進一步減少了土壤中的有機碳含量?；馂暮蟮耐寥牢⑸锘钚詴洑v一個先升高后降低的過程，初期由于可利用的易分解有機質增加，微生物活性增強，加速了土壤中現存有機碳的分解；但隨著時間推移，隨著易分解有機質的耗盡，微生物活性逐漸減弱，最終可能導致土壤碳儲量的顯著減少。

（二）土壤理化性質改變

森林火災發生后，土壤溫度急劇升高，原本適宜的溫濕度環境被破壞，濕度也大幅降低。這一系列變化如同多米諾骨牌效應，引發了一系列生態反應。土壤微生物原本在相對穩定的環境中生存和繁衍，此時卻因溫度和濕度的劇烈變化而受到強烈沖擊。它們的活性發生顯著變化，一些原本活躍的微生物可能因高溫而進入休眠狀態甚至死亡，而一些耐高溫的微生物則可能趁機大量繁殖，從而徹底改變了原有的微生物群落結構。這種微生物群落的重塑對土壤有機碳的分解和轉化過程產生了重要影響。特別是在高溫條件下，土壤有機碳的礦化過程被顯著加速。原本穩定存在于土壤中的有機碳分子結構被破壞，大量的碳元素以二氧化碳等氣體形式從土壤中釋放出來，源源不斷地排放到大氣中，進一步加劇了生態系統的碳循環失衡狀況。

（三）火燒殘骸的影響

森林火災過后，留下的火燒殘骸中蘊含著一定數量的有機碳，在火災剛結束的短期內，它們扮演著重要角色，有可能成為下層土壤碳儲量的關鍵補充來源。以一些典型的火燒跡地為例，在自然條件下，隨著降水的滲透以及土壤水分的緩慢下滲過程，火燒殘骸里的活性炭會隨之遷移。其中一部分活性炭會在重力和水流的作用下，逐漸在20cm—30cm的土壤深度范圍內聚集。在這個過程中，該層土壤的碳儲量也會相應出現一定程度的上升，為土壤碳庫帶來短暫補充。隨著時間不斷流逝，這種因火燒殘骸帶來的碳儲量增加現象并不能持續^[4]。殘骸中的有機碳會隨著微生物的分解和其他自然過程逐漸消耗；新的植被尚未完全恢復到能夠穩定提供大量有機碳的狀態。從長遠的時間尺度去觀察，其對土壤碳儲量的提升幅度極為有限，并且其影響力也在持續衰減，直至不再對土壤碳儲量產生明顯作用。

三、影響碳儲量的應對策略

（一）加強森林防火措施

1.提高監測預警能力

衛星遙感技術憑借其廣域覆蓋、持續運行的特性，能大面積且不間斷地對森林區域展開掃描，憑借高精度的感應裝置，精準鎖定任何異常熱源與煙霧蹤跡，即便是地處偏遠、人跡罕至的山區或是植被茂密、通行困難的叢林，都能被有效監測。無人機監測機動性強，可深入森林腹地，利用搭載的高清攝像設備近距離攝取圖像與視頻，針對地形復雜、衛星監測受限的區域，進行精細勘查，及時捕捉那些隱蔽角落的實時森林畫面，快速排查潛在火源隱患^[5]。地面傳感器網絡廣泛布設于森林各處，其內置的敏感元件實時采集周圍環境信息，像溫度、濕度、風速這類氣象要素，以及植被濕度狀態等數據無一遺漏。把衛星遙感、無人機監測收集的海量數據與地面傳感器網絡反饋的數據匯聚整合，運用前沿的數據分析算法與智能模型加以處理，由此構建起高度智能化的預警系統，精準且迅速地研判火災發生概率與潛在規模，以便及時預警，為火災防控爭取主動。

2.強化火源管理

精心挑選并組建一支專業素質過硬、責任心極強的巡邏隊伍，確保他們的巡邏范圍覆蓋林區的每一個角落。日常巡邏要按照既定的路線和頻次有序開展，而在火災高發的特定時段，如干燥多風的春季以及炎熱少雨的夏季，必須加大巡邏力度，增加巡邏頻次^[6]。同時，針對地形復雜、植被茂密易燃的高風險區域，要重點加強巡查，安排額外的巡邏力量，細致排查一切可能引發火災的隱患，如枯枝落葉堆積處、電線老化短路隱患點等，一旦發現要迅速上報并及時處理。在林區的各個入口，必須設立嚴密的檢查關卡，嚴格把控人員與車輛的進出。工作人員要認真履行職責，對準備進入林區的人員，仔細檢查背包、口袋等各個部位，杜絕任何火種藏匿其中；對車輛也要一絲不茍地檢查，后備廂、駕駛艙乃至座位下方等都要逐一清查，堅決將火種阻擋在林區之外。對于林區內的生產生活用火，要依據嚴謹的安全評估流程來規范管理。先劃定專門的用火區域，選擇遠離易燃植被、隔離設施完備的空曠場地作為野炊點和祭祀區。

（二）促進森林生態系統恢復

一旦森林火災的火焰熄滅，生態恢復工作必須立即啟動。生態專家團隊迅速奔赴現場，展開全方位、深層次的生態環境勘查。他們使用專業的檢測儀器，仔細分析土壤質地，檢測土壤的酸堿度、顆粒組成以及養分含量等關鍵指標；認真記錄當地的氣候數據，包括年平均氣溫、降水量的季節分布、風速風向的變化規律等；全面勘察水文狀況，追蹤水源的分布、水流的速度與流量以及地下水的水位情況；通過查閱歷史資料和實地調研，深入了解該區域原有的植被類型及其生態結構。在掌握了詳盡的生態信息后，依據植被演替的科學規律，專家們精心篩選出最適宜在此生長的樹種和草種。本地鄉土物種成為首選，因為它們適應了當地的自然環境，具有強大的生存能力。例如，當地的松樹根系發達，能在貧瘠的土壤條件下穩固生長，對氣候變化有很強的耐受性；櫟樹以其抗病蟲害能力強，在復雜環境中保持良好生長態勢^[7]。在草種方面，狗牙根耐旱、耐踐踏，能迅速覆蓋地表，防止水土流失；黑麥草生長迅速，能快速改善土壤環境，為其他植物生長創造條件。根據不同植物的生長特性，專家們經過精確計算，確定合理的種植密度，確保每一株植物都能獲得充足的陽光、水分和養分。在種植后的養護階段，適時澆水至關重要，尤其在干旱季節，工作人員會密切關注土壤濕度，通過灌溉系統及時補充水分，保持土壤濕潤但避免積水。根據土壤肥力監測結果和植物生長階段的營養需求，精準調配有機肥料和礦物質肥料的比例與用量，采用多種施肥方式，為植物提供全面的營養支持，促進植被快速生長。

（三）開展碳儲量監測與研究

根據歷史火災資料，嚴謹劃分不同火燒程度區域，精細標記重度、中度、輕度火燒區，為后續對比分析奠定基礎。同時，細致考慮坡向因素，將向陽坡、背陰坡等各類坡面納入研究，通過長期觀測與數據分析，精準洞察坡向對碳儲量的影響。植被類型作為關鍵變量，針葉林、闊葉林、混交林等不同林型均被納入研究范疇，深入挖掘其與碳儲量的關系。在實地監測階段，選定樣地后，配備高精度儀器設備，運用科學方法開展長期監測。運用先進技術測定土壤有機碳含量，實時追蹤其變化；精細測算碳密度，直觀呈現單位面積內碳儲存情況；精確測量土壤容重，捕捉土壤緊實程度變化；定期評估植被生物量，記錄其生長全過程。通過系統全面的數據積累，建立功能完備的碳儲量動態數據庫，深入分析影響碳儲量的因素及其關聯。利用同位素標記技術、復雜模型模擬等前沿手段，深入剖析火災干擾后碳的循環路徑，探究不同條件下土壤碳儲量的恢復軌跡，為森林生態修復與可持續發展提供理論依據^[8]。

結語

森林火災對碳儲量的影響是一個復雜且關鍵的生態問題。通過對不同年份火燒、火燒程度及坡向等因素的探究，明晰了土壤碳儲量變化規律；從植被破壞、土壤理化性質改變、火燒殘骸影響等方面，揭示其內在機制。在應對策略上，加強森林防火、促進生態恢復以及開展碳儲量監測與研究多管齊下，為森林生態修復指明方向。未來，需持續深化對該領域的認識，嚴格落實各項防護與修復舉措，保障森林生態系統穩定，維護全球碳平衡，以應對生態保護的長期挑戰。

參考文獻

[1]徐思若.中國森林碳匯量及其經濟價值的時空變化分析與潛力預測[D].哈爾濱師范大學，2023.

[2]楊揚.火災對大興安嶺地區森林碳儲量、植物組成多樣性和群落結構影響研究[D].東北林業大學，2019.

[3]高仲亮.森林可燃物計劃燒除生態調控基礎研究[D].中國林業科學研究院，2015.

[4]李齊.森林火災對寒溫帶凍土區土壤碳儲量影響研究[D].內蒙古農業大學，2011.

[5]張懿晗.火干擾對興安落葉松林土壤有機碳儲量及空間分布格局的影響[D].東北林業大學，2011.

[6]閆平，王景升.森林火災對興安落葉松林生態系統碳素分布及儲量的影響[J].東北林業大學學報，2006（04）：46-48.

[7]郝茗.魯中山區主要樹種碳匯功能及林火碳匯損失動態評價[D].山東農業大學，2021.

[8]武佳華.基于碳匯和碳源雙重視角的林業企業減排管理研究[D].北京化工大學，2020.

作者簡介：黃玉蓉（1976— ），女，漢族，四川會理人，本科，工程師，研究方向：林業。