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林火生态

森林中火的特性和后果,以及火对森林生态系统和环境系统相互作用和影响的综合反映。它在生态平衡中有重要作用。地球上出现森林以来,由于自然和人为引起的林火,对生态和环境系统都带来很大影响。随着人们不断地对火灾的逐渐深入研究,揭示了火的生态作用。

森林中火的特性和后果,以及火对森林生态系统和环境系统相互作用和影响的综合反映。它在生态平衡中有重要作用。

地球上出现森林以来,由于自然和人为引起的林火,对生态和环境系统都带来很大影响。随着人们不断地对火灾的逐渐深入研究,揭示了火的生态作用。20世纪初以来,生态学家和林学家对林火在森林中的效应作了一系列的观测研究,积累了大量的资料,于50~60年代期间提出火是一种活跃的生态因子,并出现了很多有关的研究著作,如《美国西部山区火的规律》、《规定火烧论丛》和《环境中的火》等。美国于1974年首先出版了火生态的专著《火与生态系统》,论述了火对森林生态系统中各种因子的效应。1976年在巴西召开的世界林业会议,对火的效应和营林用火作了专题讨论。1978年美国专门召开了全国火的效应讨论会,根据大量的定性定量资料,把火的效应分为六个专题内容,即火对土壤、水、大气、植物区系、动物区系和森林可燃物的效应。1982年,美国和加拿大的火生态专家编著了《火的生态学》专著。

火对森林生态系统的影响

火长期参与森林生态系统的动态平衡。在地球上,除了很潮湿的热带雨林、寒冷的冻原和干燥的沙漠外,在陆地环境中,火一直是一个重要生态因子。火以高温影响森林,具有“火害”和“火利”的“两重性”。高强度的森林火灾,爆发式释放能量,会烧毁大面积的森林,导致森林环境急剧变化,各种物质循环遭到破坏,生物量、大气、水域和土壤之间动态平衡受到干扰,引起森林结构和功能失调,森林生态系统平衡受到破坏。调整这种失调往往要经过几十年甚至上百年。如果在一定的生态条件下进行低强度的火烧,缓慢地释放能量,不但不会破坏森林生态系统的结构和功能,而且对生态系统中的生物群落、生物种群、土壤、水分等生态因子产生有益的效应。

森林生态系统是地球上开放的生态系统,在生态平衡中占有极其重要的地位。森林植物通过光合作用把太阳能贮存起来,同时,大量的凋落物又经过微生物分解后将一部分能量释放出来,构成森林生态系统中物质循环能量流动的一个重要环节。但是,这个过程比较缓慢。林火则在短期内烧掉累积起来的森林可燃物,使大量的有机物矿质化,以水、二氧化碳、氮和其他灰分元素形式释放出来,同时对其他的生态因子起到很好的调节作用,保证生态系统的良性循环。因此,在某种程度上说,火烧掉了森林的可燃物,以此维持森林生态系统中的物质和能量的动态平衡。

火对植物群落和动物种群的影响

①林火可以引起群落的演替。严重的森林火灾,会使原有群落彻底破坏,出现其他耐极端生态条件的树种演替。如中国东北林区,原来树下耐荫或阴性植物消灭,而喜光的植物如禾本科、莎草科以及其他有固氮能力的豆科植物则繁茂起来,形成杂草群落。一些喜光的阔叶树种(杨、桦、榆、椴)相继繁衍生长,形成桦、杨为主的群落,又逐渐恢复林下小气候,生长出红松幼苗,经过几十年树种的演替,红松又会成为森林的主要成分。因此,火烧后发生的次生演替在形成森林的组成和结构上具有很大影响。②随着植物群落的演替,改变了动物栖息地,使有些动物的食物和生活条件得不到满足,必然会影响动物种群。例如,红松林被林火烧后,靠食球果种子的啮齿动物就会大大减少;一旦烧了偃松林,紫貂也就消失;而喜欢稀疏植被的鸟类却在火烧迹地上聚集。火烧过的林地,微生物群落也会发生相应的改变,细菌增加,真菌和放线菌减少。③中等强度火烧有利于植物种类增加,多种多样种群最大值出现在火烧后的3~5年。火能消耗林地大量的氮素,豆科植物就成为火烧迹地的先锋植物。杨树经过轻微火烧,根部受高温刺激,根蘖大大增加,新长的枝条繁茂,成为优势的杨树幼林。有些植物对火烧还能产生一种特殊的适应性。如北美的班克松,球果开裂和种子萌发在一定程度上是依靠火来完成的;澳大利亚的桉树林,经常通过火烧来整枝。中国大兴安岭的落叶松和西南林区的云南松,是对火烧适应性很强的针叶林树种。

火对环境因子的影响

主要有以下几个方面:①火对土壤的影响。其程度主要取决于可燃物的类型、枯枝落叶层的特点(包括厚度、坚实度和含水率等)和土壤的性质(包括有机质、土壤水分和土壤结构等)。土壤传热复杂,干燥的土壤存在着对流和气体交换传热方式,土壤有水分时其温度不会超过100℃。火的强度对土壤地表温度和土壤的营养元素有重要影响。高强度的火可使林地中磷、钾、钙和镁等元素转变为可溶性状态,容易流失,氮素也因高温而大部分损失,所以会造成土壤贫瘠化。低强度的火能使土壤中的无机物等养分有利于植物的吸收。适当的火烧能增加土壤的pH值,酸性土壤得到改善,并有利于土壤微生物活动,从而增加了土壤的肥力;使土壤中腐殖质迅速矿质化,可给态的营养元素明显增加。火烧会使土壤变得坚硬,呈块状结构,土壤裸露,造成水土流失,降低渗透性和保水性。高温作用也能使粘土变得松脆,改良其可耕性。地面出现的黑灰,能增加吸收太阳辐射能,加速营养物质循环,促进植物快速生长,从而迅速恢复了土壤的保水性,控制土壤侵蚀作用。②林火能影响雨水的截流和渗透性、地表径流和地表侵蚀,以及单位水域或流域降水量和时间的关系,能减少降水对土壤的冲击。一般情况下,火烧了植被和下层地被物会降低截流量,增加地表径流。火烧会使河水总量、径流量和洪峰量增加。③森林可燃物燃烧时会产生各种气体,如CO2、CO等。一吨可燃物能产生1755公斤CO2,还有SO2、O3、NO2、碳氢化合物和多核芳香族碳氢化合物。林火产生的烟尘颗粒所携带的营养元素,通过烟的传递,能使营养元素出现再分配,具有生态意义。④火烧的林地,由于枯枝落叶和小径级下木被烧死,阳光增加,有利草本和下木的生长。同时,火烧林地的空气流通较快,也会增加高大树木的光合作用。林火会产生大量的烟云,挡住太阳光对地面植被的照射而影响生长。