【研究背景】
林火是驱动森林景观结构和功能变化的主要因素之一。火烧烈度是指林火对森林生态系统的影响或者破坏程度;火烧烈度的景观格局是指不同烈度的火烧斑块在空间上的排列组合状况。火烧烈度斑块的组成和配置会影响森林景观中火后植物群落的重建格局,从而对植被演替和野生动物群落动态等生态过程产生影响。火烧烈度景观格局主要受到天气、地形和植被三个因素的控制。这些因子对林火烈度的作用机制各不相同,造成林火烈度空间异质性。研究天气、地形和植被因素对火烧烈度景观格局的相对影响,对于提供森林景观火烧烈度的预测策略至关重要。本文基于赣南地区历史森林火灾数据:1)评估不同燃烧烈度的景观尺度斑块组成和空间结构;2)评估低、中、高燃烧烈度斑块的景观格局在不同植被、地形和天气条件下的变化;(3)探讨气候因素对亚热带森林燃烧烈度空间格局的影响是否大于植被和地形因素。详细了解森林景观中的燃烧烈度空间格局和驱动因素,有助于制定森林火灾干扰后的可持续森林管理和恢复战略。
【研究方法】
本研究的研究区位于赣南地区。本研究选择了2018-2021年发生在研究区的27场森林火灾。27场火的总过火面积为4610.54 ha,大小范围为18.07-789.23 ha,平均面积为170.8 ha。
图1研究区域及火场分布图
图2 27场火灾火烧烈度分布图
本研究采用景观格局指数定量化分析林火烈度空间格局。在类别尺度上从斑块大小、斑块分布(破碎度和聚集度)、斑块形状三个方面选取了6个不同的景观指数用于评估火烧烈度空间格局。
本研究在明确火烧烈度斑块的空间分异特征后,利用地理探测器模型来明晰火烧烈度斑块空间分异性的驱动机理。地理探测器模型由因子探测、风险探测、交互作用探测和生态探测四个部分组成。
【主要结果与结论】
本研究利用2018-2021年发生在赣南地区的27场森林火灾数据,基于dNBR遥感指数对火烧烈度进行分级,计算不同火烧烈度斑块的景观格局指数,并通过地理探测器模型分析火烧烈度景观格局的影响因素,得出以下主要结果与结论:
1)不同火烧烈度斑块景观格局差异显著。高烈度火烧斑块形状规则、景观破碎化程度小。高烈度斑块的斑块密度指数、边缘密度指数和景观形状指数和中低烈度斑块有显著差异。对于平均形状指标,三种火烧烈度斑块均存在显著差异;而平均斑块面积和景观结合度指标在三种火烧烈度斑块间没有差异。
2)地形因子对高烈度火烧斑块景观格局的影响最为明显,其次是天气条件。高海拔区火烧斑块面积更大;缓坡区斑块破碎化程度更大;天气因素对高烈度火烧斑块的破碎化程度有重要影响。
3)本研究未考虑森林垂直结构对火行为和火烧烈度的影响。例如,采用森林可燃物垂直结构参数(如冠层高度和冠层体积密度)可以增强对林火蔓延的认识。此外,人类在林火蔓延期间的灭火行为还可以改变森林火灾燃烧的烈度及其空间分布格局。
图3火烧烈度景观格局指数频率分布直方图
本研究得到了国家重点研发计划项目(编号:2018YFE0207800)、江西省林业局林业科技创新项目(创新项目〔2022〕12号)、江西省林业科学院博士启动基金项目(编号:022522501)的资助。研究成果以“The relative impacts of vegetation, topography and weather on landscape patterns of burn severity in subtropical forests of southern China”为题发表在中科院一区TOP期刊《Journal of Environmental Management》上。重点实验室硕士生郭灵灵为该论文第一作者,吴志伟研究员为通讯作者,李顺助理研究员以及江西省林业科学院谢谷艾助理研究员作为共同作者参与了该项工作。
实验室硕士生郭灵灵以第一作者身份,围绕林火烈度遥感评估及其时空格局发表了2篇中科院SCI一区TOP论文,分别发表在《Forest Ecology And Management》《Journal of Environmental Management》上。