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成都生物所發現政策影響力主導西南森林火災並繪制林火預警時空足迹圖
发表日期: 2020-07-14 作者: 熊勤犁 文章來源:生物多樣性與生態系統服務領域
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 森林火災是一種突發性強、破壞性大、處置救助較爲困難的災害。火災對森林生態系統服務功能産生深遠影響,並影響一系列生態系統組分結構和生態過程。它給世界各地森林帶來有害、具有毀滅性的後果。盡管當今世界科技發展日新月異,但人類對森林火災成因、時空分布、預警卻尚未取得長足進步。 

 西南地區是我國生態系統複雜多樣,生物多樣性和水資源等自然資源最爲豐富的地區,也是我國長江流域、珠江流域以及西南諸河的源頭及上遊區。中國西南地區擁有世界上最多樣化的森林,供養著超過29,000種植物(特異植物占60%),是超過80%的中國瀕危物種的森林棲息地(據國際自然保護聯盟(IUCN)紅色名單),同時,這裏還是25個少數民族聚居地。西南地區森林不僅爲居民提供大量資源、爲大量野生動物提供極佳棲息地,還在全中國乃至整個東南亞的氣候調節、風防沙固、 水源涵養、 水土保持、空氣淨化中起到極其重要的作用, 對于維系我國華東、華南乃至東南亞的生態及社會經濟安全起著重要的作用,是我國最爲重要的生態屏障之一。然而,西南地區也是我國林火高發區域,如 2000年至2015年,四川發生森林火災4,914次,毀林面積達53,608;雲南發生森林火災6,763次,毀林面積達169,831。森林火災不僅對人民群衆生命財産造成重大威脅,而且破壞資源、傷害林內的動物,降低森林的更新能力,造成生態系統服務功能受損,甚而導致生態環境失去平衡,造成嚴重的生態災難,威脅到我國社會、經濟、生態安全。據統計,西南地區近十年已查明火因的森林火災中,人爲原因引發的占97%以上;且西南地區森林火災撲救困難重重, 2019年,四川涼山木裏縣森林火災造成30名撲火人員犧牲;2020年,涼山西昌市森林火災又造成19名撲火人員犧牲、3名撲火隊員重傷,有民房燒毀,給人民群衆生命財産安全造成重大損失。同時,西南地區林火呈現上升趨勢,如20203月四川省發生森林火災42起,同比增幅達163%。以上種種,都使得森林火災時空分布特征及其驅動力、林火時空預警圖繪制成爲亟待解決的問題,但目前缺乏西南地區森林火災風險足迹及林火時空分布主導因子的相關研究。 

 目前已有的研究發現決定森林火災發生的兩個因素是生物物理因素和人爲擾動因素。生物物理因素,包括植被類型、土壤類型、地形和天氣條件(溫度、降水、水汽壓、風速、太陽輻射等);而人爲擾動因素則可以通過引火行爲、教育他人、護林管理和改變土地覆蓋來影響區域火災分布。此外,人爲擾動具有時間維度,即春季活躍度較高,冬季活躍度較低。然而,生物物理因素和人爲因素對森林火災的相對重要性和相互作用尚未得到充分研究,更無法通過這些因素對易發生林火進行時空預警。同時,有研究指出森林防火政策可能是森林火災管理的重要驅動因素,特別是在人口密度大、文化不同以及氣候變化的地區。但是在全球關于森林防火政策對森林火災影響的研究仍然較少,可參考、可量化的森林防火政策指標缺失。  

 綜上,目前森林火災研究主要有以下四個問題困擾著學者和決策者:(1)如何基于西南地區森林火災曆史數據和驅動因素預測不同時間尺度下的森林火災易發空間分布並根據此繪制森林火災預警足迹圖?(2) 生物物理因素和人爲幹擾因素對林火發生的相對重要性?(3)森林防火政策是否是林火發生的關鍵驅動因素?(4)如何量化森林防火政策對林火的影響? 

 为解决以上问题,中國科學院成都生物研究所生物多样性与生态系统服务领域地表过程与生态系统管理项目组熊勤犁、罗小金等与四川农业大学、中山大学及全球多家研究机构合作,以西南地区森林为研究对象,应用最大熵(Maxent)算法預測森林火災風險等級時空分布,創造性的開發出森林防火政策影響力的相關量化指標,解決了過去林火歸因研究中殘差偏大的問題,並通過冗余分析(RDA)確定多達55個森林火災驅動因素(包括森林防火政策、人爲幹擾、氣候、地理地形、植被及土壤類型等因子)對其發生的貢獻。此外,利用結構方程模型(SEMs)確定森林防火政策、人爲幹擾和生物物理變量之間的關系強度及其對森林火災發生的直接和間接影響。相關研究結果表明,Maxent模型可对中国西南地区森林火灾分布进行精准预测,西南地区可能發生森林火災面积为3.25×105 km2,主要集中在研究區域南部靠近國境區域以及雲南、四川交界區域。森林火災更易在各個邊界(國界和省界)地區發生。春季雲南中部和川東森林火災危險區面積增加。森林防火政策實施情況好壞是是否引發森林火災的決定因素,其次是生物物理因素和人爲幹擾,這些應被視爲設計森林防火方案的關鍵因素。雖然因爲時空差異,各驅動因素的對林火發生貢獻各不相同,但代表森林防火政策影響力的邊界指數(NBD)和政策傳導指數(CI)始終是關鍵的驅動變量。人爲幹擾對火災發生概率沒有顯著的直接影響,而通過防火政策的人爲幹擾對火災發生概率降低有顯著的正向影響。建議加強森林防火政策實施能力,加強對邊境地區、少數民族地區、人口密度低地區、教育程度低地區居民的防火宣傳教育,提高當地居民對森林防火政策的認知並使之遵循。 

 自人類學會用火以來,已過去50萬年,在這期間,森林火災始終如影隨形。但由于近年來氣候變化、人口增長、經濟、社會發展,森林火災越來越頻繁、造成的損失越來越大,回答林火時空分布特征及其主導因素等問題、實施林火預警變得無以複加的重要。本研究通過不同算法繪制出不同季節西南地區森林火災空間分布預警圖,爲該地區森林防火提供了按照季節劃分的重點預警區域參考。同時,圍繞西南地區林火分布時空差異及其驅動力這一關鍵問題,本研究首次發現西南地區森林火災發生的主控因子是森林防火政策實施效果,特別以政策邊際衰減和政策傳導主導。因此,我們需要對邊境(國界、省界甚至市界)居民、各少數民族居民、各東南亞國家入境人員進行相關政策普及和教育,使其遵守我國法律政策,並以此減少森林火災發生。本研究可以爲不同時期(春、冬森林火災高發時期、整年)西南地區易發生火災區域進行空間預警和森林防火政策制定與實際應用提供參考  

 該研究獲得國家自然科學基金委員會(31700544)、四川省科學技術廳2020YFS0029、中國科學院西部之光西部青年學者項目(2016XBZG_XBQNXZ_B_005)、中國科學院山地生态恢复与生物资源利用重点实验室,生态恢复与生物多样性保育四川省重点实验室(kxysws1901)、中國科學院仪器设备研发項目(YJKYYQ20190064)以及中华人民共和国教育部关键研究中心項目(16JJD630011)的支助。近日以“Fire from policy, human interventions, or biophysical factors? Temporal–spatial patterns of forest fire in southwestern China”爲題發表于Forest Ecology and Management 

 原文鏈接 

      

   

  火,絢爛至極卻引導森林走向毀滅(熊勤犁) 

 

   

  西南地區森林火災預警足迹圖 

 

   

  森林防火政策對林火發生驅動機制 


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