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

文章来源:成都生物所 发表时间:2020-07-15

  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。 

  西南地区是我国生态系统复杂多样,生物多样性和水资源等自然资源最为丰富的地区,也是我国长江流域、珠江流域以及西南诸河的源头及上游区。中国西南地区拥有世界上最多样化的森林,供养着超过29,000种植物(特异植物占60%),是超过80%的中国濒危物种的森林栖息地(据国际自然保护联盟(IUCN)红色名单),同时,这里还是25个少数民族聚居地。西南地区森林不仅为居民提供大量资源、为大量野生动物提供极佳栖息地,还在全中国乃至整个东南亚的气候调节、风防沙固、 水源涵养、 水土保持、空气净化中起到极其重要的作用, 对于维系我国华东、华南乃至东南亚的生态及社会经济安全起着重要的作用,是我国最为重要的生态屏障之一。然而,西南地区也是我国林火高发区域,如 2000年至2015年,四川发生森林火灾4,914次,毁林面积达53,608公顷;云南发生森林火灾6,763次,毁林面积达169,831公顷。森林火灾不仅对人民群众生命财产造成重大威胁,而且破坏资源、伤害林内的动物,降低森林的更新能力,造成生态系统服务功能受损,甚而导致生态环境失去平衡,造成严重的生态灾难,威胁到我国社会、经济、生态安全。据统计,西南地区近十年已查明火因的森林火灾中,人为原因引发的占97%以上;且西南地区森林火灾扑救困难重重, 2019年,四川凉山木里县森林火灾造成30名扑火人员牺牲;2020年,凉山西昌市森林火灾又造成19名扑火人员牺牲、3名扑火队员重伤,有民房烧毁,给人民群众生命财产安全造成重大损失。同时,西南地区林火呈现上升趋势,如2020年3月四川省发生森林火灾42起,同比增幅达163%。以上种种,都使得森林火灾时空分布特征及其驱动力、林火时空预警图绘制成为亟待解决的问题,但目前缺乏西南地区森林火灾风险足迹及林火时空分布主导因子的相关研究。 

  目前已有的研究发现决定森林火灾发生的两个因素是生物物理因素和人为扰动因素。生物物理因素,包括植被类型、土壤类型、地形和天气条件(温度、降水、水汽压、风速、太阳辐射等);而人为扰动因素则可以通过引火行为、教育他人、护林管理和改变土地覆盖来影响区域火灾分布。此外,人为扰动具有时间维度,即春季活跃度较高,冬季活跃度较低。然而,生物物理因素和人为因素对森林火灾的相对重要性和相互作用尚未得到充分研究,更无法通过这些因素对易发生林火进行时空预警。同时,有研究指出森林防火政策可能是森林火灾管理的重要驱动因素,特别是在人口密度大、文化不同以及气候变化的地区。但是在全球关于森林防火政策对森林火灾影响的研究仍然较少,可参考、可量化的森林防火政策指标缺失。  

  综上,目前森林火灾研究主要有以下四个问题困扰着学者和决策者:(1)如何基于西南地区森林火灾历史数据和驱动因素预测不同时间尺度下的森林火灾易发空间分布并根据此绘制森林火灾预警足迹图?(2) 生物物理因素和人为干扰因素对林火发生的相对重要性?(3)森林防火政策是否是林火发生的关键驱动因素?(4)如何量化森林防火政策对林火的影响? 

  为解决以上问题,中国科学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)算法预测森林火灾风险等级时空分布,创造性的开发出森林防火政策影响力的相关量化指标,解决了过去林火归因研究中残差偏大的问题,并通过冗余分析(RDA)确定多达55个森林火灾驱动因素(包括森林防火政策、人为干扰、气候、地理地形、植被及土壤类型等因子)对其发生的贡献。此外,利用结构方程模型(SEMs)确定森林防火政策、人为干扰和生物物理变量之间的关系强度及其对森林火灾发生的直接和间接影响。相关研究结果表明,Maxent模型可对中国西南地区森林火灾分布进行精准预测,西南地区可能发生森林火灾面积为3.25×105 km2,主要集中在研究区域南部靠近国境区域以及云南、四川交界区域。森林火灾更易在各个边界(国界和省界)地区发生。春季云南中部和川东森林火灾危险区面积增加。森林防火政策实施情况好坏是是否引发森林火灾的决定因素,其次是生物物理因素和人为干扰,这些应被视为设计森林防火方案的关键因素。虽然因为时空差异,各驱动因素的对林火发生贡献各不相同,但代表森林防火政策影响力的边界指数(NBD)和政策传导指数(CI)始终是关键的驱动变量。人为干扰对火灾发生概率没有显著的直接影响,而通过防火政策的人为干扰对火灾发生概率降低有显著的正向影响。建议加强森林防火政策实施能力,加强对边境地区、少数民族地区、人口密度低地区、教育程度低地区居民的防火宣传教育,提高当地居民对森林防火政策的认知并使之遵循。 

  自人类学会用火以来,已过去50万年,在这期间,森林火灾始终如影随形。但由于近年来气候变化、人口增长、经济、社会发展,森林火灾越来越频繁、造成的损失越来越大,回答林火时空分布特征及其主导因素等问题、实施林火预警变得无以复加的重要。本研究通过不同算法绘制出不同季节西南地区森林火灾空间分布预警图,为该地区森林防火提供了按照季节划分的重点预警区域参考。同时,围绕西南地区林火分布时空差异及其驱动力这一关键问题,本研究首次发现西南地区森林火灾发生的主控因子是森林防火政策实施效果,特别以政策边际衰减和政策传导主导。因此,我们需要对边境(国界、省界甚至市界)居民、各少数民族居民、各东南亚国家入境人员进行相关政策普及和教育,使其遵守我国法律政策,并以此减少森林火灾发生。本研究可以为不同时期(春、冬森林火灾高发时期、整年)西南地区易发生火灾区域进行空间预警和森林防火政策制定与实际应用提供参考 。 

  该研究获得国家自然科学基金委员会(31700544)、四川省科学技术厅(2020YFS0029)、中国科学院西部之光“西部青年学者”项目(2016XBZG_XBQNXZ_B_005)、中国科学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)、中国科学院仪器设备研发项目(YJKYYQ20190064)以及中华人民共和国教育部关键研究中心项目(16JJD630011)的支助。近日以“Fire from policy, human interventions, or biophysical factors? Temporal–spatial patterns of forest fire in southwestern China”为题发表于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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