高分辨率燃烧优先级模型提升异质湿地景观中的火灾管理决策

《Fire Ecology》：High-resolution burn prioritization models enhance fire management decisions in heterogeneous landscapes

本研究针对大沼泽地国家公园湿地生态系统，开发了50米分辨率燃烧优先级模型，通过整合植被类型、濒危物种栖息地、水文条件等20项空间指标，实现了多目标火灾管理的定量优化。模型模拟显示年均燃烧面积达256±160 km2，成功将沼泽、草原和松岩地生态系统的火回返间隔（FRI）分别优化至9.9±1.7年、7.3±1.9年和4.0±0.7年，显著提升了濒危物种栖息地保护效率，为复杂景观下的精准火生态管理提供了范式。

　　

在美国佛罗里达州南部的广袤湿地中，大沼泽地国家公园（Everglades National Park, ENP）如同一个巨大的生态棋盘，分布着沼泽、草原和松岩地等多样生态系统。这里不仅是独特的动植物家园，更面临着火灾管理的巨大挑战——有限的燃烧天数需要同时满足生态保护、文化遗产维护和社区安全等多重目标。传统火灾管理多依赖定性评估，难以在2166平方公里的可燃区域中精准平衡濒危物种栖息地保护（如海麻雀和蝴蝶）与野火-城市交界带（WUI）风险防控的矛盾。尤其当水文条件年际波动改变自然火障格局时，管理者亟需量化工具来实现“火多样性（pyrodiversity）”管理理念。

为破解这一难题，Nocentini等研究人员在《Fire Ecology》发表研究，构建了空间显式的燃烧优先级决策框架。该研究通过地理信息系统（GIS）整合了20项管理指标，包括各生态型的距上次火灾时间（TSLF）、濒危物种关键栖息地分布、水文数据等，开发出50米分辨率的网格化评分模型。模型创新性地将火回返间隔（FRI）作为核心调控目标，同时估算火强度与斑块化潜力指数，为差异化火灾策略提供支持。

关键技术方法包括：基于ArcGIS Pro 3.0.3平台的空间建模，整合ENP植被图、火灾周界、数字高程模型等多元数据；采用50米网格分辨率实现精细化计算；通过50年（2023-2072）模拟评估，设定年燃烧面积阈值（400 km²）和优先级分数阈值（25分）进行模型验证；利用多项式模型分析水文与生态型关联性。

研究结果

燃烧优先级空间格局

模型输出的优先级地图显示，公园北部和东部边界的草原区以及松岩地具有最高燃烧优先值（图4）。优先级评分在网格尺度（0-71分）和燃烧单元尺度（6-62分）呈现显著空间异质性，反映出管理单元内部生态条件的复杂性。

火回返间隔优化效果

50年模拟期间，年均燃烧面积达256±160 km²（占可燃区域12%）。模型预测的FRI与生态保护目标高度吻合（r²=0.88）：沼泽9.9±1.7年、草原7.3±1.9年、松岩地4.0±0.7年。濒危物种栖息地FRI同步优化，海麻雀栖息地达7.4±1.5年，蝴蝶栖息地达3.9±0.2年（表3）。基线FRI（2003-2022年）则显著偏离目标值，证明模型有效性。

火行为特征量化

火强度潜力指数显示，高海拔松岩地区域具有最强燃烧潜力（图6），而斑块化潜力与生态型/水文类别无简单线性关系（图7）。通过将关键栖息地与燃烧单元叠加分析，发现佛罗里达蓬毛蝠（Eumops floridanus）栖息地内部火斑块化潜力最复杂，反映了该物种对多样化栖息结构的依赖。

管理单元优化方案

识别出ROG E和ROG S两个高异质性单元（异质性指数>8.0），建议划分为子单元管理。水文分析表明，单位面积与平均水深呈多项式关系（R²=0.29），解释了湿地火障密度对燃烧单元规模的制约机制（表1）。

研究结论与意义

该研究证实高分辨率燃烧优先级模型可协调生态保护与安全保障的冲突。通过将WUI区域FRI从基线15.8年缩短至7.9年，显著提升社区防火能力；同时确保寡营养湿地（土壤总磷<200 μg g^-1）获得更频繁的火干扰（8.1年），维持湿地生态功能。模型的空间显式特性支持子单元精准管理，例如在大型沼泽单元内优先处理嵌入的草原斑块，实现“火多样性”管理。

决策框架的创新性在于将传统定性经验转化为动态量化工具，适应气候变化下火制度演变需求。研究提出的火强度与斑块化潜力指数，为通过燃烧季节选择调控火行为提供了新策略。该模型框架可推广至其他火灾依赖型生态系统，尤其在多重管理目标交织的景观中，为全球火生态管理提供了可复制的范式。随着气候变暖加剧火风险，此类高分辨率工具将成为平衡生物多样性保护与人类社会安全的关键技术支撑。