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该综述通过贝叶斯 meta 分析整合 65 篇文献的 1932 项观测数据,探讨美国西部干旱针叶林不同燃料处理(疏伐 + 烧除、单纯疏伐、单纯首次计划烧除)对燃料负荷的短期影响,发现处理类型、森林类型和初始林分条件影响效果,为林火管理提供科学依据。
研究背景与目的
美国西部干旱针叶林因气候变暖和长期禁火,燃料积累导致高 severity 野火频发。燃料处理(如疏伐(THIN)、计划烧除(BURN)及其组合)是缓解火险的重要手段,但不同处理对各类燃料负荷的影响尚不明确。本研究通过 meta 分析,量化不同处理的短期效果,探讨处理类型、森林类型和初始林分条件的作用。
研究方法
文献筛选与数据提取
检索 Web of Science 数据库,纳入 65 篇研究,涵盖疏伐、烧除、疏伐 + 烧除(THIN+BURN)等处理类型,涉及树密度、 basal area、 canopy bulk density(CBD)、细木质残体(FWD)、粗木质残体(CWD)等燃料组分,数据来自美国西部 5 种干旱针叶林类型(如黄松、内华达混合针叶林等),处理后观测时间≤5 年。
统计分析
采用贝叶斯分层模型,计算响应比(RR)评估处理效果,分析处理类型、初始燃料负荷和森林类型对 post-treatment 燃料负荷的影响,检验 publication bias。
研究结果
不同处理对燃料负荷的短期效果
- 冠层燃料(Overstory Fuels):THIN+BURN 显著降低树密度(74%)、basal area(47%)、CBD(56.3%),提升 canopy base height(CBH,233%);THIN 对冠层燃料的降低作用较弱(树密度 56%、CBD58%);BURN 对冠层燃料无显著影响。
- 地表燃料(Surface Fuels):BURN 显著降低凋落物(74%)、1-hour FWD(58%)、100-hour FWD(54%)和腐烂 CWD(90%),但对健全 CWD 和 10-hour FWD 无显著影响;THIN 和 THIN+BURN 对地表燃料无显著影响。
初始林分条件与森林类型的影响
- 初始燃料负荷:post-treatment 燃料负荷与预处理负荷呈正相关,但处理类型影响差异显著。例如,高初始密度林分中,THIN+BURN 和 THIN 降低树密度的效果优于 BURN;高初始 CWD/FWD 负荷下,BURN 和 THIN+BURN 的降低效果更显著。
- 森林类型:黄松林中,各处理后树密度、basal area 和 CWD 均低于其他类型;内华达混合针叶林在 THIN 后 CWD 较高,而黄松林在 BURN 和 THIN 后 FWD 较高。
讨论
处理效果差异的机制
THIN+BURN 通过机械疏伐减少冠层燃料,结合烧除抑制地表燃料积累,是降低冠层火风险的最佳组合。BURN 依赖燃烧消耗地表燃料,但对高抗性的健全 CWD 效果有限。THIN 可能因残留枝条增加地表燃料,导致火险反弹。
管理启示
- 处理选择:高冠层燃料负荷区优先采用 THIN+BURN;地表燃料为主的区域可单用 BURN。
- 初始条件考量:燃料密集林分需加强处理强度,如提高疏伐密度或增加烧除频次。
- 模型应用:研究结果可优化火行为模型(如 FLAMMAP)和烟雾扩散模型的燃料输入参数,提升预测精度。
研究局限与展望
缺乏对咀嚼处理、多次烧除和管理野火的长期数据,未来需标准化处理参数(如烧除强度、疏伐方式),并加强多因素交互作用研究,以完善干旱针叶林的精准火险管理策略。
结论
燃料处理能有效降低美国西部干旱针叶林的燃料负荷,但效果受处理类型、初始林分条件和森林类型调控。THIN+BURN 在减少冠层燃料方面效果最优,BURN 则是地表燃料管理的高效手段。研究为气候变化下的林火风险调控和森林恢复提供了关键数据支撑,呼吁加强多类型处理的长期效应监测和机制研究。