《Fire Ecology》：Short fire-return intervals modify fuel structure, changing flammability and fire behavior in dry forests of southeastern Australia
编辑推荐：
缩短火灾返回间隔正推动澳大利亚温带地区的火耐受生态系统超越其生态极限，产生组成与结构显著不同的替代植被状态。尽管这些 regime 转变对火耐受桉树林的结构影响已有记载，但其对可燃性和火行为的后果在很大程度上仍未经检验。研究人员将保留桉树冠层且处于典型火 re
缩短火灾返回间隔正推动澳大利亚温带地区的火耐受生态系统超越其生态极限，产生组成与结构显著不同的替代植被状态。尽管这些 regime 转变对火耐受桉树林的结构影响已有记载，但其对可燃性和火行为的后果在很大程度上仍未经检验。研究人员将保留桉树冠层且处于典型火 regime（参考状态）的区域与澳大利亚东南部火耐受原生林中处于替代状态的区域进行了比较，评估了基于点位的燃料结构、载量、危险度、地表燃料可燃性，并模拟了基于点位的火行为。采用既定野外方案对燃料结构进行目视评估以估算燃料危险度，并采集地表燃料用于实验室可燃性测试。使用 Vesta Mk2 模型在代表从低强度到极端野火条件的五种天气情景下模拟火行为。在替代状态下，地表和升高层的燃料危险度得分显著更高，而在参考状态下，近地表层和树皮层得分更高。然而，实验室可燃性测试表明，替代状态的地表燃料比参考状态的可燃性更低。模拟火行为显示，在所有五种天气情景下，替代状态的火焰高度始终高于参考状态，且在中等至高度火险天气条件下蔓延速率更快。参考状态的飞火距离始终更高。这些结果表明，替代状态的桉树林产生独特的火行为特征：地表燃料可燃性较低、火焰高度较高，但飞火潜力降低。这种改变后的火行为对后续火 regime 及替代状态持续性的景观尺度影响有待进一步研究。
**论文解读：短火灾返回间隔驱动下替代状态的燃料结构与火行为特征**
### 一、研究背景与问题
火与植被之间存在双向反馈：火塑造植被群落，而植被结构又通过决定燃料特征来调控可燃性与火行为。在澳大利亚东南部，由于火灾频率增加，火耐受的桉树（*Eucalyptus*）森林在经历短返回间隔火灾后，出现再生失败和树木死亡，导致冠层丧失，转变为以小型非桉树乔木和灌木为主的替代生态系统状态。这种状态转变会改变燃料的垂直排列、组成和载量，进而可能改变后续火行为，形成正反馈，促使替代状态持续存在。然而，以往研究多聚焦于结构变化，对替代状态与参考状态在可燃性和火行为上的差异缺乏定量实证。为此，研究人员在澳大利亚东南部威尔逊岬国家公园（Wilsons Promontory National Park）的干燥火耐受桉树林中，系统比较了参考状态（保留桉树冠层、典型火 regime）与替代状态（桉树冠层丧失）的燃料结构、地表燃料可燃性及模拟火行为，以揭示状态转变对火动态的潜在影响。
### 二、研究设计与方法
研究选取10个参考状态样地和10个替代状态样地，所有样地均位于2005年野火过火区域，且燃烧严重度为高或极端。样地至少相距150 m，并避开边缘效应。研究人员采用扩展的野外燃料危险度评估方法（Pickering et al., 2023），沿两条相交的33 m样线，在24个1 m2样方内测定地表、近地表、升高和树皮四个燃料层的覆盖度、高度/深度、枯死比例，并依据燃料危险度表（Hines et al., 2010）评定各层危险度（1–5级）。粗燃料（直径>75 mm）沿两条50 m样线采用截线法测定体积并换算为生物量。地表燃料样品在实验室干燥后，采用火焰传播装置测定引燃概率（ignitability）、燃烧速率（combustibility）、燃尽时间（sustainability）和消耗量（consumability）。火行为采用Vesta Mk2模型（通过Amicus界面）模拟，输入地表和近地表燃料载量、升高燃料高度等参数，并在五种天气情景（两次计划烧除、一次典型条件、2005年和2009年野火情景）下输出火焰高度、蔓延速率和飞火距离。粗燃料的潜在热释放和燃尽时间根据McArthur和Cheney（2015）的热值与燃烧速率估算。统计分析采用ANOVA、Kruskal–Wallis检验及对齐秩变换（ART）处理非参数数据。
### 三、主要结果
**野外燃料评估结果**
替代状态的升高燃料平均基高1.9 m、顶高4.7 m，显著高于参考状态（基高1.1 m、顶高3.0 m），且升高燃料覆盖度更高（31.3% vs 14.5%），导致升高层燃料危险度得分更高（3.0 vs 1.4）。地表燃料危险度在替代状态也显著更高（3.9 vs 3.3），但地表燃料深度、覆盖度、载量和堆积密度在两种状态间无显著差异。树皮燃料危险度在替代状态显著更低（0.5 vs 2.9），反映其几乎没有桉树主干。近地表燃料危险度在参考状态更高（3.0 vs 2.5）。粗燃料平均载量在替代状态低52%（4.1 t ha?1 vs 8.6 t ha?1），但差异未达显著水平。
**实验室可燃性结果**
实验室火焰传播实验表明，替代状态的地表燃料引燃概率更低（0.57 vs 0.95），引燃时间延长68%（37.7 s vs 22.5 s），尽管其含水率更低（1.36% vs 1.87%）。燃烧速率（1.00 mm s?1 vs 1.84 mm s?1）和燃料消耗量（280.9 g m?2 vs 987.3 g m?2）均显著低于参考状态，最大火焰高度也更低（5.9 cm vs 24.7 cm）。两种状态的火焰持续时间相似（约281–285 s），但替代状态的变异性更大。
**模拟火行为结果**
在所有五种天气情景下，替代状态的模拟火焰高度均显著高于参考状态（6.6–32.8 m vs 2.2–25.5 m）。蔓延速率在替代状态更快，但仅在pb_high、typical_cond和wf_2005情景下差异显著（中位数快228–429 m h?1），在pb_low和wf_2009下无显著差异。飞火距离在参考状态下显著更高，且随天气严重度增加而增加（从pb_low的1246 m至wf_2009的5253 m），而替代状态的飞火距离在所有情景下均较低（383–1078 m）且对天气情景不敏感。粗燃料的模拟热释放和燃尽时间在两种状态间无显著差异，但替代状态的平均值约为参考状态的一半。
### 四、讨论与结论
研究表明，替代状态的可燃性和火行为取决于测量维度：野外燃料危险度评估认为替代状态地表和升高层危险度更高，但实验室可燃性测试显示其地表燃料更难引燃、更不易燃烧和消耗，模拟火行为则显示其火焰更高、蔓延可能更快但飞火更少。这种“表面难燃、垂直火行为增强”的特征源于冠层丧失后的物种替代：小型灌木和乔木（如 *Kunzea ambigua* 和 *Acacia verticillata*）的叶片小而致密，形成压实、通气性差的凋落物层，降低地表引燃和蔓延潜力；而升高燃料层更高更密，在Vesta Mk2模型中显著提高火焰高度。短间隔火灾导致的树皮燃料缺失则大幅降低了飞火潜力。这些差异在中等至高度火险天气下更为明显，但在极端天气（wf_2009）下，天气主导火行为，状态间差异减弱。
管理上，替代状态可能更难通过地表火引燃，但一旦燃烧，其更高的火焰高度（平均18 m）足以点燃相邻参考森林的桉树冠层（约19 m），从而增加邻近森林的冠火风险和二次转化概率。计划烧除在替代状态内可能因地表可燃性低而燃烧不均，但在边缘地带可能造成冠层灼伤。未来研究应关注替代状态燃料湿度动态、景观尺度上的空间配置如何影响火行为，以及这种反馈是否会在气候变化的火 regime 下扩大替代状态的面积。本研究首次综合野外评估、实验室实验和火行为模拟，揭示了替代状态独特的“火行为信号”，为理解火灾—植被反馈及森林管理提供了关键实证。
