火灾危机的人为与生物气候驱动因素：全球野火危机的复合效应综述

《Global Change Biology》：Compounding Human and Bioclimatic Factors Driving the Global Fire Crisis

　　

数千年来，社会与生态系统一直被火所塑造，同时也反过来塑造了火 regime。然而，近几十年来出现了一场不断升级的"火灾危机"，其特征是大型、高强度野火的发生率不断增加，尤其在森林中最为显著。学术文献和媒体中的声音往往将火灾危机归因于范围狭窄的机制，例如可燃物管理或气候变化。这种未能承认原因复杂性的做法导致了对风险的简单化框定，并最终提出了要么不可行、要么可能导致非预期结果的解决方案。在本综述中，研究人员概述了驱动这场火灾危机的人为因素和生物气候因素。所综述的因素包括：殖民遗产的影响，其几个世纪以来破坏了原住民土地管理和传统燃烧实践；火抑制政策；人口增长、城市化和土地管理实践；生物扰动，如昆虫爆发和入侵植物物种；以及气候变化，其同时影响火 regime 和社会-生态对火的韧性。这些因素中有许多共同发生，导致复杂的相互作用以及往往是非预期的结果。本综述强调，气候变化目前正在产生复合效应（compounding effect），在众多其他因素的基础上推动火灾危机。应对这一危机首先需要承认其复杂性，并超越简单的风险框定。研究人员建议，解决方案将因不同地点和不同时间而异，但可能包括支持原住民土地管理、采用灵活的火响应、将社会期望从激进的火抑制转向"与火共存"（living with fire），以及培育具有韧性的社会和生态社区。

本文是一篇综述性论文，系统梳理了驱动全球火灾危机的人为因素与生物气候因素，并探讨了应对策略。文章主体内容总结如下：

**1 引言**

火在数千年间一直是耦合社会-生态系统的组成部分。原住民群体长期与火共存并将火用于多种目的，包括狩猎、仪式、土地照护以及促进食物和药用植物生长等。许多植物和动物物种也依赖火维持其种群延续，演化出了再萌发、火触发种子释放、烟雾诱导开花等适应性性状。然而，当代正面临"火灾危机"，即大型、高强度火灾的发生率不断上升，造成日益严重的社会、经济和生态损害。极端野火主要集中在北美西部温带针叶林、北美和俄罗斯北方森林以及澳大拉西亚地区。当历史火 regime 被 disrupt、生态系统受损或社会韧性下降时，火可从支撑性过程转变为破坏性扰动。火 regime 由生物气候和人为因素的复杂组合所控制，这些因素调控可燃物产生、可燃物干燥度、火天气、火 ignition 和火蔓延。多个驱动因素日益共同发生，形成"复合事件"（compound event），即两个或多个同时或相继发生并相互放大影响的事件。文章采用"press-pulse 框架"（press-pulse framework）来区分急性突变扰动（pulse）和慢性长期扰动（press）。

**2 从殖民遗产到城市化：驱动火灾危机的人为因素**

**2.1 原住民土地管理的破坏**

欧洲殖民主义对原住民火 regime 的冲击可被视为终极的且最初的 press 扰动。原住民火管理（Indigenous fire stewardship）描述了原住民依据原住民知识（Indigenous Knowledge）行使火权利和管辖权的多种活动。"文化用火"（cultural fire）是指为文化目的有意施用的火。尽管文献中对重要文化燃烧的年代和地理存在争论，但在大多数地区，原住民火管理似乎在晚全新世（约4200年前至今）已具有显著而明显的影响。部分地区有更早人类改变火 regime 的证据。这意味着许多受欧洲殖民主义影响的环境在殖民扰动开始之前，已经经历了数千年乃至更长时间围绕显著原住民管理的适应和重组。殖民经历并非单一模式，不同原住民群体受到的影响方式各异。以美国西南部为例，新墨西哥州 Pueblo 社区在1598年建立西班牙传教站后，疾病、经济与劳动力需求以及暴力导致人口下降高达87%，减少了 Pueblo 文化燃烧对邻近针叶林的贡献，导致火频率降低但雷击火蔓延范围增大。引入家畜是破坏火 regime 最重要的殖民过程之一。直到原住民文化燃烧的破坏与铁路建设和家畜过度放牧等复合过程共同发生时，殖民影响才完全改变了美国西南部和整个北美西部的干性针叶林火 regime。欧洲林业模式对景观火的强加是对原住民管理景观的决定性打击。即使支持恢复文化火 regime 的机构，在殖民制度背景下再现文化燃烧也可能产生反常结果。殖民经历的复合扰动移除了文化燃烧以及许多依赖火的场所的自然火，对生物多样性和火灾害产生了不良后果。当今的野火危机嵌入在这一燃料负荷升高和植被结构与组成改变的遗产之中。

**2.2 火抑制政策**

野火抑制是大多数西方社会当代野火管理的核心焦点，其主要目标是防止或最小化未规划火灾对社会所重视事物的直接影响。长期和大规模实施殖民野火抑制政策的最佳例证来自美国西部和加拿大。20世纪初，受欧洲将火视为"破坏性"媒介的观念影响，积极的野火抑制政策迅速发展。第一次世界大战后，消防、火探测和火预测系统的进步增强了抑制效果。到20世纪最后几十年，抑制如此有效，以至于约97%的野火在达到数百公顷之前即被扑灭。尽管西方社会对火生态作用的认识有所提高，规定火（prescribed fire）的使用有所增加，但规模相对殖民前燃烧仍然较小。这些政策在短期内有效减少了火频率和过火面积，但并未消除大型破坏性野火。近期极端火季暴露了抑制的局限性。抑制偏差（suppression bias）导致少数大型高强度火灾对总过火面积产生不成比例的影响。数十年火排除和积极抑制造成的"火赤字"（fire deficit）增加了历史上通过原住民火管理管理的火 prone 生态系统的可燃物危险。火从这些生态系统中移除促进了可燃物生物量和排列的林分尺度变化。"野火悖论"（wildfire paradox）指积极火抑制在长期内增加了高强度野火的可能性。对野火悖论测试研究的综述发现支持程度不一，最强的支持出现在可燃物受限的生态系统中。

**2.3 人口增长与城市化**

自1950年代以来人口呈指数增长，伴随快速城市化和野地-城市界面（wildland-urban interface）的扩张，现已占全球陆地表面的4.7%。人口密度与 ignition 密度在许多地区密切相关，ignition 密度通常在道路附近和野地-城市界面最高。农业用地范围也与较高的野火 ignition 密度相关。然而，较高的 ignition 密度不一定等同于更多过火面积。在全球尺度上，人口密度与过火面积之间的关系实际上是负的——过火面积在人口快速增长的同时有所下降，这主要归因于热带稀树草原和草地火活动减少。相反，在密集冠层森林中过火面积有所增加。这些相反趋势与植被破碎化有关。在非洲和南美洲稀树草原，农业集约化阻止了火在景观中的蔓延，导致火适应稀树草原植被燃烧频率降低，随时间推移可促进灌木入侵。在热带森林中，破碎化通过干燥森林微气候使火更易蔓延。城市化和农业集约化还与农业土地弃耕相互关联，在欧洲特别是地中海地区，弃耕已被确定为景观变化的最重要驱动因素。

**2.4 木材生产**

天然生产林和人工林覆盖全球约24亿公顷，约占全球森林面积的一半。木材生产与林分火 regime 的若干变化有关，包括树冠火更普遍、选择性采伐后热带雨林火发生率增加以及温带人工林比天然林过火面积更大。在景观尺度上，木材生产对火 regime 的影响不太明确。木材采伐对火风险最直接的影响来自采伐剩余物产生的表面可燃物脉冲输入。采伐导致冠层开阔度的变化也可影响火 regime。对于热带雨林，选择性采伐导致的冠层密度降低可增加表面可燃物干燥，提高火敏感性。在湿润桉树林中，冠层覆盖与可燃物可用性相关。对于针叶林，冠层覆盖与可燃物湿度之间的关系不一，这些差异可能反映了宏观气候、物种组成和景观背景的差异。

**3 气候变化和生物因素对火灾危机的复合效应**

在全球尺度上，气候通过限制可燃物产生、影响可燃物湿度、火天气和 ignition 来约束火活动。在湿润和较冷生物群区，火通常受能量限制约束；在较暖较干旱生物群区，火受水分可用性限制约束。因此，气候变化有可能驱动火 regime 的转型性转变。

**3.1 火天气**

预测气候变化下火 regime 变化的尝试大多以区域为重点，且往往侧重估计火天气而非火 regime 本身。全球研究较为稀少，但发现未来火天气条件在许多火 prone 地区可能增加，增幅最大的地区最可能在亚马逊流域、地中海、北亚和整个北美。在非洲中部和印度次大陆部分地区，由于降雨增加，火活动可能减少。

**3.2 可燃物动态**

近期研究尝试将可燃物动态纳入气候变化下火 regime 变化的预测。例如，McColl-Gausden 等（2022）模拟了澳大利亚东南部气候变化下火天气和可燃物负荷与结构的变化，发现火天气是影响未来火 regime 的主导因素。在美国西部，Abatzoglou 等（2021）发现纳入火后可燃物减少的影响仅导致未来预测过火面积适度下降。若干研究还将 CO₂ 施肥（CO₂ fertilization）纳入未来火模型。CO₂ 施肥指大气 CO₂ 浓度上升增强光合作用和水利用效率从而促进生物量产生的过程。气候变化（包括 CO₂ 施肥）对可燃物负荷及随后火 regime 的影响，可能在火 regime 受可燃物产生限制的地区最为显著。

**3.3 干旱、热浪、风暴和气旋**

在火受能量限制约束的生物群区（如森林），广泛火季通常与严重干旱和热浪共同发生。这些扰动改变可燃物分布、可燃物干燥度和微气候，增加火风险。在火受水分可用性限制的生物群区（如地中海和沙漠生物群区），广泛野火通常出现在异常高降雨后干期回归时。风暴和气旋也改变可燃物结构从而影响微气候，可能导致更强烈的野火。人类活动已导致并将继续导致全球平均温度升高，但气候变化将如何影响热浪的认识出奇有限。现有研究表明热浪频率和强度将在中低纬度增幅最大。气候变化已增加了某些地区的干旱、强降水以及复合干旱和热浪。当前预估表明北美西部、中美洲、欧洲和地中海、亚马逊、南部非洲、中国、东南亚和澳大利亚极端干旱将更频繁。

**3.4 野火 ignition**

气候变化下全球雷击的增减均有预测。然而，雷击变化不一定对应雷击火变化的同步变化，因为只有云对地雷击才能点燃火，且只有具有持续电流超过数十毫秒的云对地雷击（长持续电流雷击，LCC lightning）才可能成功 ignition。雷击还必须发生在干雷暴期间且表面可燃物足够干燥。Pérez-Invernón 等（2023）模拟了全球总雷击、云对地雷击和 LCC 雷击的变化，发现到21世纪末全球 LCC 雷击预计增加41%。因此，气候变化可能通过云对地雷击增加和干雷暴发生而驱动许多地区成功 ignition 频率的变化。

**3.5 生物扰动**

**3.5.1 入侵植物物种**

入侵非本地植物物种对火 regime 的影响因生态系统、入侵植物为草本还是木本以及其他因素（如气候变化）的存在而异。在某些情况下，高含水量和/或产生高容重可燃物床的入侵物种可降低可燃性。更常见的是，入侵物种可改变可燃物特性导致更频繁更高强度的火，这可能有利于入侵物种，形成入侵-火循环（invasion-fire cycle）。Tomat-Kelly 和 Flory（2023）的综述发现入侵-火循环的普遍性研究不足，栖息地易感性亦然。

**3.5.2 昆虫和病原体**

21世纪头二十年全球森林经历了广泛的昆虫和病原体扰动。这些扰动后持续存在的生物遗留（biological legacies）可改变后续野火特征。例如，北美东北部森林的原生食叶昆虫东部云杉芽虫（Choristoneura fumiferana）爆发已被证明可增加表面可燃物负荷从而增加实验燃烧中的表面火行为。火前昆虫和病原体扰动还可通过改变火后种子可用性、基质或微气候条件影响火后恢复速率和轨迹。然而，昆虫或病原体扰动是否影响后续野火特征或恢复因扰动属性（如媒介、严重程度和扰动后时间）及其他环境驱动因素而异，这对概括生物因素对后续火活动和恢复模式的影响构成了挑战。

**4 生态系统韧性改变**

除改变促进野火的条件外，本文综述的人为和生物气候因素还影响生态系统对火的韧性。韧性是生态系统对扰动的抵抗力和恢复速度的函数。如果系统已处于更严重扰动（如干旱或改变的火 regime）的压力之下，生态系统对火的抵抗力可能降低。森林火频率增加已触发一些生态系统向替代植被状态转变。依赖招募恢复的关键植物物种所在生态系统风险最大。例如，在澳大利亚东南部，2019/20火季烧毁了83,000公顷的桉树林，其中30%仍处于前几次火季后的未成熟状态，超过12,000公顷随后被森林管理者重新播种以防止森林向非森林状态转变。火前干旱也可通过影响种子库影响生态系统恢复。

**5 案例研究：当气候变化、火抑制和树皮甲虫碰撞时**

2020年美国西部火季体现了当前的火灾危机——超过370万公顷过火，Cameron Peak 火成为科罗拉多州有记录以来最大的火。该地区野火活动增加是长期火赤字、气候变化和原生树皮甲虫爆发的共同作用。树皮甲虫分布和爆发随气候变暖而增加。树皮甲虫导致的树木死亡明显改变了可影响野火活动、效应和火后恢复的许多因素。然而，爆发对野火活动和火后恢复影响的实证证据不一。在 Cameron Peak 火中，大部分树皮甲虫导致的树木死亡源于山松甲虫（mountain pine beetle, MPB）爆发，其在火前十余年导致了黑松（lodgepole pine）的广泛严重死亡。许多林分中细表面可燃物可能仍然升高，而灌木和林下树木的竞争释放可能增加了梯状可燃物。粗木质可燃物也升高。火行为和火后恢复的观察大体与 MPB 爆发对野火影响的假设一致，但也出现了一些意外。例如，火后两年黑松再生非常有限，与预期相反。这些观察指向树皮甲虫爆发与野火相互作用的复杂方式，同时凸显了研究人员对生态学理解的不完整。

**6 应对火灾危机**

在所综述的多样风险因素中，出现了三个共性：（1）风险因素对火 regime 的影响因生态系统和气候区域而异；（2）这些效应可随时间变化；（3）火 regime 的转变很少归因于单一因素，通常涉及多个复合因素。因此，需要广泛的社会变革和有针对性的地方行动相结合。

**6.1 认识野火危机的复杂性**

应对火灾危机的第一步是承认火 regime 改变的多种原因以及耦合社会-生态系统韧性的变化。尽管呼吁渐增，但对特定野火事件或火季的学术分析往往通过单一学科框架进行，促进简单化响应。Essen 等（2023）提供了从简单风险框定转向复杂风险框定的原则，包括寻求和纳入多样知识类型、采用包容性参与策略、纳入代表性不足的利益相关者、确保风险管理支持的分配考虑可能代表性不足的社区以及增加适应资金比例。

**6.2 应对气候变化**

气候变化几乎影响火灾危机的各个方面。在全球尺度上对气候变化采取行动是应对火灾危机的核心。火也通过多种机制影响气候，包括大量碳排放释放、大气气溶胶和气体释放以及植被移除和木炭沉积影响潜热通量和地表反照率。因此，应对火灾危机对应对气候变化也很重要。

**6.3 转向"与火共存"心态**

转变社会对火管理的期望十分重要，即从积极抑制转向与火共存。还需要更广泛的社区接受野火管理中的不确定性以及试验不同管理方法的需要。实现社区可持续 coexistence 与火的目标需要研究、社区教育和示范以及政策、立法和治理改革的结合。支持社区的方法类型需反映不同社会动态和可接受的制度路径。利用重大野火后时期的社区兴趣可能为建立火韧性社区提供最佳机会。

**6.4 恢复和维持火韧性景观**

通过允许更多"好火"（good fire）来恢复和维持火韧性生态系统和景观十分重要。好火可包括文化燃烧、计划火或规定火，或允许某些野火燃烧。例如，加拿大一些火机构实施了"修改火响应"策略，涉及管理野火使其被允许燃烧并提供生态或可燃物危险减少效益。然而，好火的重新实施往往受到数十年/数世纪不适当火 regime 的阻碍。在这些情况下，需要额外干预措施将植被和可燃物过渡到支持好火的状态。

**6.5 减少可燃物危险**

除恢复好火外，减少可燃物危险的其他方法包括造林、放牧、机械粉碎、绿色防火带、防火植物种植和城市设计。例如，在美国西部干性针叶林中，疏伐和燃烧处理在后续野火中对火严重程度、树木死亡率和树冠 scorch 产生了积极结果。绿色防火带已在许多国家有效用于减缓和遏制野火，特别是在中国。在野地-城市界面，若干管辖区已开发资源为减少住宅周围可燃性提供指导。

**6.6 有针对性的火抑制**

尽管大规模火抑制日益无效且适得其反，火抑制仍将是应对日益增长的野火危机的宝贵工具。火抑制对于保护野地-城市界面中的人类生命、财产和关键基础设施以及火敏感环境和生物群将十分重要。例如，在2019/20澳大利亚特大火灾期间，采用了大规模抑制努力来保护濒危的 Wollemi 松。

**7 结论**

日益增长的野火危机不能仅归因于单一因素，同样也没有单一干预措施能解决这一危机。本综述表明，火灾危机源于长期 press 扰动的组合，包括原住民火管理的破坏、火抑制政策和土地利用变化。气候变化目前正通过脉冲扰动复合这些效应，主要包括干旱、热浪、风暴、昆虫爆发以及某些地区增加的雷击 ignition。应对这一危机首先需要承认其复杂性。考虑到局部火 regime 和社区多样性的较小尺度、基于地方的解决方案可能比简单的广尺度解决方案更有效。需要实验并找出在何处何时何种方法有效，并随着气候和火 regime 的演变持续适应。