福建三明地区森林火险区划1)

郭怀文 刘晓东

(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，北京，100083)

邱美林

(福建三明市林业局)

三明林业局自然条件优越，森林资源丰富，是国务院批准建立的全国集体林区改革试验区，也是国家林业局批复同意设立的全国集体林区林业产权制度改革试点和海峡两岸现代林业合作实验区。因此，林业在当地国民经济中占有十分重要的地位。据资料统计，过去10年中，三明地区的森林火灾造成过火总面积12122.9 hm2，过火有林地面积9436.6 hm2，烧毁成林蓄积 319298.3 m3，幼林损失 682.9万株，造成的经济损失及气象灾害、地质灾害等无法估算，对国家的生态资源安全和人民的生命财产安全造成了严重的威胁。特别是集体林权制度改革后，森林防火出现了巡山护林难、火源管控难、设施投入建设难、防控能力低等新情况、新问题。因此以个县(区)为单位，研究三明地区的森林火灾时空分布特征具有重要意义。

森林火灾由于受到气候变化、植被分布、人为活动等的影响，呈现出不同的地域分布特征。为了控制林火的发生，掌握林火的地理分布规律，对森林火险区划是行之有效的方法之一[1]。柴造坡等[2]根据黑河地区1987—2006年林火资料，利用地理信息系统等工具分析了林火空间分布规律。尹海伟以GIS技术为支撑，选取植被类型、海拔、坡度、坡向和离居住区远近作为主要林火影响因子，采用因子加权叠置法，对研究区森林火险情况进行了定量评价，将火险等级分为无、低、中、高和极高5类[4]。刘桂英等[5]对2000—2002年黑龙江省林火在时空分布及火因上做了统计分析，并针对近3年的林火发生规律，在防火策略、措施上提出了建议。总体来看，国内外学者基于气象资料和森林火灾资料来研究林火的时空发展规律是行之有效的方法[6－9]。长期以来，国内林火时空分布的研究已经取得了长足的进展，但现有的研究尺度较大[10]，以林业局为单位的针对性研究较少[11]。尤其通过区划结果分析森林火灾预防和扑救特点，并提出具有实效性对策的研究更少。因此，研究三明地区林火发生的空间分布规律，分析火灾预防和扑救特点，探讨林火预防扑救对策，具有十分重要的意义，可为当地的林火管理和森林防火工程建设提供科学依据。

1 研究地区概况

三明市地处福建省的西北部，北纬25°29'～27°7'，东经116°22'～118°39'。东西宽 230 多公里，南北长180多公里，总面积22928.8 km2，山地占总面积82%，耕地占8.3%，水域及其它占9.7%，素有“八山一水一分田”之称。该区属于中亚热带大陆性与海洋性兼并的季风气候。年平均气温约为18℃，雨量充沛，年平均降水量约为1680 mm;年平均相对湿度87%。全市现有森林面积178.61万hm2，森林覆盖率76.8%;活立木蓄积量1.15亿m3，其中商品林占74.96%，生态林占25.04%;立竹储量3.66亿株。境内有高等植物267科1062属2843种。其中:国家重点保护野生植物有34种，一级保护植物有南方红豆杉(Taxus mairei)、银杏(Ginkgo biloba)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)等6种，此外，还有成片的格氏栲(Castanopsis kawakamii Hay)、长苞铁杉(Tsuga longibracteata Cheng)、柳杉(Cryptomeria fortunei)等珍贵树种。主要植被类型有常绿阔叶林、常绿针叶林、针阔混交林、竹林、经济林、灌木林和草丛等。

2 研究方法

收集三明地区2000—2009年每次火灾的林火数据，通过数据整理，选取区划因子平均火灾过火面积、平均单次火灾过火面积、平均损失蓄积量、森林活蓄积量，用聚类分析的方法进行分类[12－15]。在综合分析评价的基础上利用计算机技术绘制森林火险等级区划。

2.1 区划参数选择

在选取区划参数时，主要从各县区林火预防能力、地区扑救水平、林火危害程度、林业资源的比重几个方面来考虑，每一个方面分别选用一个指标量化，将三明地区各县区进行聚类区划。通过数据整理选取以下区划参数。

平均单位面积林火发生次数计算公式:

平均单次火灾过火面积计算公式:

平均单位过火面积损失蓄积量计算公式:

森林蓄积量——各县(市)活立木的蓄积量，是衡量森林资源的指标，用字母Gf表示。

2.2 聚类方法

聚类分析法是将样本单元按照它们在性质(用因子体现)上的亲疏程度进行分类。由于各个因子的量纲不同，数据大小相差也较大，在进行分类之前要先进行标准化变换。该方法主要是对变量的属性进行变换处理，首先对列进行中心化，然后用标准差给予标准化。即:

经过变换处理后，每列数据的平均值为0，方差为1。使用标准差作标准化处理后，在抽样样本改变时仍保持变量属性的相对稳定性。在研究样本间亲疏程度的数量指标时，一般用样本间的距离表示。本文用欧氏距离进行计算。

式中:dij为样本之间的距离;m为指标个数;k为指标次序;X为样本。

根据样本之间的距离，依次将距离最小的样本合并为一类，逐步联接成聚类分析图。

3 结果与分析

3.1 三明林火数据统计

三明地区各区县平均单次火灾过火面积、平均单位面积林火发生次数、平均单位面积损失蓄积量、森林活蓄积量数据的统计结果见表1。

表1 2000—2009年三明地区林火数据

3.2 聚类分析

首先利用标准化公式(4)对所有样本数据进行标准化处理，然后再利用公式(5)得到欧式距离。整个过程可用SPSS软件进行分析求解，得出的聚类树状，如图1所示。

图1 林火数据聚类分析树状图

聚合系数随分类数变化的曲线如图2所示。从图2可以看出，当分类数为4以后时，曲线变得平缓，聚类效果好，因此将分类结果划分为4类。按照4类划分方法，在树状图中大约10的位置向下切割。切割线每相交一条树状线即分为一类。最终分类结果为:一类(大田);二类(尤溪);三类(建宁、泰宁、清流、宁化、沙县)，四类(将乐、明溪、永安、市区)。

图2 聚合系数随分类数变化曲线

根据划分结果，针对三明地区具体情况，对4类地区进行分析。

一类防火区域为大田县。火险最高，是过去10年中受灾最严重的林区。从数据分析看，大田县林地面积不大，约为16.12万 hm2，林木蓄积量虽然低，但是火灾发生次数较高，特别是大田县发生重特大火灾的次数明显高于其他县(市)。从2000—2009年间，三明市总共发生11起重特大森林火灾，其中6起在大田县发生。大田县平均单位面积发生林火次数、平均单位面积损失蓄积量以及平均单次火灾过火面积都明显高于其他地区，因此将大田县划分为一级火险区。

二类防火区域为尤溪县。尤溪县森林储蓄量较高，仅次于永安市，有林地面积为全地区最大，属于三明地区森林资源分布较集中的地方，生态条件优越，但面临的火灾形势严峻，防火任务较重。平均单次火灾过火面积和平均单位面积损失蓄积量偏大，该地区林火扑救情况居于中等偏下水平，发生林火次数为全市最多，平均林火发生次数仅次于大田县，说明尤溪县火源管控难度大，林火易发，扑救效率偏低，为二级火险区。

三类防火区域包括建宁、泰宁、清流、宁化、沙县。这几个县有林地面积和森林储蓄量为(736.4～1200)×104m3，基本为全市的平均水平，森林资源和生态条件居中，平均单次火灾过火面积和平均单位面积损失蓄积量分别在0.041～0.064次/hm2和145～414 m3/hm2，都属于中等水平，说明三级火险区的林火预防和扑救水平代表了全市的平均水平。因此，将这几个地区划分为三级火险区。

四类防火区域包括将乐、明溪、永安、市区。这些地区属于三明市市区为中心的辐射地带，森林资源丰富，生态条件良好，森林蓄积量大，占全市森林蓄积量的一半，是三明市林分集中地带，属于重点林区。平均单位面积林火次数在0.016～0.046次/hm2之间，平均火灾过火面积在0.368 hm2/次以下，平均单位面积损失蓄积量仅在81～142 m3/hm2之间，各项林火指标都处于较低水平。将其划分为四级火险区。

3.3 防火区划图

根据区划结果将一级火险区用红色表示，二级火险区用黄色表示，三级火险区用浅红色表示，四级火险区用浅黄色表示，如图3所示。

图3 三明森林火灾区划图

其中:一级火险区面积为2227 hm2，约占总面积的10%;二级火险区面积3425 hm2，约占总面积的15%;三级火险区面积为7430 hm2，约占总面积的40%;四级火险区面积9847 hm2，占总面积的35%。

3.4 防火对策

1)针对一级防火区，即大田县，从林火管控角度分析，大田县平均过火面积远远高于其他县(市)，即单次发生火灾过火面积较大，说明林火扑救效率不高，火灾发展成为重大、特大火灾的几率较高，造成林地受害面积较多。因此，要提高一级防火区扑救林火效率，做到在火灾发生初期能迅速到达火场，快速灭火，减少损失，必须完善防火路设施。林区公路网密度，是衡量该地区扑火能力的一个重要指标，因此要改善林区交通条件，开设、修建林区公路，特别是火灾易发和防火薄弱地带要增设、加宽防火路。大田县平均单位面积林火发生次数最高，充分说明大田县火源管控难度较大，火灾频繁发生。密集分布的火点和林火的频繁发生导致天然次生林结构的破坏，林相残破，林内卫生条件极差，森林蓄积量较低，降低了林地的抗火性。同时，农林交错分布也是导致林火频发的主要原因。因此，加强林火管理，严格控制火源是一级火险区的一项重要防火对策。在引发火灾的火源中，主要包括生产用火如烧田埂、烧荒、炼山等;非生产用火如吸烟、取火煮饭等火源占绝大多数，主要是由于人为忽视或缺乏防火意识而酿成火灾。因此，应依据《森林法》及有关的护林防火条例，依法治火，依法管火。在防火期内，要严格用火审批制度，并在用火现场配置足够的人员和打火工具，以防跑火。

2)针对二级防火区，即尤溪县，该县面积3425.3 km2，管辖8个镇，7个乡，人口约43万，人口密度约为125人/km2。公路通车里程达1851 km2，县乡已经形成公路网络。较高的人口密度和高密度的公路网络导致尤溪县火灾发生次数为各县市之首，居高的平均单位面积发生火灾次数，反映出林火预防工作为该县的薄弱环节。尤溪县首先应该加强火源管理，尤其在防火期，做好防火宣传。各级护林防火部门应日夜值班，严格控制野外用火，层层落实，实行划片包干责任制。建立健全各项防火规章制度，使火灾次数及损失降到最低限度。

3)三级火险区预防水平和扑救能力都处于中间水平。防火人力、物资在保障一、二级防火区的情况下要重点投放在三级火险区，要逐步完善防火措施，以“预防为主，积极消灭”的方针，整体上提高预防和扑救能力。要逐步建立适合本地区的林火预测预报机制，完善护林防火设施建设，进一步降低林火发生水平。

4)四级防火区森林蓄积量占全市森林蓄积量的一半，森林资源丰富，生态条件好，要充分发挥营林防火的优势，推广营林防火技术，增强森林自身抗火、阻火效能。营林防火具有防火效能强、时效长、增加森林覆盖率、节省林地、有利于水土保持、保持自然景观等优点。要对林分及时定期抚育间伐，减少可燃物的积累，及时清理采伐迹地。此外，可营造混交林和选择女贞(Ligustrum lucidum Ait.)、木荷(Schima superba Gardn.et Champ.)、油茶(Camelia oleifera)等耐火树营造防火林带，使防火林带与沟渠、林道等组成防火阻火网络。在造林规划时，也应兼顾防火的因素，营造针阔混交林和防火林带，以提高森林自身的抗火、隔火效能。

4 结论与讨论

用聚类分析的方法将三明地区划为四级火险区:一级火险区为大田县，其面积占10%;二级火险区为尤溪县，占15%;三级火险区包括建宁、泰宁、清流、宁化、沙县，占40%;四级火险区包括将乐、明溪、永安、市区，占35%。划分结果显示，三明市总体林火控制较好，但局部地区受害严重。东西部边缘地区火灾形势相对较重，重灾区占总面积的57%。尤其以东南地区林火发生率和森林燃烧率明显高于其他地区，重特大森林火灾多发，防火形势严峻。

区划选取的平均单次火灾过火面积、平均单位面积林火次数、平均损失蓄积量、森林活蓄积量4个因子分别体现了林火预防能力、扑救水平、危害程度和森林资源比重4个方面，选择的因子具有针对性。

目前，全国范围、福建省级范围的森林火险区划已经存在，但针对三明地区小尺度的研究还未见报道。本研究针对三明地区具体情况进行火险区划，其结果可以作为制定森林防火体系建设规划时分配防火人力、装备、物资投放的依据，在制定和落实森林防火的有效措施时实行分类指导，以利于促进森林防火工作科学化、规范化、制度化。

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