福建三明地區森林火險區劃1)

郭懷文 劉曉東

(省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室(北京林業大學)，北京，100083)

邱美林

(福建三明市林業局)

三明林業局自然條件優越，森林資源豐富，是國務院批準建立的全國集體林區改革試驗區，也是國家林業局批復同意設立的全國集體林區林業產權制度改革試點和海峽兩岸現代林業合作實驗區。因此，林業在當地國民經濟中占有十分重要的地位。據資料統計，過去10年中，三明地區的森林火災造成過火總面積12122.9 hm2，過火有林地面積9436.6 hm2，燒毀成林蓄積 319298.3 m3，幼林損失 682.9萬株，造成的經濟損失及氣象災害、地質災害等無法估算，對國家的生態資源安全和人民的生命財產安全造成了嚴重的威脅。特別是集體林權制度改革后，森林防火出現了巡山護林難、火源管控難、設施投入建設難、防控能力低等新情況、新問題。因此以個縣(區)為單位，研究三明地區的森林火災時空分布特征具有重要意義。

森林火災由于受到氣候變化、植被分布、人為活動等的影響，呈現出不同的地域分布特征。為了控制林火的發生，掌握林火的地理分布規律，對森林火險區劃是行之有效的方法之一[1]。柴造坡等[2]根據黑河地區1987—2006年林火資料，利用地理信息系統等工具分析了林火空間分布規律。尹海偉以GIS技術為支撐，選取植被類型、海拔、坡度、坡向和離居住區遠近作為主要林火影響因子，采用因子加權疊置法，對研究區森林火險情況進行了定量評價，將火險等級分為無、低、中、高和極高5類[4]。劉桂英等[5]對2000—2002年黑龍江省林火在時空分布及火因上做了統計分析，并針對近3年的林火發生規律，在防火策略、措施上提出了建議。總體來看，國內外學者基于氣象資料和森林火災資料來研究林火的時空發展規律是行之有效的方法[6－9]。長期以來，國內林火時空分布的研究已經取得了長足的進展，但現有的研究尺度較大[10]，以林業局為單位的針對性研究較少[11]。尤其通過區劃結果分析森林火災預防和撲救特點，并提出具有實效性對策的研究更少。因此，研究三明地區林火發生的空間分布規律，分析火災預防和撲救特點，探討林火預防撲救對策，具有十分重要的意義，可為當地的林火管理和森林防火工程建設提供科學依據。

1 研究地區概況

三明市地處福建省的西北部，北緯25°29'～27°7'，東經116°22'～118°39'。東西寬 230 多公里，南北長180多公里，總面積22928.8 km2，山地占總面積82%，耕地占8.3%，水域及其它占9.7%，素有“八山一水一分田”之稱。該區屬于中亞熱帶大陸性與海洋性兼并的季風氣候。年平均氣溫約為18℃，雨量充沛，年平均降水量約為1680 mm;年平均相對濕度87%。全市現有森林面積178.61萬hm2，森林覆蓋率76.8%;活立木蓄積量1.15億m3，其中商品林占74.96%，生態林占25.04%;立竹儲量3.66億株。境內有高等植物267科1062屬2843種。其中:國家重點保護野生植物有34種，一級保護植物有南方紅豆杉(Taxus mairei)、銀杏(Ginkgo biloba)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)等6種，此外，還有成片的格氏栲(Castanopsis kawakamii Hay)、長苞鐵杉(Tsuga longibracteata Cheng)、柳杉(Cryptomeria fortunei)等珍貴樹種。主要植被類型有常綠闊葉林、常綠針葉林、針闊混交林、竹林、經濟林、灌木林和草叢等。

2 研究方法

收集三明地區2000—2009年每次火災的林火數據，通過數據整理，選取區劃因子平均火災過火面積、平均單次火災過火面積、平均損失蓄積量、森林活蓄積量，用聚類分析的方法進行分類[12－15]。在綜合分析評價的基礎上利用計算機技術繪制森林火險等級區劃。

2.1 區劃參數選擇

在選取區劃參數時，主要從各縣區林火預防能力、地區撲救水平、林火危害程度、林業資源的比重幾個方面來考慮，每一個方面分別選用一個指標量化，將三明地區各縣區進行聚類區劃。通過數據整理選取以下區劃參數。

平均單位面積林火發生次數計算公式:

平均單次火災過火面積計算公式:

平均單位過火面積損失蓄積量計算公式:

森林蓄積量——各縣(市)活立木的蓄積量，是衡量森林資源的指標，用字母Gf表示。

2.2 聚類方法

聚類分析法是將樣本單元按照它們在性質(用因子體現)上的親疏程度進行分類。由于各個因子的量綱不同，數據大小相差也較大，在進行分類之前要先進行標準化變換。該方法主要是對變量的屬性進行變換處理，首先對列進行中心化，然后用標準差給予標準化。即:

經過變換處理后，每列數據的平均值為0，方差為1。使用標準差作標準化處理后，在抽樣樣本改變時仍保持變量屬性的相對穩定性。在研究樣本間親疏程度的數量指標時，一般用樣本間的距離表示。本文用歐氏距離進行計算。

式中:dij為樣本之間的距離;m為指標個數;k為指標次序;X為樣本。

根據樣本之間的距離，依次將距離最小的樣本合并為一類，逐步聯接成聚類分析圖。

3 結果與分析

3.1 三明林火數據統計

三明地區各區縣平均單次火災過火面積、平均單位面積林火發生次數、平均單位面積損失蓄積量、森林活蓄積量數據的統計結果見表1。

表1 2000—2009年三明地區林火數據

3.2 聚類分析

首先利用標準化公式(4)對所有樣本數據進行標準化處理，然后再利用公式(5)得到歐式距離。整個過程可用SPSS軟件進行分析求解，得出的聚類樹狀，如圖1所示。

圖1 林火數據聚類分析樹狀圖

聚合系數隨分類數變化的曲線如圖2所示。從圖2可以看出，當分類數為4以后時，曲線變得平緩，聚類效果好，因此將分類結果劃分為4類。按照4類劃分方法，在樹狀圖中大約10的位置向下切割。切割線每相交一條樹狀線即分為一類。最終分類結果為:一類(大田);二類(尤溪);三類(建寧、泰寧、清流、寧化、沙縣)，四類(將樂、明溪、永安、市區)。

圖2 聚合系數隨分類數變化曲線

根據劃分結果，針對三明地區具體情況，對4類地區進行分析。

一類防火區域為大田縣。火險最高，是過去10年中受災最嚴重的林區。從數據分析看，大田縣林地面積不大，約為16.12萬 hm2，林木蓄積量雖然低，但是火災發生次數較高，特別是大田縣發生重特大火災的次數明顯高于其他縣(市)。從2000—2009年間，三明市總共發生11起重特大森林火災，其中6起在大田縣發生。大田縣平均單位面積發生林火次數、平均單位面積損失蓄積量以及平均單次火災過火面積都明顯高于其他地區，因此將大田縣劃分為一級火險區。

二類防火區域為尤溪縣。尤溪縣森林儲蓄量較高，僅次于永安市，有林地面積為全地區最大，屬于三明地區森林資源分布較集中的地方，生態條件優越，但面臨的火災形勢嚴峻，防火任務較重。平均單次火災過火面積和平均單位面積損失蓄積量偏大，該地區林火撲救情況居于中等偏下水平，發生林火次數為全市最多，平均林火發生次數僅次于大田縣，說明尤溪縣火源管控難度大，林火易發，撲救效率偏低，為二級火險區。

三類防火區域包括建寧、泰寧、清流、寧化、沙縣。這幾個縣有林地面積和森林儲蓄量為(736.4～1200)×104m3，基本為全市的平均水平，森林資源和生態條件居中，平均單次火災過火面積和平均單位面積損失蓄積量分別在0.041～0.064次/hm2和145～414 m3/hm2，都屬于中等水平，說明三級火險區的林火預防和撲救水平代表了全市的平均水平。因此，將這幾個地區劃分為三級火險區。

四類防火區域包括將樂、明溪、永安、市區。這些地區屬于三明市市區為中心的輻射地帶，森林資源豐富，生態條件良好，森林蓄積量大，占全市森林蓄積量的一半，是三明市林分集中地帶，屬于重點林區。平均單位面積林火次數在0.016～0.046次/hm2之間，平均火災過火面積在0.368 hm2/次以下，平均單位面積損失蓄積量僅在81～142 m3/hm2之間，各項林火指標都處于較低水平。將其劃分為四級火險區。

3.3 防火區劃圖

根據區劃結果將一級火險區用紅色表示，二級火險區用黃色表示，三級火險區用淺紅色表示，四級火險區用淺黃色表示，如圖3所示。

圖3 三明森林火災區劃圖

其中:一級火險區面積為2227 hm2，約占總面積的10%;二級火險區面積3425 hm2，約占總面積的15%;三級火險區面積為7430 hm2，約占總面積的40%;四級火險區面積9847 hm2，占總面積的35%。

3.4 防火對策

1)針對一級防火區，即大田縣，從林火管控角度分析，大田縣平均過火面積遠遠高于其他縣(市)，即單次發生火災過火面積較大，說明林火撲救效率不高，火災發展成為重大、特大火災的幾率較高，造成林地受害面積較多。因此，要提高一級防火區撲救林火效率，做到在火災發生初期能迅速到達火場，快速滅火，減少損失，必須完善防火路設施。林區公路網密度，是衡量該地區撲火能力的一個重要指標，因此要改善林區交通條件，開設、修建林區公路，特別是火災易發和防火薄弱地帶要增設、加寬防火路。大田縣平均單位面積林火發生次數最高，充分說明大田縣火源管控難度較大，火災頻繁發生。密集分布的火點和林火的頻繁發生導致天然次生林結構的破壞，林相殘破，林內衛生條件極差，森林蓄積量較低，降低了林地的抗火性。同時，農林交錯分布也是導致林火頻發的主要原因。因此，加強林火管理，嚴格控制火源是一級火險區的一項重要防火對策。在引發火災的火源中，主要包括生產用火如燒田埂、燒荒、煉山等;非生產用火如吸煙、取火煮飯等火源占絕大多數，主要是由于人為忽視或缺乏防火意識而釀成火災。因此，應依據《森林法》及有關的護林防火條例，依法治火，依法管火。在防火期內，要嚴格用火審批制度，并在用火現場配置足夠的人員和打火工具，以防跑火。

2)針對二級防火區，即尤溪縣，該縣面積3425.3 km2，管轄8個鎮，7個鄉，人口約43萬，人口密度約為125人/km2。公路通車里程達1851 km2，縣鄉已經形成公路網絡。較高的人口密度和高密度的公路網絡導致尤溪縣火災發生次數為各縣市之首，居高的平均單位面積發生火災次數，反映出林火預防工作為該縣的薄弱環節。尤溪縣首先應該加強火源管理，尤其在防火期，做好防火宣傳。各級護林防火部門應日夜值班，嚴格控制野外用火，層層落實，實行劃片包干責任制。建立健全各項防火規章制度，使火災次數及損失降到最低限度。

3)三級火險區預防水平和撲救能力都處于中間水平。防火人力、物資在保障一、二級防火區的情況下要重點投放在三級火險區，要逐步完善防火措施，以“預防為主，積極消滅”的方針，整體上提高預防和撲救能力。要逐步建立適合本地區的林火預測預報機制，完善護林防火設施建設，進一步降低林火發生水平。

4)四級防火區森林蓄積量占全市森林蓄積量的一半，森林資源豐富，生態條件好，要充分發揮營林防火的優勢，推廣營林防火技術，增強森林自身抗火、阻火效能。營林防火具有防火效能強、時效長、增加森林覆蓋率、節省林地、有利于水土保持、保持自然景觀等優點。要對林分及時定期撫育間伐，減少可燃物的積累，及時清理采伐跡地。此外，可營造混交林和選擇女貞(Ligustrum lucidum Ait.)、木荷(Schima superba Gardn.et Champ.)、油茶(Camelia oleifera)等耐火樹營造防火林帶，使防火林帶與溝渠、林道等組成防火阻火網絡。在造林規劃時，也應兼顧防火的因素，營造針闊混交林和防火林帶，以提高森林自身的抗火、隔火效能。

4 結論與討論

用聚類分析的方法將三明地區劃為四級火險區:一級火險區為大田縣，其面積占10%;二級火險區為尤溪縣，占15%;三級火險區包括建寧、泰寧、清流、寧化、沙縣，占40%;四級火險區包括將樂、明溪、永安、市區，占35%。劃分結果顯示，三明市總體林火控制較好，但局部地區受害嚴重。東西部邊緣地區火災形勢相對較重，重災區占總面積的57%。尤其以東南地區林火發生率和森林燃燒率明顯高于其他地區，重特大森林火災多發，防火形勢嚴峻。

區劃選取的平均單次火災過火面積、平均單位面積林火次數、平均損失蓄積量、森林活蓄積量4個因子分別體現了林火預防能力、撲救水平、危害程度和森林資源比重4個方面，選擇的因子具有針對性。

目前，全國范圍、福建省級范圍的森林火險區劃已經存在，但針對三明地區小尺度的研究還未見報道。本研究針對三明地區具體情況進行火險區劃，其結果可以作為制定森林防火體系建設規劃時分配防火人力、裝備、物資投放的依據，在制定和落實森林防火的有效措施時實行分類指導，以利于促進森林防火工作科學化、規范化、制度化。

[1]谷建才，陸貴巧，吳斌，等.八達嶺森林健康示范區森林火險等級區劃的研究[J].河北農業大學學報，2006，29(3):46 －48.

[2]柴造坡，田常蘭，李鳳芝，等.黑河地區林火分布規律[J].林業科技，2009，34(4):38 －41.

[3]尹海偉，孔繁花，李秀珍.基于GIS的大興安嶺森林火險區劃[J].應用生態學報，2005，16(5):33 －37.

[4]魯韋坤，李湘，余凌翔，等.云南省森林火險氣象等級區劃研究[J].大氣科學學報，2011，34(3):322 －328.

[5]劉桂英，杜嘉林.黑龍江省2000－2009年林火規律分析[J].森林防火，2010(4):27－29.

[6]車克均，王金葉，黨顯榮，等.祁連山北坡森林火險等級指標的研究[J].森林防火，1994(1):8－10.

[7]鄭煥能.我國森林火險區區劃的研究[J].森林防火，1993(1):14－16.

[8]Amparo A B，Oscar F R.An intelligent system for forest fire risk prediction and fire fighting management in Galicia[J].Canadian Journal of Forest-Research，2003，25(6):545 －554.

[9]Emilio C，Rusell G C.Application of remote sensing and geographic information system to forest fire hazard mapping[J].Remote Sens Environ，1989(2):147 －159.

[10]金森.黑龍江省林火規律研究(Ⅲ):大尺度水平林火與森林類型之間的關系研究[J].林業科學，2002，38(4):171 －175.

[11]郭福濤，胡海清，張金輝.塔河地區林火時空分布格局與影響因素[J].自然災害學報，2009，18(1):205 －208.

[12]關文忠，韓丹.森林火險等級的模糊綜合評判[J].森林工程，2004，20(3):17 －29.

[13]高穎儀，楊美和.長白山林區春季林火氣候的模糊聚類初探[J].吉林林業科技，1987(4):25 －28.

[14]欒港，李暢宇.大興安嶺林火水平地帶性模糊聚類區劃[J].森林防火，1997(4):16－18.

[15]譚三清.聚類分析法在森林火險區劃中的應用[J].中南林業科技大學學報，2008，28(1):127 －133.

[16]高兆蔚.福建省森林防火規劃研究[J].福建林學院學報，1995，15(1):76 －78.