评估潜在的火灾风险的变化桉树种植在美国南部

文摘

兴趣重燃丰产林木本作物生物能源和bioproducts促使的重新评价桉树美国南部的物种。出现一个问题,就是关于引入外来物种的潜在影响是对火灾行为会有什么影响。近似答案基于火灾行为建模分类系统使用燃料特点是年轻站不同地表火行为从表面火灾常见小松树种植园在南部海岸平原。到9岁时,缺乏一个灌木层的情况下,随着高度增加住皇冠,减少启动潜在尽管增加树皮脱落。当一个灌木层的模型,介绍了起始势成为相当于普通松果体fuelbeds。然而,如果一个皇冠了,透射率和扩散潜力非常高,和潜在的树冠火行为更严重。我们的建模工作表明,火灾行为在站级别不同的现状并指出避免灌木层的发展的重要性。站管理短期旋转(少于10年)可能会收获之前树皮脱落了一个重大发现的问题。

1。介绍

美国南部是其中一个最有效的森林地区的国家,全国有8100万公顷或40%的森林面积只占土地面积的24% (1]。商业在沿海平原林业沿大西洋和墨西哥湾取决于的种植园松果体种虫害和天然再生丘陵山地森林2]。新的兴趣丰产林木本作物(SRWC)生物能源和bioproducts3促使其他快速增长的物种包括评估桉树spp。4]。外来的潜在生产力桉树物种种植在美国南部丰产林管理生物量显著大于本地松果体物种(4- - - - - -7],选择物种的经济潜力评估已经转换成乙醇(8)或固体燃料(9]。识别freeze-tolerant桉树物种和混合动力车的潜在商业范围延伸桉树远远超出当前种植在佛罗里达州南部,到海岸平原(4,7]。研究正在测试38种耐寒性已经确定了五个有一些公差以及快速增长;这些物种大肠benthamii少女& Cambage,大肠dorrigoensis(布莱克)L.A.S.强生K.D.山,大肠viminalisLabill。,大肠dalrympleana少女啊,大肠macarthuriih·迪恩&处女和大肠camaldulensisDehnh。(Jose Luiz镫骨教授,北卡罗来纳州立大学,个人通信,2012)。商业种植前牧场上已经由大型的国际公司提供硬木提供Evadale,德州轧机。(主管戴夫•格哈特、运营支持、大型的、个人通讯,2012)。

虽然新SRWC种植生物能源可能会建立在闲置耕地,因为降低建设成本和立法禁令(3),造收获松果体种植园和桉树不能被排除。有吸引力的经济可以推动转换的纸浆和其他bioproducts松树种植园桉树(6]。引入非本地物种广泛商业种植是一种新的现象在美国和潜在环境影响提出了疑问。一个问题是对火灾风险的影响是什么?桉树物种在原生栖息地闻名野火的适应。引入选择桉树物种南部海岸平原,面积以已经适应火灾的生态系统,提出了一个问题:如何将火行为桉树站与火灾常见植物有何不同?我们寻求一个近似回答这个问题的文学关注燃料特性、负载,以及潜在的火灾行为建模的燃料特性分类系统(fcc) [10]。fcc (11)将被用来比较火的潜力fuelbeds共同与代表fuelbeds东南海岸平原桉树种植园在几个时代。fcc地表火行为的组成部分是基于修改的Rothermel形式的方程,考虑到更复杂的描述fuelbed由fcc提供。火潜在评级使用fcc由数值评定表面潜在火行为,树冠火的潜力,和可用的燃料可能天气状况严重的燃烧条件的特征(11]。将集中讨论差异典型南方fuelbeds fcc火势,fcc的天气假设在多大程度上反映的海岸平原,东南部和种植的程度桉树种植园站内物种可能改变火行为。

2。材料和方法

2.1。南部海岸平原

美国南部由13个州的南部约俄亥俄河和扩展从德州到大西洋海岸。该地区主要有潮湿的亚热带气候,除了在佛罗里达南部热带气候和在德克萨斯州和俄克拉荷马州西部半干旱气候。年度平均每日温度范围从> 21°C在佛罗里达州和德克萨斯州南部13 - 16°C在北部地区。年降水量1270 - 1780毫米中南包括路易斯安那州,密西西比州,阿拉巴马州和田纳西州,乔治亚州和佛罗里达州,和大西洋沿岸地区。降水减少到1015和1270毫米对大西洋沿海地区和北部地区的区域,并对西方德克萨斯州和俄克拉荷马州(300和500毫米http://cdo.ncdc.noaa.gov/cgi-bin/climaps/climaps.pl)。季节性气候变化具有重要意义,在大多数地区的特点是炎热的,潮湿的夏季降温和温和的冬季。主要的极端天气和气候包括龙卷风、飓风、过度的闪电,熊熊大火和干旱干旱是最大的贡献者。

复杂的森林野火在塑造中所扮演的角色被描述的植被响应,描述为依赖,敏感的,独立的,或受火灾影响12]。火是重要的地区物种进化到承受燃烧和促进等火灾的蔓延松果体种虫害的海岸平原。火的南方政权生态系统已经详细描述(13- - - - - -15]。沿海平原是由种植园和开放松(松果体spp)站在多年生牧草和福布斯作为主要燃料。大松树种棵长叶(稀疏p . palustris机)、斜杠(p . elliottiiEngelm),和火炬松(p . taedal .)松树2,14,15]。欧洲殖民之前,频繁的低幅度的表面火灾特征大多数沿海平原生态系统恢复的间隔1 - 4年;暴风雨(包括飓风)和干旱导致偶尔严重火灾(16]。

今天,南部海岸平原森林生态系统是动态的特点是快速增长的基础因此快速积累的燃料在一个有利的——而且短fire-return间隔3 - 5年为森林管理(被认为是可取的14]。除了减少易燃物,规定燃烧用于促进野生动物,保持生物多样性,和恢复生态系统(17]。韩国领导全国年度火灾,从1997年到2003年平均每年大约45000火灾(18]。快速的初始攻击和抑制的成功,然而,让大多数这些火小的19]。地区平均每年燃烧2002 - 2010是69748公顷的森林大火点燃闪电和397860公顷的人类的发动机。除了野火,大量地区每年减少燃料燃烧负荷;平均面积被控制的火灾(燃烧)规定在同一时期是680606公顷。有相当大的同比变化在燃烧区域(图1)。尽管规定燃烧数据尚未公布2011年区域燃烧在那一年被闪电击中发动机被人类发动机427674公顷和1147593公顷;都大大超过了年平均(2002 - 2009)。该地区的干旱的频率似乎变化,并从1990年代中期到后期比长期平均水平(可能是湿润20.]。举个例子,在一个多世纪以来最严重的干旱,严重的森林大火爆发在奥克弗诺基国家野生动物保护区—佛罗里达州边界在2007年春天,当超过243000公顷焚烧。

南部沿海平原地区也是一个快速的土地利用变化(21]随着扩张的居民区森林土地(22,23]。郊区和城市地区的混合,用一个广泛的道路系统,为森林景观工作带来了更大的后果规定逃脱火灾和烟雾健康和安全的影响24- - - - - -27]。这是动态的生态和社会环境桉树种植园将介绍。此外,预测未来气候建议增加潜在的野火在南方(28,29日]。

2.2。Fuelbeds

荒地fuelbed特征是复杂的暂时和空间,和燃料特性分类系统(fcc)提供了一种分类这些fuelbeds的能力支持火和消耗燃料11]。在fcc, fuelbed代表一个相对同质的部分景观,可以被视为一个独特的燃烧环境,可以用来描述潜在火行为和效果。fcc fuelbeds被组织成六层:树冠,灌木,尚未木质化的燃料,伍迪燃料,litter-lichen-moss,和地面燃料。fcc的2.2版本包括290 fuelbeds代表美国的主要植被类型。fuelbeds是如何描述的完整描述的fcc读者被称为Riccardi et al。10和奥特马等。11]。

最初fuelbed用来发展我们的开始桉树种植园是fcc fuelbed 165号代表一个稀树大草原长叶松:一个介子的潮湿的草原非常开放,树冠的树长叶松分散在不同的草本层由草和许多forb物种,2 - 3年后规定的火灾。将此fuelbed转换成网站适合种植需要移除松树上层,留下fuelbed由草和福布斯(表1)。

的发展桉树fuelbeds fcc遵循德马尔和Adshead [30.在燃料和火行为的描述蓝色胶(蓝桉在澳大利亚Labill)不同年龄段的种植园。燃料在指南中描述的四个主要条件是层:表面燃料,近地表燃料,燃料,升高和树皮燃料(31日]。表面燃料层由一些草在年轻的种植园和树叶,树枝和树皮。在fcc,这些燃料在non-woody之间划分(草),垃圾(垃圾和树皮)和伍迪(树枝)地层。近地表和高燃料层大多没有种植园除了多产的草丛中增长新的种植园,沉重的树皮积累在长旋转(10 +年)种植园,或灌木入侵沿着边缘和空缺。fcc的林冠层是决定基于站信息,比如覆盖百分比站密度、树高,高住皇冠,胸径。本研究的目的,障碍并不认为,唯一的梯子燃料被认为是stringybark种植园超过6年了。桉树种植园fuelbeds建成3、6和9岁种植园使用增长率继德马尔和Adshead [30.]。控制系统(表从一个开放的草1),桉树介绍了树的林分密度每公顷,种植1000棵树行树木之间相隔3.5米,2.5米(31日]。

一旦种植被描述为fcc fuelbeds, fcc软件提供估计的潜力。火势在总结了fcc的三位数的数字,每个数字代表一个指数描述火灾的一个方面潜在的(32]。第一个数字是地表火行为潜在(FBP),这是基于Rothermel传播模型(33)修改的桑德伯格et al。(34),以便更现实的fuelbeds的描述。之间有三个子组件:一个反应可能代表了单位时间、单位面积上的能量释放潜在传播扩散的速率成正比,和火焰长度潜力评估基准环境条件下火焰长度。

fcc的第二位国王火潜在(CFP),利用开发的概念模型为树冠火Schaaf et al。35),起源于范·瓦格纳的树冠火研究[36,亚历山大37],斯科特和莱因哈特(38]。CFP反过来由三个组件:(1)起始势(表面火灾的可能性将进入皇冠),(2)透射率可能从皇冠(火的能力通过森林的树冠冠),和(3)皇冠火蔓延速度。

第三位在fcc fuelbed火的潜力是潜在可用的燃料(法新社)反映了烘干,可燃生物量。总法新社分解,燃烧阶段(冒烟,燃烧的残留)。详细描述每个组件的计算可以在fcc用户指南(32,39]。

为了持续确定火灾的潜在需要定义一组基准环境条件,包括燃料水分、地形坡度和地表风速。的默认环境场景在fcc干燃料条件定义为BehavePlus燃料水分(FM)场景D2L2 [40]。这个基准测试包括以下燃料深层:90%调频灌木层,FM 60%草本,FM 6% 1小时燃料,7%调频10小时的燃料,8% FM 100 hr燃料。这些燃料水分值代表非常极端条件南部沿海平原和由此产生的火灾行为评级应被视为糟糕的情况。边坡坡度0%,人力资源midflame风速为6.44公里⁻¹假定。

火潜力建模桉树种植园比较与其他三个fcc fuelbeds南部海岸平原。第一个是fcc fuelbed 156号描述为典型的削减松林种植大片砍伐后收获不到45年前;站在前面的2年内商业变薄。191号,第二个fcc fuelbed描述/长叶松削减松/冬青(冬青属植物glabra(l)a .灰色)在南部沿海平原森林普遍从弗吉尼亚南部佛罗里达和西到德克萨斯州。这片森林类型的特征是一个开放的上层与偶尔的长叶松削减松树和中度到非常茂密的灌木层主要由冬青。规定每2 - 3年使用火来维持一个开放的结构和保持低灌木密度。182号,第三fcc fuelbed是同一森林类型与前面的长叶松和削减松林,除了火已经排除了30多年,灌木层了。

3所示。结果

从一个开放grass-dominated系统如前一节所述,3生长季节后,树木被认为与生活达成高度5米树枝和树叶留存的皇冠。随着树开发和树冠开始接近,好燃料开始从草为主转向垃圾随着树冠开始主导阴影的草。6岁时,树木被认为已经高度16米的高度住4 m的冠冕。垃圾和伍迪碎片积累,增加了载油量是树皮脱落。到9岁时,树木被认为达到一个高度20米的高度生活15米的冠冕。垃圾的速度继续积累2毫克公顷⁻¹,而木质碎片的速度积累了0.5毫克公顷⁻¹。基于这些站燃料载荷从fcc描述如表所示2。相比较而言,燃料装载从fcc fuelbeds常见南部海岸平原如表所示3。垃圾积累更大的速度桉树种植园的种植园长叶松比定期规定燃烧,甚至超过了垃圾燃料载荷累积fire-excluded fuelbed长叶松。fcc的树冠燃油负载输出基于站参数输入;树冠燃料的积累也是不同的桉树和松树fuelbeds东南部。虽然桉树树冠燃料装载(超过37毫克公顷⁻¹)南部海岸平原fuelbeds相比显得相当高(约11毫克公顷⁻¹站在火排斥),fuelbeds成熟的夏威夷桉树种植园在fcc树冠燃料负荷超过65毫克公顷⁻¹。

火从fcc增加潜在的估计桉树站3至6岁的岁但略有下降(表6和94)。表面的变化3和6岁的潜在火行为反映燃料层表面的变化从草地到垃圾的主导地位。树冠郁闭3至6年并不是一个因素,因为使用的环境条件fcc指定midflame风速,风不是above-canopy参考水平。6 - 9岁,地表火行为的变化可能反映了提高燃料加载并不是一个重大转变fuelbed成分之间发生了什么年3和6。增加的质量在同一个fuelbed地层导致增加反应潜在的和稍微减少表面传播的潜力。

的另一个主要差异在于火6岁和9之间潜在的反映在起始势下降树冠火。6岁,树冠郁闭的透射率和扩散势增加,但缺乏灌木层和微不足道的树皮脱落使起始潜力相对较低。到9岁时,尽管增加树皮脱落,没有灌木层的情况下,捕捉梯子的树皮和创建一个重要的层燃料,随着高度增加住皇冠,进一步减少了启动的潜力。注意,然而,在起始皇冠(点火)树冠火的透射率和扩散潜力非常高。

fcc地表火行为潜力没有显示任何重大差异桉树种植园和fuelbeds南部海岸平原(表5)。南方松林fuelbeds出现可能会比现在更大的抑制问题桉树种植园由于相似的传播率,但更大的反应势和火焰的长度。关于皇冠火,南方沿海平原fuelbeds显示高起始势但一般低透射率和扩散潜力。与非托管燃料棵长叶和削减稀疏的松林(fcc fuelbed 182)提出最火的fuelbeds的潜力。的桉树种植园并没有呈现一个明显的差异相比其他南部松树fuelbeds。

即使桉树来自南部松树fuelbeds fuelbeds没有显著差异对地表火行为,树冠火的潜在可能关注的透射率和扩散势桉树fuelbeds如此之高。减轻王冠火潜力的唯一因素桉树是低起始的潜力。假设在构建种植园fuelbeds之一是灌木层以某种方式将抑制(很可能是除草剂在商业桉树种植园)。虽然灌木不太可能增殖在关闭桉树树冠,灌木丛抑制的程度可以不同桉树物种和水的可用性(41]。测试这种假设的影响,灌木层的长叶松森林管理规定与火被引入到9岁桉树种植园(表6)。介绍了灌木层增加地表火行为的各个方面的潜力和提高了树冠火等于起始潜力的松林。没有灌木层,可以稍微把王冠火的潜力桉树是由于低起始潜力;然而,引入灌木层提高了起始潜力水平相当于其他南部海岸平原fuelbeds除了点火的潜在树冠火行为事件更严重。

4所示。讨论

地表火行为的年轻桉树种植不同的表面常见的松林火灾燃料南部海岸平原。桉树更出名了,然而,对于其皇冠火灾和发现行为。fcc皇冠火可能反映了这相当好;6年之后,一个桉树种植园的分数高于任何典型的南方松木fuelbeds透射率和扩散的潜力。皇冠种植园里的火引发潜在环境低于天然再生是假设树密度越高和可能的管理措施将抑制灌木层,从而限制一个高架燃料层的发展。如果一个灌木层开发,启动可能会与本机fuelbeds,因此增加了火灾的风险桉树种植园高于其他燃料类型。

很难比较燃料装载这些假设fuelbeds与项目灶神星(42),主要工作描述和模型火行为在澳大利亚桉树森林,载油量的变化的预测时间由项目灶神星桉树森林火灾后恢复,而不是新栽种的种植园。然而,似乎我们的载油量估计更大。在项目灶神星表面的平均速率积累在第一个十年的大火之后,大约是1毫克公顷⁻¹在当前的研究中,一半的使用。表面燃料累积利率由德马尔和Adshead [30.范围从1到2毫克公顷⁻¹低端的,灶神星估计累积率和当前的研究在高端。作为我们的目的是提供关于火灾风险变化的信息,错误的向高端市场是更可取的,因为它将对偏见火潜力估计一个坏的情况下的事件。

所有的火行为潜力用fcc认为一组默认的环境条件。比较这些条件的历史天气情况发现在南部火灾风险评估(43fcc)表明,条件相当的代表97条件下用于风险评估的南部海岸平原(43]。虽然一个小的火灾发生在南部海岸平原在这些水分的水平,然而大部分被森林大火烧毁的公顷最极端天气条件下发生的。而确实,大多数森林大火点燃了照明发生在雨季期间,大部分地区被这些大火发生在雨季的开始当燃料的干燥。另外大多数野火在南部海岸平原是人类造成的(18]。尽管fcc天气状况反映了严重的南部海岸平原的条件相当好,这些条件是低端的极端行为桉树在世界其他地区如澳大利亚(44]。

在更极端的燃烧条件下,许多火灾行为预测桉树低估的速度传播通常由2个或更多的因素(45- - - - - -47]。这引发了担忧,fcc表面火行为潜力可能低估了潜在的火灾风险桉树种植在南部海岸平原。即使利率的传播提出了与其他已发表的研究是一致的,我们的环境条件是在传播率的差异开始出现。

介绍选择桉树物种的易燃景观南部海岸平原改变引起的恐慌火行为和更大的毁灭性的火灾风险,鉴于野火在澳大利亚的本质桉树本机。尽管没有经验关于火行为的信息桉树种植园在天气条件下发现在南部海岸平原,我们建模工作重点站级别的火行为表明,小可能不同于当前条件下,给定的易燃特性原生松树的物种。因为我们没有检查潜在的火灾传播从一个站到下一个,两个问题缓和这种初步的结论。树冠火的潜力桉树物种是几倍大于松,一旦发起火冠冕。这表明,灌木层的管理至关重要,以避免极端行为桉树种植园。此外,我们不能有效地估计是否树皮脱落桉树会增加发现行为在发现松树种植园;这在很大程度上取决于环境的性质,启动了火把,距离,树皮的性质(48]。

桉树物种的树皮特征差异很大,和物种与绳或树皮纤维呈现出显著的发现潜在的(48]。同餐之友stringybark (e .斜L是什么)。例如公认为其强烈的发现了多达4公里(49]。口香糖树皮桉树林里。桉树,另一方面,不认为在澳大利亚特别危险,但是这组的一些成员,candlebarks等e .桉Labill。,are seen in other countries to exhibit significant spotting behavior [49]。然而,对管理的影响桉树简称为避免火灾风险增加旋转,与木质纸浆和生物能源生产一致。网站准备与有效竞争控制和收获在10年内应该删除桉树树木年龄之前摆脱大量的树皮或高灌木层形式。丰产林管理作为木本作物在南部海岸平原,桉树站可能会收获之前树皮脱落导致一个重大发现的问题。最坏的情况是如果桉树种植园遗弃于积极管理由于市场环境变化或其他因素。此外,气候变化可能导致更极端的火灾行为投射炎热干燥的条件下(28,29日]。

我们的建模提供了初步的回答我们提出的问题:火行为在站将如何影响部署的桉树物种在南部海岸平原?未来的工作应该关注可能影响景观的火灾风险。因为它变得清楚这物种最大的商业潜力普遍种植,可以更好地预测他们的发现潜力和评估可用的模型的适用性煽动生产和传播(42,44)当前和未来的条件在南部海岸平原。

确认

本文的工作是基于被特别拨款资助部分美国森林服务研究和开发生物能源研究华盛顿办公室的玛丽莲·布福德和作者承认支持这项工作。他们也表达他们的感谢两个匿名评论者,提供有价值的反馈,改进。

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