邹全程 邸雪颖 杨 光

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

截至2009年11月30日秋季森林防火期结束，吉林省实现连续29 a无重大森林火灾，29 a来全省森林火灾年平均受害率保持在0.026%，远远低于同期全国和世界的平均水平［1］。吉林省是我国重点林区省份之一，具有“高森林火险单位多，高森林火险的林分面积大”的特征，全省80个县级森林火险单位中，属于一级森林火险单位的有41个，二级19个，高森林火险林分面积达610多万hm2，占全省有林地面积的76%，森林防火任务繁重［2］。近来年受全球气候变暖影响，世界各地森林火灾频发，面对愈发严峻的森林防火形势，研究吉林省森林火灾的时空动态规律，剖析该省森林火灾扑救能力，为科学有效地开展森林防火工作提供理论参考，是具有中国特色森林防火思路的有益探索，对于森林资源保护和林业建设的稳步发展具有重要意义。

1 研究地区与研究方法

研究地区概况:吉林省位于中国东北地区中部(121°38′～131°19′E、40°52′～46°18′N)，有林地面积 817.6 万 hm2，森林覆盖率为43.2%，林木蓄积量为8.8亿 m3［3］。该区属温带大陆性季风气候，春季干燥风大，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷漫长。年平均气温4.0℃，全年日照2200～3000 h;年降水量400～900 mm，自东部向西部有明显的湿润、半湿润和半干旱的差异。森林植被类型主要是温带针阔混交林。

数据采集:研究收集了吉林省1992—2008年林火资料，数据包括林火起、灭时间，火点地理坐标，过火面积，火因及损失等。

林火蔓延速度:林火蔓延速度即火线(场)沿水平方向向外扩展的速度，单位时间火线边缘扩展方向的长度［4］。受可燃物状况、地形、天气以及火本身产生的热对流对环境作用等多方面复杂因素的综合影响，目前有关林火蔓延速度的研究，还没有形成统一的应用于实际的、较为准确的标准方法。现在我国应用最多的林火蔓延速度的计算方法来源于美国的Rothermel模型及王正非林火蔓延模型［5］。两个模型有关蔓延速度的计算包含有火强度、可燃物表面积与体积的比值、坡度因子、可燃物层的体积密度、可燃物层密集度、燃烧前的预热量风速更正系数、可燃物配置格局更正系数和地面平均坡度更正系数等［6］复杂和实际火场中不易实测的参数，不易数量化，在森林防火的实际工作中也很难实现［7］。因此，本研究利用平均每小时火蔓延面积(hm2/h)来替代林火蔓延速度(m/s)，用作森林火灾扑救能力评测的一个指标。蔓延速度只能表现出火灾局部的情况，而平均每小时火蔓延面积能作为衡量火燃烧快慢的指标，而且其在复杂的实际情况下较容易获取，可从宏观上体现出扑救能力的高低。这两个指标对于衡量森林火灾扑救能力的重要性是等同的。

林火损失:森林火灾扑救能力评价是现代化林火管理中的一个重要组成部分。森林火灾蔓延速度是判断森林火灾扑救能力的重要参数，有利于提高人们对森林火灾危害性的认识，增强其防火自觉性，减少人为火源。在森林火灾扑救过程中，有利于合理配置扑火力量，避免扑火中不算经济帐，浪费扑火费用的现象［8］。本研究采用扑火损失率对林火扑救能力进行评估［9］。

F=E/E0×100% ，

式中:F为扑火损失率(%);E为扑火损失(万元);E0为总森林火灾损失(万元)。

E=M+N，式中:E为森林火灾总损失(万元);M为森林燃烧损失，包括林木损失和其它损失(万元);N为扑救森林火灾各种消耗费用(万元)。

2 结果与分析

2.1 林火时空分布

2.1.1 林火时间分布规律

建国初期至20世纪70年代，吉林省年均发生森林火灾437.7次，过火面积8 623.6 hm2。1981—2000年年均森林火灾发生次数105.7次，过火面积286.85 hm2。根据统计，2001—2008年吉林省共发生森林火灾535次，平均67次/a(表1)。虽然各起森林火灾过火面积大小不一，面积波动比较大;但从整体趋势上看，1960—2008年平均每10 a森林火灾发生次数及过火面积均呈下降趋势。进入2000年后年均森林火灾发生次数虽略有上升，但多以森林火警为主，累计受害森林面积较小。

表1 吉林省林火次数、过火面积、火灾损失年际动态变化(1992—2008)

受气候因素影响，吉林省夏季降雨量较多，空气湿润;冬季气温低，积雪封冻，没有燃烧条件，所以该省森林火灾发生有较明显的季节规律，森林火灾主要集中发生于春、秋季(表2)。据统计，1992—2008年3月—6月发生频次占78%，过火面积占90.8%;9月—11月发生频次占21.8%，过火面积占9.09%，3月—6月的波峰大于9月—11月。1992—2008年间吉林省森林火灾主要发生于2月—6月和9月—11月(表2)，1、7、8、12 月在 17a间没有林火发生，而 2 月份也仅有 1次;4、5、10月是林火的高发月，3个月累计发生的森林火灾的次数占总森林火灾发生次数的82.73%。其中，尤其以4月森林火灾发生次数最多，占总森林火灾发生次数的42.89%。过火面积也具有同样的规律，4月份累计森林火灾过火面积为 2 956.83 hm2，占总过火面积的 56.18%。

表2 吉林省林火次数、过火面积、火灾损失月份动态变化(1992—2008)

1992—2008年，吉林省由于森林火灾造成的经济损失共计2 673.17万元，年均167万元。2004、2008年损失最大，分别达到600万元以;1994、1995年损失最小，均小于1万元(表1)。该省17 a来4月份的损失最多，达到了1 048.18万元，占总损失的39.21%(表2)。

2.1.2 林火空间分布规律

通过ArcView图示全省的林火空间分布情况。按照10次为段分级，显示17 a的次数分布(图1)，以便清晰地看出各地、市的着火次数，使火灾状况更清晰直观。17 a来该省各地县均有不同次数的森林火灾发生。其中，该省发生的森林火灾主要集中分布在长白山林区和延吉盆地。从行政区划上看，即分布在延边朝鲜族自治州、汪清北部、通化集安等地。敦化市和安图县是历年来林火发生次数最多的地区，分别为64次和95次，全省火灾频发地多集中在中东部。

图1 吉林省林火次数分布图(1992—2008)

图2 吉林省过火面积分布图(1992—2008)

森林火灾等级划分标准:受害森林面积＜1 hm2或者其他林地起火的为森林火警，受害森林面积＜100 hm2为一般森林火灾，100 hm2≤受害森林面积＜1 000 hm2为重大森林火灾，受害森林面积≥1 000 hm2的为特大森林火灾。根据该标准分析吉林省过火面积分布情况。该省17 a来无特大森林火灾(图2)，受害面积也多集中在林分面积大、高森林火险单位多的中东部地区，如安图县(857.05 hm2)和龙井市(573.76 hm2)。

2.2 林火蔓延速度

林火蔓延具有时间和空间特征［10］，本研究利用ArcMap对1992—2008年的每次森林火灾着火点要素周围产生一个缓冲区，从而分析吉林省的林火蔓延情况。在真实火场中，林火蔓延多数形成近似圆形的不规则蔓延区域，在此用规则的圆形替代每次林火蔓延区域。

以历年来每次森林火灾的经纬度记录作为着火点信息，对林火蔓延速度进行基础数据的处理(表3)。

由于吉林省森林火灾人为预防好、扑救及时;道路系统完善，气象因素、林分类型等条件适于林火扑救，一般火灾都能得到有效的控制，吉林省历史过火面积情况呈点状(图3)。选取典型地区放大分析:敦化市林业局总经营面积43.7万hm2，有林地面积21万hm2，年木材产量12.63万 m3，森林覆盖率为51.26%，是全省规模最大的地方林业局［11］。随机抽取历年火灾情况较严重的敦化市部分地区进行放大分析。

表3 吉林省森林火灾蔓延速度基础数据

图3 吉林省林火蔓延分布图(1992—2008)

当缓冲区色阶多时，表明林火蔓延时间久、林火烈度强、过火面积大(图4)。林火扑救能力主要表现在两个方面:一是发生火情后，扑火力量到达火场的时间愈短，其扑火控制力愈强，并可体现扑火力量能够做到打早、打小;二是火灾历时的长短，灭火时间愈短愈好，它反映灭火能力强，能使火灾损失降低到最小限度。把林火蔓延按时间分为两类，I类为5 h以下，II类为5 h以上(含5 h)，其中I类共757起，II类66起，仅占8%，平均每次火灾历时2.86 h。图5中经纬度标注点为敦化市扑火力量所在地，当以相同扑火力量到达火场，蔓延情况均不相同，这说明森林火灾的具体蔓延情况受当地地形、气象、林分类型等因素干扰。选取地敦化市内多为红松、白松、落叶松，虽为易燃树种，但森林郁闭度大，林内光线弱，温度低，蒸发小，湿度大，不易燃烧。从地形因素看，此地处于长白山北侧，四周环山，气候高寒湿润，随着海拔高度的增加，温度降低，蒸发变弱，湿度增大，发生火灾的可能性降低。此外，阴坡和阳坡对火点起燃也有不同的影响，而河流、大公路、防护林对火场蔓延也有阻滞作用。当平均每小时火蔓延面积的值越大时，损失越严重(表4)，因此控制该指标的大小就是扑灭火灾的关键。

图4 敦化市林火蔓延分布图

2.3 林火扑救能力评估

根据吉林省1992—2008年林火资料中的起火与灭火时间得出历次森林火灾的历时，应用已记录的过火面积数据，计算得出平均每小时火蔓延面积，结合损失价值参数，建立总森林火灾损失价值与平均每小时火蔓延面积、受害(过火)面积、火灾历时关系的回归方程。林火蔓延模型是在各种简化条件下进行数学上的处理，导出林火行为与各种参数间的定量关系式，利用关系式预测将要发生或正在发生的林火行为，模型的好坏直接影响蔓延结果的准确性，影响到在蔓延结果基础上对林火行为的进一步分析［12］。用历史记录的真实数据求得平均每小时火蔓延面积，避免了在选用蔓延速度模型上带来的误差，使方程更具实用性。

图5 敦化市扑火力量与林火蔓延点分布图

表4 吉林省两类蔓延时间下森林火灾损失情况(1992—2008)

剔除异常数据后运用SPSS软件进行回归分析，得出森林火灾总损失价值与平均每小时火蔓延面积紧密相关(表5)。

表5 吉林省年森林火灾总损失回归系数显著性检验结果(1992—2008)

通过相关性分析得出，森林火灾总损失价值与平均每小时火蔓延面积的相关系数为0.87达到极显著水平。

拟合方程:W=-0.099v+0.403s+0.163t+0.349，

式中:W为森林火灾总损失价值(万元);v为平均每小时火蔓延面积(hm2/h);s为受害面积(hm2);t为火灾历时(h)。

同理，以扑救森林火灾的各种消耗费用与平均每小时火蔓延面积、受害(过火)面积、火灾历时的关系建立回归方程，得出扑火损失(W1)的方程:W1=0.125v+0.036s+0.164t+0.21。

将方程运算结果代入扑火损失率公式，其中E=W1，E0=W，扑火损失率愈低，扑火效果愈好;相反，则不好。

3 结论

利用商陆原料的富钾特性，成功制备了比表面积较高的活性炭，说明富钾商陆有望成为一种新的可用于活性炭制备的优良原料。采用二步程序升温原位活化工艺制备的AC2-L活性炭的得率为19.66%，对碘和亚甲基蓝的吸附值分别为686 mg·g-1和75 mL·g-1。AC2-L样品的BET比表面积为748 m2·g-1，达到了普通商用活性炭的使用要求。SEM观测显示商陆活性炭孔隙结构发达，且中孔结构较发达。与传统的物理化学活化工艺相比，该法有望为活性炭的简易和环保制备探索一条新途径。本研究将有利于进一步拓展商陆资源的高附加值利用空间，具有潜在的经济、社会和生态效益。

［1］ 崔静，赵乃勤，李家俊.活性炭制备及不同品种活性炭的研究进展［J］.炭素技术，2005，24(1):26-31.

［2］ Foo K Y，Hameed B H.Recent developments in the preparation and regeneration of activated carbons by microwaves［J］.Advances in Colloid and Interface Science，2009，149(1/2):19-27.

［3］ 易四勇，王先友，李娜，等.活性炭活化处理技术的研究进展［J］.材料导报，2008，22(3):72-75.

［4］ Baccara R，Bouzida J，Fek M.Preparation of activated carbon from Tunisian olive-waste cakes and its application for adsorption of heavy metal ions［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，162:1522-1529.

［5］ Taya T，Ucarb S，Karagöz S.Preparation and characterization of activated carbon from waste biomass［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，165:481-485.

［6］ Aravindhan R，Raghava Rao J，Unni Nair B.Preparation and characterization of activated carbon from marine macro-algal biomass［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，162:688-694.

［7］ Schrödera E，Thomauske K，Weber C，et al.Experiments on the generation of activated carbon from biomass［J］.J Anal Appl Pyrolysis，2007，79:106-111.

［8］ Abdel-Nasser A，El-Hendawy.An insight into the KOH activation mechanism through the production of microporous activated carbon for the removal of Pb2+cations［J］.Applied Surface Science，2009，255:3723-3730.

［9］ Oliveira L C A，Pereira E，Guimaraes I R，et al.Preparation of activated carbons from coffee husks utilizing FeCl3and ZnCl2as activating agents［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，165:87-94.

［10］ Kalderis D，Bethanis S，Paraskeva P，et al.Production of activated carbon from bagasse and rice husk by a single-stage chemical activation method at low retention times［J］.Bioresource Technology，2008，99:6809-6816.

［11］ Bagheri N，Abedi J.Preparation of high surface area activated carbon from corn by chemical activation using potassium hydroxide［J］.Chemical Engineering Research and Design，2009，87:1059-1064.

［12］ Deng H，Yang L，Tao G H，et al.reparation and characterization of activated carbon from cotton stalk by microwave assisted chemical activation—Application in methylene blue adsorption from aqueous solution［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，166:1514-1521.

［13］ 朱永言.商陆［J］.湖南农业，1998(4):17.

［14］ 周国海，杨美霞，于华忠，等.商陆生物学特性的初步研究［J］.中国野生植物资源，2004，23(4):37-40.

［15］ 薛生国，陈英旭，林琦，等.中国首次发现的锰超积累植物——商陆［J］.生态学报，2003，23(5):935-937.

［16］ Inagaki M，Nishikawa T，Sakuratani K，et al.Carbonization of kenaf to prepare highly-microporous carbons［J］.Carbon，2004，42:890-893.

［17］ 罗凯，陈汉平，王贤华，等.生物质焦及其特性［J］.可再生能源，2007，25(1):17-19.

［18］ 赵丽媛，吕剑明，李庆利，等.活性炭制备及应用研究进展［J］.科学技术与工程，2008，8(11):2914-2919.

［19］ 林冠烽，程捷，黄彪，等.高活性木炭的制备与孔结构表征［J］.化工进展，2007，26(7):995-998.

［20］ Kima J W，Sohna M H，Kima D S.Production of granular activated carbon from waste walnut shell and its adsorption characteristics for Cu2+ion［J］.Journal of Hazardous Materials，2001，85:301-305.

［21］ Gergova K，Eser S.Effects of activation method on the pore structure of activated carbons from apricot stone［J］.Carbon，1996，34(7):

879-888.