黑龙江省森林火后冠层垂直结构生态恢复轨迹

摘要

森林火灾是影响森林生态系统结构与功能的重要干扰因素，系统评估火后森林结构恢复过程对区域生态安全与经营管理具有重要意义。以黑龙江省森林火灾区域为研究对象，基于全球生态系统动力学调查（Global Ecosystem Dynamics Investigation,GEDI）激光雷达数据，结合时空替代方法 （space-for-time substitution），系统分析森林火后0～35 a冠层垂直结构的生态恢复轨迹及其差异特征。选取相对高度分位数（RH25、RH50、RH75、RH98）、冠层覆盖度（CC）和植被面积指数（PAI）作为结构指标，通过构建过火区与未燃烧基准区的结构差值序列，采用50 km×50 km网格等权汇总方法，并结合Theil–Sen估计与空间块重采样，对森林结构恢复趋势的稳健性进行评估，进一步按生态区（大兴安岭、小兴安岭、长白山）分组比较火后恢复轨迹与恢复率差异，以及比较不同火烈度条件下的恢复差异。结果表明，火后森林结构恢复具有明显的层次性特征，中层高度结构（RH50）的恢复速率最高（约0.09 m/a），其35 a相对恢复率约为0.33；中上层与林冠顶高度结构（RH75、RH98）虽保持显著恢复趋势，但相对恢复率低于中层结构。冠层属性指标中，PAI的长期变化信号整体强于CC，提示不同冠层属性对火后恢复的响应阶段与持续性存在差异。火烈度对结构恢复具有显著影响，中重火区域在低层高度结构及冠层属性上的恢复趋势不显著，且长期恢复强度明显低于轻火区域。分生态区比较表明，三大生态区的恢复速率与相对恢复程度存在显著差异，差异主要体现在RH25、CC、PAI指标上，其中，长白山地区的恢复速率整体更高，而大兴安岭在低层与冠层属性指标上恢复受限更明显。研究表明，GEDI激光雷达结构参数能够有效分析区域尺度森林火后长期结构恢复过程，可为火后森林恢复评估与经营管理提供科学依据。

关键词

森林火灾 / 结构恢复 / GEDI激光雷达 / 火烈度 / 恢复轨迹 / 冠层垂直结构 / 时空替代 / 相对恢复率

基金资助

“十四五”国家重点研发计划课题项目（2023YFD2201704）