水噴淋對森林公園防火林帶小氣候的影響研究

朱衛(wèi)東+陳鈺皓+何瑩泉+陳雄偉+李小川+王振師

摘要：采用自動水噴淋系統(tǒng)對森林公園防火林帶進行了噴淋試驗，對噴淋樣地與對照樣地內(nèi)的小氣候因素：風(fēng)速、大氣壓、空氣相對濕度、空氣溫度等數(shù)據(jù)進行了觀測分析。結(jié)果表明：經(jīng)過噴淋的樣地內(nèi)風(fēng)速、氣壓、空氣相對濕度、空氣溫度等都有較為明顯的變化。可見森林公園防火林帶內(nèi)的小氣候通過噴淋系統(tǒng)噴灑后是有一定變化過程的。

關(guān)鍵詞：水噴淋；防火林帶；小氣候

中圖分類號：S762.3

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）07-0189-04

1 引言

森林小氣候是由森林以及林冠下灌木叢和草被等形成的一種特殊小氣候[1]。小氣候?qū)χ参锷L發(fā)育具有重要的作用，從而影響森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，而影響森林小氣候的因素有很多，主要有林內(nèi)的太陽輻射、風(fēng)速風(fēng)向、大氣壓、空氣溫度、空氣相對濕度、降水量、蒸發(fā)量等。而森林火災(zāi)后，林地小氣候的變化與火災(zāi)程度存在一定的相關(guān)性。

對于消滅森林火災(zāi)最有效可靠的方法之一是以水滅火[2]。通過自動水噴淋系統(tǒng)的噴灑，調(diào)節(jié)森林公園防火林帶內(nèi)的風(fēng)速、大氣壓、空氣溫度、空氣相對濕度等的數(shù)據(jù)變化，改變林帶內(nèi)的小氣候，促進水噴淋對提高防火林帶的防火作用和促進植物生長作用。

2 試驗地概況

試驗地位于東莞市大屏嶂森林公園內(nèi)森林防火系統(tǒng)研究示范基地，地理坐標為東經(jīng)113°59′7″～114°1′11″，北緯20°45′44″～22°49′25″之間。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，受季風(fēng)和氣候影響，形成高溫多雨的氣候特點，年降雨量1500～2400 mm，有夏秋多雨，春冬干旱的特點。平均氣溫21.8 ℃，無霜期350 d以上。該防火研究示范基地郁閉度為0.6～0.8，主要森林植被為人工闊葉林，林分樹種主要有馬占相思林、荷木、羅浮栲、鴨腳木、香樟、腺葉櫻、黎蒴、青岡、中華錐等。在山坑、溝谷陰坡保留少量的次生地帶性植被-南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林（表1）。

3 試驗材料與方法

3.1 試驗儀器

AR-816?，旓L(fēng)速計；土壤溫濕度檢測儀；德國TESTO 610 空氣濕度和溫度測定儀；德圖TESTO 606-2木材水份儀。

3.2 試驗方法

在一條300 m長的給水噴淋防火帶（表1）（專利號：ZL 2015 2 0845494.3）上設(shè)立A、B、C為噴淋測試點，另設(shè)立D、E、F為非噴淋測試點，每點分別在上坡位5 m，下坡位5 m和10 m設(shè)立調(diào)查樣方。并在樣地內(nèi)進行了水噴淋前后試驗，然后對樣地的環(huán)境因素：太陽輻射照度、空氣溫度、土壤濕度和空氣相對濕度、空氣濕度、大氣壓、風(fēng)速等進行數(shù)據(jù)觀測采集。觀察期為：2016年2月27日9點至3月3日11點，噴淋前（2016年2月27日9點至2月29日11點）、噴淋后（2016年2月29日13點至3月3日11點），樣點布置如圖1所示。

運用Microsoft excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理，并采用SPS20.0軟件對數(shù)據(jù)進行差異性分析和回歸分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 水噴淋對于森林公園防火林帶內(nèi)風(fēng)速影響

風(fēng)在林火預(yù)報中是一個十分重要的因子。它可以加快可燃物水分蒸發(fā)，加速干燥而使可燃物易燃，不斷補充新的氧氣，增加助燃條件，加速燃燒過程。此外，風(fēng)能改變熱對流，增加平熱流，大大加快林火向前蔓延的速度，有時還會造成飛火，擴大火災(zāi)面積[3]。因此，風(fēng)速是作為間接因子來考慮對可燃物含水率的影響（表2和表3）。

在試驗樣地內(nèi)感覺有微風(fēng)吹下即為可測風(fēng)力，可使用風(fēng)速儀舉到測試高度，判斷風(fēng)向，轉(zhuǎn)動風(fēng)速儀正對來風(fēng)方向，讀取和記載穩(wěn)定風(fēng)速數(shù)值。

通過對2016年2月27日9時至3月3日11時的噴淋和對照各樣地林內(nèi)測定的風(fēng)速平均值分析發(fā)現(xiàn)樣地A點和F點處于山坳位置，明顯風(fēng)速平均值較高，樣地B、C、D、E點處于林內(nèi)，風(fēng)速平均值持平，無明顯變化。

從表2、3可知，觀察期內(nèi)噴淋前，噴淋樣地林內(nèi)風(fēng)速-對照樣地風(fēng)速計算出的T統(tǒng)計值分別為-2.733、-4.552，其對應(yīng)的臨界置信水平均小于0.05，因此拒絕T檢驗的原假設(shè)，即表明噴淋前、后噴淋樣地林內(nèi)的風(fēng)速-對照樣地的風(fēng)速之間無顯著差異。但是對于山谷和山脊等地的風(fēng)速是可以加快林火向前蔓延的速度，有時還會造成飛火，擴大火災(zāi)面積，在森林防火中，是值得重視的因素。

4.2 水噴淋對于森林公園防火林帶內(nèi)大氣壓影響

在諸種氣象條件中，大氣壓的變化跟天氣有密切的關(guān)系[4]，大氣壓隨空氣濕度的增大而減小。通過水噴淋增加空氣濕度，降低空氣壓，抑制氮氣、氧氣及二氧化碳等多種氣體散發(fā)，防止森林火災(zāi)的蔓延。

通過對2016年2月27日9時至3月3日11時的噴淋和對照各樣地林內(nèi)測定的大氣壓平均值的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)噴淋樣地A、B、C點內(nèi)的大氣壓數(shù)值有明顯下降。對照樣地D、E、F點內(nèi)氣壓數(shù)值也有所下降， 足以證明水噴淋對于森林公園防火林帶內(nèi)的大氣壓是有影響的。

從表4、5可知，觀察期內(nèi)，噴淋樣地林內(nèi)氣壓-對照樣地氣壓計算出的T統(tǒng)計值為58.208，其對應(yīng)的臨界置信水平小于0.05，因此拒絕T檢驗的原假設(shè)，既表明噴淋樣地林內(nèi)的氣壓-對照樣地的氣壓之間有顯著差異。噴淋樣地林內(nèi)的氣壓均高于對照樣地的氣壓，噴淋前后，大氣壓的變化對于森林火災(zāi)的抑制是有一定作用的。

4.3 水噴淋對于森林公園防火林帶內(nèi)空氣相對濕度影響

空氣相對濕度是火險天氣中的關(guān)鍵因素，相對濕度的大小，直接影響到可燃物的干濕程度，隨著濕度的減少，可燃物的干燥速度不斷加快（表6和表7）。

通過對2016年2月27日9時至3月3日11時的噴淋和對照各樣地林內(nèi)測定的空氣相對濕度平均值的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)對照時，噴淋樣地A、B、C點的空氣相對濕度值比對照樣地D、E、F點的值高。經(jīng)過噴淋后，噴淋樣地A、B、C點的空氣相對濕度平均值最高。

從表6、7可知，觀察期內(nèi)，噴淋樣地林內(nèi)空氣平均相對濕度為57.0%，對照樣地林內(nèi)空氣平均相對濕度為53.7%；噴淋前，噴淋樣地林內(nèi)空氣平均相對濕度為61.9%，對照樣地林內(nèi)空氣平均相對濕度為59.1%；噴淋后，噴淋樣地林內(nèi)空氣平均相對濕度為53.0%，對照樣地林內(nèi)空氣平均相對濕度為49.4%。

噴淋樣地林內(nèi)空氣相對濕度-對照樣地空氣相對濕度計算出的T統(tǒng)計值為4.271，其對應(yīng)的臨界置信水平小于0.05。即表明噴淋前后噴淋樣地林內(nèi)空氣相對濕度-對照樣地空氣相對濕度之間有顯著差異。噴淋后，噴淋樣地林內(nèi)空氣平均相對濕度高于對照樣地3.6%。因此，水噴淋前后對于森林公園防火林帶的空氣相對濕度有直接影響。

4.4 水噴淋對于森林公園防火林帶內(nèi)空氣溫度影響

空氣溫度對森林可燃物的燃燒性具有重要的影響。高的空氣溫度能加速水分蒸發(fā)，使森林可燃物含水量減少，變得干燥，提高可燃物的燃燒性。因此，如果長時間的高溫干燥對火險程度影響越大，越要更加嚴格控制用火。

通過對2016年2月27日9時到3月3日11時的噴淋和對照各樣地林內(nèi)測定的空氣溫度平均值的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)噴淋樣地A、B、C點和對照樣地D、E、F點都是上午11∶00開始林內(nèi)溫度持續(xù)上升，一直保持到下午17∶00才下降。說明樣地內(nèi)持續(xù)溫度高的時間較長，對森林防火不利（表8和表9）。

從表8、9可知，觀察期內(nèi)、噴淋后，噴淋樣地林內(nèi)空氣溫度-對照樣地空氣溫度計算出的T統(tǒng)計值分別為-2.765、-3.202，其對應(yīng)的臨界置信水平小于0.05，因此拒絕T檢驗的原假設(shè)，既表明觀察期內(nèi)、噴淋后噴淋樣地林內(nèi)空氣溫度-對照樣地空氣溫度之間有顯著差異。林內(nèi)空氣溫度變化與實時大氣溫度基本吻合；噴淋前后，噴淋樣地林內(nèi)空氣溫度均低于對照樣地林內(nèi)空氣溫度。因此，水噴淋對于森林公園防火林帶內(nèi)空氣溫度影響。

5 結(jié)論與討論

通過水噴淋對森林公園防火林帶噴淋前后的試驗，并對樣地內(nèi)2016年2月27日9時至3月3日11時的環(huán)境因素：風(fēng)速、大氣壓、空氣相對濕度、空氣溫度等觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過林內(nèi)的小氣候要素差異性來分析水噴淋是否會影響森林公園防火林帶內(nèi)的森林小氣候結(jié)論如下。

（1）自動噴淋系統(tǒng)對于改變樣地內(nèi)的小氣候：風(fēng)速、大氣壓、空氣相對濕度、空氣溫度是有一定的影響，它關(guān)系到森林火災(zāi)的預(yù)防和控制。

（2）樣地內(nèi)小氣候數(shù)據(jù)直接關(guān)系著森林火災(zāi)智能控制系統(tǒng)，通過空氣風(fēng)速、大氣壓、濕度、溫度以及煙感等數(shù)據(jù)來連接噴淋系統(tǒng)的啟動關(guān)閉模塊，最終形成森林火災(zāi)智能控制和預(yù)報系統(tǒng)。

（3）通過自動噴淋系統(tǒng)噴灑，改變防火林帶內(nèi)的風(fēng)速、空氣壓力、空氣相對濕度和溫度等小氣候環(huán)境，從而改善防火林帶內(nèi)植物生長環(huán)境，加快林木生長速度，同時，還防止土壤灰化，對促進枯落物的分解有積極作用。

參考文獻：

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