3種針葉樹地表凋落物燃燒蔓延速度比較1)

高國平 云麗麗 張瑤琦 楊雨田 祁金玉

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽，110866) (遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院) (遼寧省沈陽市渾南區(qū)林業(yè)局) (沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué))

森林地表火的形成一般都是由地表凋落物的燃燒開始，因而研究地表凋落物燃燒蔓延速度對森林地表火及時決策和撲救有重要參考價值[1-3]，對森林防火工作有著重要的理論和實踐意義。目前國內(nèi)、外對森林地表凋落物燃燒蔓延速度方面研究較少，大多側(cè)重研究不同森林類型燃燒蔓延速度的模型[4]。為了摸索遼寧地區(qū)針葉樹地表凋落物燃燒蔓延速度，本文選擇了3種遼寧省主要針葉樹種進(jìn)行了室外燃燒試驗，以探索地表凋落物的燃燒蔓延速度特征，旨在為遼寧地區(qū)森林防火工作提供參考。

1 試驗材料和方法

1.1 實驗材料和儀器

于2016年4月在撫順地區(qū)清原縣大邊溝林場分別采集樟子松(PinussylvestrisL. var.mongolicaLitv.)、油松(PinustabulaeformisCarr.)和日本落葉松(Larixkaempferi(Lamb.) Carr.)地表凋落物(凋落物主要由針葉、樹皮和小枝組成)各150 kg，帶回實驗室，制成不同含水率的樣品備用。

自制鐵質(zhì)燃燒槽床(厚度2 mm的鐵板，制成內(nèi)長200 cm、內(nèi)寬50 cm、內(nèi)高20 cm)、AJH-5D型手持式風(fēng)向風(fēng)速儀、鋼卷尺、溫濕度計、DY-2002型滴油式點火器、電子秒表、記錄筆、記錄紙等。

1.2 不同溫度燃燒蔓延速度測定

試驗采用可控溫、濕度的實驗室內(nèi)進(jìn)行，試驗時間選擇在2017年5月進(jìn)行。試驗選擇無風(fēng)狀態(tài)下進(jìn)行，空氣濕度在40%左右，溫差選擇5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃梯度。將含水率10%的凋落物以5 cm的厚度均勻平鋪在燃燒槽床內(nèi)，盡量保持自然疏松狀態(tài)，然后從一端利用點火器進(jìn)行點火，點火后，記錄火焰從一端燃燒蔓延到另一端所需的時間。每種針葉樹每個溫度梯度重復(fù)3次試驗，計算燃燒蔓延速度。蔓延速度=所鋪設(shè)可燃物長度/燃燒時間[5-7]。然后分析溫度對燃燒蔓延速度的影響。

1.3 不同含水率燃燒蔓延速度測定

試驗選擇無風(fēng)、空氣濕度40%、空氣溫度15 ℃的條件下，將事先準(zhǔn)備好的含水率分別為10%、15%、20%、25%、30%的樣品，分別以5 cm的厚度均勻放入在平鋪地面的燃燒槽床內(nèi)，盡量保持自然疏松狀態(tài)。然后從一端利用點火器進(jìn)行點火，記錄燃燒從一端蔓延到另一端所需的時間，計算燃燒蔓延速度。每種可燃物重復(fù)3次試驗，計算燃燒蔓延速度，分析不同含水率梯度對凋落物蔓延速度的影響。

1.4 上、下坡燃燒蔓延速度測定

試驗選擇無風(fēng)、空氣濕度40%、空氣溫度15 ℃的條件，將事先準(zhǔn)備好的含水率10%的地表凋落物樣品，以5 cm的厚度均勻平鋪在燃燒槽床內(nèi)，盡量保持與野外林下自然疏松狀態(tài)。然后槽床一端支起，分別調(diào)整成0°、5°、15°、25°、35°、45°的坡度梯度，從低的一端利用點火器進(jìn)行點火，測定上坡火燃燒蔓延速度[8-9]。測定下坡火燃燒，分別按45°、35°、25°、15°、5°、0°進(jìn)行測定其蔓延速度，記錄從高端到低端燃燒所需的時間。實驗設(shè)3次重復(fù)，計算燃燒蔓延速度，分析不同坡度梯度對燃燒蔓延速度的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫對凋落物燃燒蔓延速度的影響

由表1可知，溫度對3種針葉樹的燃燒有一定影響，隨著氣溫增高，3種地表凋落物燃燒蔓延速度均呈現(xiàn)增大的趨勢。樟子松和油松的凋落物燃燒速度較快，從5 ℃至25 ℃條件下，燃燒速度變化分別為0.56～0.74、0.58～0.74 m/min，二者燃燒蔓延速度相似；在溫度25 ℃時，樟子松和油松凋落物的燃燒蔓延速度與5 ℃比較，燃燒蔓延速度分別增長了33.33%和39.32%。日本落葉松凋落物表現(xiàn)燃燒蔓延速度最慢，從5 ℃至25 ℃條件下，燃燒速度變化為0.15～0.20 m/min；在溫度25 ℃時，日本落葉松凋落物的燃燒蔓延速度與5 ℃比較，燃燒蔓延速度增加了33.33%。主要原因是落葉松地表凋落物中針葉所占比重較小(一般低于10%)，大多為剝落樹皮、枯落枝，造成可燃物的燃點相對較高，燃燒蔓延速度較慢。

表1 不同氣溫對凋落物燃燒蔓延速度

2.2 凋落物含水率對燃燒蔓延速度影響

由表2可知，含水率變化對油松、樟子松及落葉松凋落物燃燒蔓延速度均有較大影響，總體均表現(xiàn)出隨含水率增大，3種針葉樹凋落物燃燒的火焰蔓延速度均表現(xiàn)出減小的趨勢。在含水率達(dá)到30%時，樟子松、油松燃燒蔓延速度與含水率10%時比較，分別下降了33.93%、26.92%。日本落葉松與油松、樟子松凋落物燃燒蔓延速度差別明顯，在含水率達(dá)到30%時，燃燒蔓延速度下降了53.33%。主要原因凋落物中針葉所占比例較小，小枝和樹皮易吸收水分，導(dǎo)致不易燃燒。

2.3 上、下坡度對凋落物燃燒蔓延速度的影響

由表3、表4可知，在上坡火燃燒當(dāng)中，隨著坡度的增加，樟子松、油松和日本落葉松的凋落物均表現(xiàn)燃燒速度加快的趨勢，而在下坡火燃燒當(dāng)中，表現(xiàn)為坡度越大燃燒越慢。在上山火中，當(dāng)坡度達(dá)到45°時，油松與樟子松凋落物燃燒的蔓延速度較無坡度的分別提高了100.0%、171.4%。而日本落葉松凋落物燃燒速度隨著坡度增加，燃燒速度提高表現(xiàn)不明顯，在45°坡度時僅提高了12.5%。而在下坡火中，3種針葉樹凋落物燃燒蔓延速度與無坡度比較，下坡火總體減慢，坡度越大，燃燒越慢，在坡度為45°時，油松、樟子松和日本落葉松凋落物的燃燒蔓延速度與平坦無坡比較分別下降了59.32%、53.57%、68.75%，坡度對日本落葉松凋落物燃燒速度影響最大。

表2 不同含水率對凋落物燃燒蔓延速度

表3 3種針葉樹凋落物不同坡度上坡火蔓延速度

表4 3種針葉樹凋落物不同坡度下坡火蔓延速度

續(xù)(表4)

3 結(jié)論

氣溫對油松、樟子松、日本落葉松等3種針葉樹的地表凋落物燃燒速度有一定的影響，在不同氣溫條件下燃燒蔓延速度隨著氣溫升高而逐漸增高，其中油松和樟子松凋落物的燃燒速度較快，燃燒蔓延速度油松凋落物較高，日本落葉松凋落物燃燒蔓延速度最慢。

含水率對油松、樟子松及落葉松凋落物燃燒蔓延速度均有較大影響，總體均表現(xiàn)出隨著含水率的逐漸增大，3種針葉樹的凋落物火焰蔓延速度均表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。在含水率達(dá)到30%時，樟子松、油松凋落物燃燒蔓延速度分別下降了33.93%、26.92%，而日本落葉松燃燒蔓延速度下降了53.33%。

3種針葉樹凋落物在上坡火燃燒當(dāng)中，隨著坡度的增大，樟子松、油松和日本落葉松凋落物均表現(xiàn)燃燒蔓延速度加快的趨勢。在下坡火中，隨著坡度增加燃燒速度逐漸減慢趨勢，在坡度45°與無坡度比較，油松、樟子松和日本落葉松凋落物的燃燒蔓延速度分別降低了59.32%、53.57%、68.75%，坡度對日本落葉松影響最大。

[1] 胡海清.林火生態(tài)與管理[M].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[2] 居恩德.林火管理[M].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社,1988.

[3] 鄭煥能.森林防火[M].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社，1994.

[4] 單延龍,金森,李長江.國內(nèi)外林火蔓延模型簡介[J].森林防火,2004(4):18,21.

[5] 李世友,張凱,楊清,等.華山松林細(xì)小可燃物層燃燒初始蔓延速度的初步研究[J].福建林業(yè)科技，2009,36(1)：58-61.

[6] 毛賢敏，徐文興.林火蔓延速度計算方法的研究[J].遼寧氣象,1991(2)：9-13.

[7] 穆煥文，譯.林火蔓延速度的估算[J].國外林業(yè),1988(3)：28-30.

[8] 王正非.山火初始蔓延速度測算法[J].山地研究，1983,1(2):42-47.

[9] 朱家進(jìn),周汝良,高仲亮,龍騰騰,等.坡度對林火蔓延的影響[J].農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究,2012,2(4)：80-83.