黑河地區(qū)8種喬木含水率季節(jié)變化及影響因素分析

趙清峰，顏雪嬌，劉萬(wàn)龍

(黑龍江省齊齊哈爾林業(yè)學(xué)校，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

森林可燃物是森林火災(zāi)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含水率的大小對(duì)森林燃燒的難易程度有直接的影響，對(duì)火強(qiáng)度、蔓延速率有間接的影響。活可燃物既能到起熱沉作用，又能起到熱源作用，當(dāng)活可燃物含水率降低到一定程度以下時(shí)，遇火燃燒能成為熱源；若活可燃物含水率保持在一定程度以上時(shí)，則不能燃燒，只起熱沉作用。[1]部分研究表明，氣象指標(biāo)即可描述活可燃物含水率變化[2]；Tudela等學(xué)者認(rèn)為活可燃物含水率與物種特性、氣象、地理因素、土壤變量、種群年齡都有很大關(guān)系，不能單一通過(guò)氣象變化解釋[3]；也有一些學(xué)者研究表明活可燃物(葉及小枝)的含水率由形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理結(jié)構(gòu)共同決定。目前，美國(guó)、加拿大等國(guó)均研制出了自己的各種可燃物含水率模型，而我國(guó)在這方面的研究尚處于初級(jí)階段,尤其是活可燃物，目前的研究遠(yuǎn)不如死可燃物含水率充分。[4]近些年，受氣候變化影響，林區(qū)夏季火逐漸增多，即使植物處于生長(zhǎng)旺盛期也能著火，因此，研究植物生長(zhǎng)期內(nèi)的含水率變化規(guī)律十分重要。為了研究黑河地區(qū)活可燃物含水率的季節(jié)變化及其影響因素，選取了8種常見(jiàn)喬木，對(duì)不同時(shí)期含水率進(jìn)行測(cè)定，選擇氣象因子和土壤水分兩個(gè)因子，分析含水率自身變化規(guī)律及與它們之間的關(guān)系，為更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)黑河地區(qū)活可燃物含水率提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域概況與試驗(yàn)方法

1.1 研究區(qū)域自然狀況

江防林場(chǎng)位于126°59′—127°19′ E，49°59′—50°26′ N，在黑河市西北部，隸屬于黑河市愛(ài)輝區(qū)林業(yè)局，屬黑龍江沿江第四積溫帶至第五積溫帶之間，溫帶季風(fēng)氣候，冬季寒冷漫長(zhǎng)，夏季短促濕潤(rùn)，暗棕壤是主要土壤類型，年平均氣溫-1 ℃左右，最低氣溫-40 ℃，最高氣溫35 ℃，年降雨量500～600 mm，年日照時(shí)數(shù)2 500～2 700 h，年≥10 ℃活動(dòng)積溫1 700～1 900 ℃，初霜在9月初至9月中旬，終霜在5月中旬，無(wú)霜期100 d左右。該林場(chǎng)常見(jiàn)植物有蒙古櫟、落葉松、繡線菊、胡枝子、黃芩、東北百合等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 含水率測(cè)定 采樣日期為2016年5月6日至9月9日。選取江防林場(chǎng)內(nèi)8種常見(jiàn)喬木作為試驗(yàn)種，即蒙古櫟(Quercusmongolica)、黑樺(Betuladavurica)、紅松(Pinuskoraiensis)、樟子松(P.sylvestrisvar.mongolica)、落葉松(Larixgmelinii)、偃松(Pinuspumial)、水冬瓜(Alnuscremastogyne)和油松(Pinustabulaeformis)。每種物種選取3個(gè)樣點(diǎn),采集喬木的葉片以及直徑小于0.6 cm的細(xì)枝[5]，為獲取當(dāng)天最低含水率，取樣時(shí)間選在13：00—15：00之間，每周取樣一次。樣本不應(yīng)沾有水滴，如遇上降雨，采樣時(shí)間往后順延，降水結(jié)束超過(guò)24 h，可以取樣。每個(gè)樣本取100 g左右，用天平(0.01精準(zhǔn))在樣地內(nèi)直接稱量鮮質(zhì)量，再將樣品裝袋封口帶回實(shí)驗(yàn)室，用烘干箱在105 ℃的條件下烘干24 h，稱量干質(zhì)量.按下式計(jì)算各個(gè)樣點(diǎn)的含水率，取3個(gè)樣點(diǎn)平均值作為該物種的含水率。

式中：LFMC為試驗(yàn)種活可燃物含水率(%)，F(xiàn)W為試驗(yàn)種的鮮質(zhì)量，DW為試驗(yàn)物種的干質(zhì)量(g)

1.2.2 土壤含水率測(cè)定 取樣時(shí)每次隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，用地溫計(jì)測(cè)量地溫后取土樣，每個(gè)樣點(diǎn)取100 g左右。土壤含水率測(cè)定方法同上。

1.2.3 氣象數(shù)據(jù)采集 采集的氣象要素有土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、降雨量、蒸發(fā)量、風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)。氣象數(shù)據(jù)由距離試驗(yàn)地最近的愛(ài)輝國(guó)家基本氣候站獲得。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 8種喬木生長(zhǎng)期內(nèi)含水率的動(dòng)態(tài)變化 利用平均值法將8種喬木含水率標(biāo)準(zhǔn)化，繪制喬木含水率隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)曲線，再計(jì)算不同喬木含水率的最大值、最小值，綜合分析不同喬木物種之間含水率的差異,并對(duì)其進(jìn)行分類。

1.3.2 影響因子分析 活可燃物含水率受環(huán)境因子(主要包括土壤因子和氣象因子)影響較大，且與前期的氣候積累有著密切的關(guān)系，本次研究選用的影響因子包括四類：第一類是取樣當(dāng)天的氣象因子，具體為日最高氣溫、日平均濕度、地溫和日照時(shí)數(shù)等；第二類是累加降雨量；第三類是當(dāng)天的土壤含水率、地溫；第四類是林冠干旱指數(shù)(CDSI)。

用Pearson相關(guān)系數(shù)對(duì)喬木含水率與不同因子間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

所有數(shù)據(jù)采用SPSS18.0和Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 喬木含水率動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)

活可燃物含水率不僅受外界環(huán)境影響，也受自身調(diào)節(jié)機(jī)制控制，有自己的變化規(guī)律。[6]

圖1給出了8種喬木在生長(zhǎng)期內(nèi)的含水率動(dòng)態(tài)變化，由圖中可見(jiàn)5月為喬木的萌芽期，含水率相對(duì)較低，6月初含水率基本達(dá)到最大值，此后的6—8月含水率相對(duì)穩(wěn)定，到8月下查詢至9月初，含水率逐漸降低。8種喬木中，含水率最低為111.6%(油松)，最高為489.7%(水冬瓜)；平均含水率最高為399.7%(黑樺)，最低為162.6%(油松)；取樣期間含水率變化幅度最大為213.1%(偃松)，變化幅度最小為80.4%(蒙古櫟)。其中蒙古櫟、樟子松、油松和偃松四種物種平均含水率低于200%。

G.Pellizzaro，2007中將樹(shù)種按含水率為250%將試驗(yàn)樹(shù)種分類，依據(jù)此分類方法按含水率高低將8種試驗(yàn)物種分為2組：第一組如圖1所示，含水率持續(xù)高于250%，難燃，包括水冬瓜、黑樺；第二組，含水率平均值低于250%，包括樟子松、蒙古櫟、落葉松、紅松、偃松、油松。而這些喬木平均值差異也較大，又可將這些喬木再分成兩類：一類含水率平均值介于200%～250%之間，不易燃，包括落葉松和紅松；另一類含水率平均值低于200%，易燃包括樟子松、蒙古櫟、偃松、油松。

圖1 不同生長(zhǎng)期各樹(shù)種含水率

2.2 喬木含水率影響因子分析

對(duì)活可燃物含水率與其由有影響的四類因子進(jìn)行分析，得出5天累加降雨量、日照時(shí)數(shù)、土壤含水率和日最高氣溫與活可燃物含水率關(guān)系密切，圖2為4種因子隨時(shí)間變化曲線，表1給出了8種喬木與日最高氣溫、日照時(shí)數(shù)、土壤含水率、5天累加降雨量、10天累加降雨量、40 cm淺層地溫和氣象干旱指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，其余影響因子相關(guān)性不顯著，未列入表中。其中，水冬瓜、樟子松、油松、蒙古櫟受日最高氣溫影響顯著；水冬瓜、樟子松、蒙古櫟受日照時(shí)數(shù)影響顯著；落葉松、紅松、偃松受土壤含水率影響顯著；偃松受5d降雨量影響顯著；紅松受40 cm淺層地溫影響顯著；黑樺、樟子松、蒙古櫟受氣象干旱指數(shù)影響顯著。

圖2 不同影響因素隨時(shí)間變化

日最高氣溫氣象干旱指數(shù)土壤含水率5d降雨量10d降雨量40cm淺層地溫日照時(shí)數(shù)落葉松0．368?0．387?0．414??0．2070．368?-0．3140．216黑樺0．3050．383?0．0620．333?0．238-0．1160．471??紅松0．325?0．362?0．515??0．1420．377?-0．414??0．133水冬瓜0．453??0．521??0．381?0．344?0．250-0．2660．387?偃松0．3170．3120．462??0．471??0．0230．1650．298樟子松0．439??0．454??0．356?0．352?0．2640．2890．468??油松0．437??0．395?0．368?0．1920．357?0．2470．251蒙古櫟0．507??0．441??0．1840．327?0．327?0．339?0．424??

注：** — Sig.<0.01； * — Sig.<0.05。

3 結(jié)論

3.1 8種喬木含水率變化與物種燃燒性

8種喬木在生長(zhǎng)期內(nèi)含水率均大于100%，其中水冬瓜、黑樺含水率持續(xù)高于250%，屬于難燃樹(shù)種；落葉松、紅松含水率持續(xù)高于200%，并且最低含水率高于130%，屬于不易燃樹(shù)種；偃松、樟子松、油松和蒙古櫟含水率平均值低于200%，屬于易燃樹(shù)種。

3.2 討論

氣象站距采樣地點(diǎn)具有一定距離，成為實(shí)驗(yàn)干擾因素。另外，本次實(shí)驗(yàn)土樣含水率為淺層土，而多數(shù)植物為深根植物，因此不能充分說(shuō)明植物含水率與土壤水分之間關(guān)系?；羁扇嘉锍耸芡饨缫蜃佑绊懸酝猓茏陨頇C(jī)制影響較大，各個(gè)物種之間含水率差異較大，本研究雖然不能通過(guò)所測(cè)因子建立活可燃物含水率預(yù)測(cè)模型，但為更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)黑河地區(qū)活可燃物含水率提供理論基礎(chǔ)。

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[1] Pyne SJ,Andrews PL,Laven RD. Introduction to Wildland Fire[J]. Introdunction to wildland Fire,1996

[2] Pellizzaro G,Cesaraccio C,Duce P,et al. Relationships between seasonal patterns of live fuel moisture and meteorological drought indices for Mediterranean shrubland species[J]. International Journal of Wildland Fire,2007,16: 232-241

[3] Castro FX,Tudela A,Serra I.,et al. Patterns of variation of Rosmarinus officinalis live fine fuel moisture[J]. Forest Fire Research and Wildland Fire Safety,2002,72: 1-9

[4] Chuvieco E,Aguado I,Dimitrakopoulos AP. Conversion of fuel moisture content values to ignition potential for integrated fire danger assessment[J]. Canadian Journal of Forest Research,2004,34(11): 2284-2293

[5] Andrews P. BEHAVE: Fire behavior prediction and fuel modeling system -burn subsystem,part1. USDA Forest Service,Intermountain Forest and Range Experiment Station[C].General Technical Report INT-194,1986

[6] 王瑞君，于建軍，鄭春艷.森林可燃物含水率預(yù)測(cè)及燃燒性等級(jí)劃分[J].森林防火,1997(2):16-17