昆明地區(qū)旱冬瓜林的阻火性研究

陳啟良，王秋華，李 渴，葉 彪，李正祥，閆想想 ，李世友

（1云南森林自然中心，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)消防學(xué)院，云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224）

旱冬瓜（Alnus nepalensis），別名蒙白榿木、水冬瓜、冬瓜樹(shù)，尼泊爾木[1]，屬于闊葉落葉喬木，是一種速生樹(shù)種。具有固氮改良土壤和良好的萌蘗更新能力[2]。旱冬瓜是我國(guó)西南地區(qū)優(yōu)良的用材樹(shù)種和生態(tài)公益林樹(shù)種[3]。旱冬瓜在防火期初期落葉，林分難以發(fā)生樹(shù)冠火；防火緊要期長(zhǎng)出的新枝、葉含水率高，也不易發(fā)生樹(shù)冠火。1995年5月下旬劉愛(ài)榮、吳德友等對(duì)當(dāng)時(shí)發(fā)生在云南省安寧縣茅草菁山頂?shù)幕馂?zāi)進(jìn)行多次火場(chǎng)調(diào)查[4]，確認(rèn)旱冬瓜天然的阻火功能。在防火期不同時(shí)期對(duì)昆明地區(qū)的旱冬瓜林進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)期旱冬瓜林的阻火因素不同；不同地段，旱冬瓜的阻火因素也有所差異。

1 研究地概況

主要研究地有兩處。研究地一位于昆明市東北郊金殿國(guó)家森林公園園寶山上，地理坐標(biāo)為102°48′～102°50′E，25°6′～25°7′N，距市區(qū)10 km，樣地標(biāo)號(hào)一、二、三。研究地二位于昆明西郊滇池湖畔西山森林公園，地理坐標(biāo)為102°37′～102°38′E，24°57′～24°59′N，距市區(qū)15 km[5]，樣地標(biāo)號(hào)四、五、六。

金殿國(guó)家森林公園園寶山年平均氣溫11.2～13.8 ℃，最熱月均溫18.2 ℃，最冷月均溫6.8 ℃，年較差為11.4 ℃；年均降水量為980.5～1 156.5 mm，年降水集中在5-8月；年均相對(duì)濕度65%；主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)。昆明西山國(guó)家森林公園年平均氣溫在10～22 ℃；最熱月均溫19.8 ℃，最冷月均溫7.7 ℃，年較差為12.1℃[6]；年均降水量為1 094.1 mm，5-10 月為雨季；年均相對(duì)濕度74%[7]；主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣地調(diào)查

每年12月1日至次年6月15日為云南省森林防火期。第一次外業(yè)調(diào)查在2016 年12 月12 日，連旱天數(shù)12 天。當(dāng)天在園寶山和西山公園選擇旱冬瓜林連續(xù)分布且具有代表性的林地設(shè)置樣地（10 m×10 m），每個(gè)研究地各3塊樣地，共計(jì)6塊樣地。每個(gè)樣地設(shè)置2 個(gè)小樣方（1 m×1 m)，共計(jì)12個(gè)小樣方。同步測(cè)量樣地內(nèi)的氣象情況和地表植被的覆蓋率。

云南省防火緊要期為3-4 月，這時(shí)森林火險(xiǎn)等級(jí)最高，火災(zāi)危險(xiǎn)性最大。第二次外業(yè)調(diào)查在2017 年4 月10 日，連旱天數(shù)為7 天。在原來(lái)設(shè)置好的樣地內(nèi)對(duì)可燃物分別取樣，用便攜式電子天平稱鮮質(zhì)量后裝進(jìn)信封帶回實(shí)驗(yàn)室。用平面截取法估算可燃物床的高度，用鋼卷尺測(cè)灌木、綠色草本植被的高度，平均高度約是葉或莖最高處的70%。測(cè)量綠色草本植被的覆蓋率，并測(cè)量樣地里面樹(shù)高、胸徑、郁閉度、0.5 m以下的嫩枝數(shù)等數(shù)據(jù)。樣地信息包括海拔、坡向、坡位等，詳見(jiàn)表1。

表1 園寶山和西山國(guó)家森林公園旱冬瓜林的樣地特征統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

2.2 氣象因子測(cè)定

采用便攜式氣象測(cè)定儀器測(cè)定各樣地的溫度、大氣相對(duì)濕度和2.0 m 左右高處的風(fēng)速，分析火險(xiǎn)天氣，來(lái)判斷樣地的氣象情況。

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定

在旱冬瓜林設(shè)置的樣地內(nèi)采集地表上層的落葉、枯枝、草本植物等可燃物，就地用便攜式電子天平稱鮮質(zhì)量，裝進(jìn)信封帶回實(shí)驗(yàn)室。并在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)儀器測(cè)定樣品的絕干質(zhì)量、含水率和載量。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠色植被對(duì)阻火的作用

蕁麻（Nettle）在森林防火期內(nèi)是發(fā)芽生長(zhǎng)期，含水率較高，具有一定阻火性。據(jù)外業(yè)調(diào)查得知，防火初期旱冬瓜林地內(nèi)有蕁麻的包括樣地一蕁麻覆蓋率為50%，樣地四為70%；防火緊要期，樣地一蕁麻覆蓋率達(dá)到80%，樣地四為90%（表2）。防火緊要期蕁麻生長(zhǎng)茂盛期，平均株高達(dá)到75 cm，加上覆蓋率的增加，使蕁麻的阻火性增強(qiáng)。

表2 旱冬瓜林下蕁麻的株高和覆蓋率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

樣地四內(nèi)旱冬瓜有13株（每公頃1300株），比旱冬瓜在我國(guó)西南地區(qū)每公頃有林木（800-1000株）略多，由此可見(jiàn)旱冬瓜在箐溝里面易生長(zhǎng)[2]。箐溝里的旱冬瓜林較繁茂，加之林下蕁麻生長(zhǎng)茂盛，因此箐溝里的旱冬瓜林有較大的阻火性。

3.2 氣象因子對(duì)阻火的影響

通過(guò)兩次不同時(shí)期對(duì)樣地一和樣地四調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得知防火緊要期的溫度、風(fēng)速略大于防火初期，相對(duì)濕度低于防火初期（表3）。

3.3 可燃物的載量對(duì)旱冬瓜林阻火性的影響

可燃物的載量是森林燃燒的物質(zhì)基礎(chǔ)條件，影響著林火蔓延速度、林火強(qiáng)度以及火燒后的損失[8-10]。它的動(dòng)態(tài)分布對(duì)預(yù)防森林火災(zāi)有重要意義。地表死可燃物是引起森林火災(zāi)的重要原因，對(duì)預(yù)防火災(zāi)和可燃物管理具有重要意義。

在木荷、旱冬瓜、女貞、石楠、黑荊等樹(shù)種中，旱冬瓜屬于一級(jí)防火樹(shù)種[11]。在這些防火樹(shù)種中，旱冬瓜凋落物最少，分解速率最快[12]。林地每年的凋落物量為448.68 g/m2，年平均分解速率為0.0454 g/day。樣地內(nèi)可燃物平均載量為0.76 kg/m2，計(jì)算得每公頃可燃物量為7600 kg（表4），比云南松林、地盤松林等生物質(zhì)量較少。旱冬瓜在防火初期基本落葉完成，林冠稀疏，不易發(fā)生樹(shù)冠火。落葉易分解，不易堆積形成地表可燃物，極大地減弱了林帶地表的引火能力，不易引發(fā)地表火，是充當(dāng)防火屏障的最佳選擇。

可燃物含水率是評(píng)估森林燃燒性的重要指標(biāo)之一[13]。森林可燃物含水率的大小決定其點(diǎn)燃難易程度和燃燒蔓延的快慢，進(jìn)而影響火強(qiáng)度等林火行為[14]。可燃物含水率是森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)中的主要指標(biāo)之一，是評(píng)價(jià)林火發(fā)生危險(xiǎn)程度的最直接指標(biāo)。不同可燃物的含水率不同，變化也不一樣?？扇嘉锖史譃榛羁扇嘉锖屎退揽扇嘉锖省；羁扇嘉锖适怯?jì)劃燒除實(shí)施營(yíng)林用火的依據(jù)。死可燃物含水率是現(xiàn)在和過(guò)去天氣事件累積效應(yīng)的一種綜合產(chǎn)物[15-20]。含水率的研究集中于細(xì)小可燃物的含水率，它決定了森林燃燒的難易程度。

死可燃物含水率與易燃性的關(guān)系有[21]，含水率＞35%不燃；25%～35%難燃；17%～25%可燃。旱冬瓜林下死可燃物含水率平均值為18.06%（表4），含水率不高，而且載量小，不易形成地表火。其樹(shù)干通直、分枝較高，火勢(shì)不會(huì)沿樹(shù)干向上蔓延成樹(shù)冠火，使得旱冬瓜林的阻火性增強(qiáng)。

表3 旱冬瓜林下蕁麻樣地一、樣地四氣象因子對(duì)比統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表4 園寶山和西山國(guó)家森林公園旱冬瓜林的樣地特征統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表5 旱冬瓜嫩枝數(shù)、嫩枝下高、平均胸徑和郁閉度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.4 旱冬瓜的新生嫩枝對(duì)旱冬瓜林阻火性的影響

盡管云南地區(qū)的防火期始于12月，但防火戒嚴(yán)期卻多在3月中旬至5月底這段時(shí)間，而此時(shí)的旱冬瓜嫰枝已長(zhǎng)成，且含水率最高[22]。其鮮葉含水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于針葉林分，分別比華山松和云南松高出3倍和將近3.5倍[23]。旱冬瓜的嫩芽具有一定阻火作用，當(dāng)處于森林防火緊要期時(shí)，旱冬瓜的嫩芽也進(jìn)入了生長(zhǎng)期。旱冬瓜嫩枝直徑取平均值為1.11 cm，嫩枝含水率為58.99%[22]。對(duì)樣地旱冬瓜距地面0.5 m內(nèi)的嫩枝數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（表5）。旱冬瓜的抗火性僅次于木荷、油茶、馬蹄荷，排第四，是一種抗火性較強(qiáng)的樹(shù)種[11]。嫩枝的含水率較大，0.5 m以下每棵的嫩枝平均數(shù)約為8個(gè)。嫩枝數(shù)量較多，能起到很好的防火作用，很大程度提高了阻火性。如果火災(zāi)蔓延到旱冬瓜林，嫩枝數(shù)越多的旱冬瓜林能更有效減緩火災(zāi)蔓延速度、減弱火勢(shì)強(qiáng)度，甚至阻止火災(zāi)蔓延，從而減小火災(zāi)損失。

3.5 枝下高對(duì)旱冬瓜林阻火性的影響

枝下高分為兩種：秋冬季節(jié)分枝高度和春夏季節(jié)萌發(fā)的嫩枝高度（表5）。旱冬瓜樹(shù)干通直，分枝較高。通過(guò)實(shí)地調(diào)查估算了旱冬瓜的分枝高度為8 m 左右。在防火初期，旱冬瓜的部分枯枝和葉子脫落。如果發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)不會(huì)沿樹(shù)干向上蔓延形成樹(shù)冠火。在防火緊要期，旱冬瓜進(jìn)入萌芽和生長(zhǎng)狀態(tài)，靠近根部的濕度較大，空氣中的水分較多，能較早的長(zhǎng)出嫩芽。如表5所示，旱冬瓜的嫩枝下高平均高度為29.24 cm，嫩枝含水率較高，離地面較近，能有效抑制地表火的發(fā)展。

3.6 胸徑對(duì)旱冬瓜林阻火性的影響

如表5 所示，樣地內(nèi)的旱冬瓜的平均胸徑達(dá)到22.15 cm。旱冬瓜林長(zhǎng)勢(shì)較好，生長(zhǎng)較茂盛，郁閉度較高，林下的紫莖澤蘭等陽(yáng)性植物的生長(zhǎng)減弱，使得林下地表可燃物減少，不利于火災(zāi)的蔓延。旱冬瓜胸徑大，意味著樹(shù)皮面積大，樹(shù)皮無(wú)分層現(xiàn)象、含水率高，表面有不規(guī)則凹凸小塊。在熱輻射作用下，韌皮部和形成層溫度上升較慢，耐火性強(qiáng)[24]，具有一定的阻火性。

4 討論與結(jié)論

旱冬瓜是速生落葉闊葉喬木，防火季節(jié)初期落葉，防火緊要期長(zhǎng)新枝葉，含水率高，林分難以發(fā)生樹(shù)冠火，樹(shù)皮含水率高耐火性強(qiáng)。根有固氮菌，有良好的天然更新和萌蘗更新能力，對(duì)山地土壤有較好改良作用。旱冬瓜林的平均胸徑為22.15 cm、嫩枝下高為29.24 cm，嫩枝數(shù)為8 個(gè)。旱冬瓜林下可燃物載量較小為0.76 kg/m2、含水率較高為18.06%。當(dāng)火蔓延到旱冬瓜林時(shí)，能阻滯林火的速度蔓延，甚至完全阻止低溫度小火蔓延。林下的蕁麻防火期內(nèi)平均株高最高達(dá)到84 cm，覆蓋率95%。隨著蕁麻的覆蓋率、株高的增長(zhǎng)，濕度變大，有旱冬瓜林的溝塹形成一條天然的防火帶，不易發(fā)生火災(zāi)，能防止側(cè)蔓延的火蔓延起到阻火作用。

綜上所述，昆明地區(qū)的旱冬瓜林相整齊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多為單層林。旱冬瓜生長(zhǎng)速度較快、適應(yīng)性較廣，可用作荒山綠化。旱冬瓜林具有較強(qiáng)阻火性，就生物防火這一方面需更深入研究?？梢钥紤]和其他防火樹(shù)種混交，形成更有效的生物防火帶，作為計(jì)劃燒除的依托控制線和撲火控制線[25]。

致謝：西南林業(yè)大學(xué)消防學(xué)院消防工程本科2017 屆的李中秋、朱家威和段炳濤等同學(xué)參與了外業(yè)調(diào)查，在此一并致以謝意！