昆明地區(qū)常見(jiàn)殼斗科植物鮮葉的燃燒性

張橋蓉，郭 毅，呂維志，駱書(shū)林

(西南林業(yè)大學(xué) 消防研究所 土木工程學(xué)院，云南 昆明650224)

森林火災(zāi)是世界八大自然災(zāi)害之一，因其突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助困難等而被廣泛關(guān)注。如何有效地預(yù)防森林火災(zāi)的發(fā)生，在一定程度上減小森林火災(zāi)的危害，成為研究熱點(diǎn)[1]。作為森林火災(zāi)物質(zhì)基礎(chǔ)的森林可燃物，其燃燒性質(zhì)在很大程度上取決于構(gòu)成森林的樹(shù)種。樹(shù)種不同，其燃燒性也不同。對(duì)于樹(shù)種的燃燒性研究，從研究區(qū)域來(lái)看，我國(guó)已開(kāi)展了黑龍江[2-4]、江西[5-9]、江蘇[10]、廣西[1]、云南[11-13]、新疆[14]等地主要樹(shù)種的燃燒性研究；從研究方法上來(lái)看，有基于葉、小枝、樹(shù)皮等的理化性質(zhì)結(jié)合樹(shù)種生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性利用生物統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行間接研究[3-5]，有利用錐形量熱儀[15-17]或熱重[18]等熱分析方法進(jìn)行研究，有利用活葉、小枝直接燃燒方法進(jìn)行研究[12-14]，還有基于高濃度氧條件下的直接燃燒試驗(yàn)[13，21-22]；從材料選擇上來(lái)看，有研究活小枝葉[11-13]和死枯落物、樹(shù)皮[15-18]等。但是對(duì)于同一科內(nèi)不同樹(shù)種的燃燒性比較研究較少，尤其是組成常綠闊葉林的四大科之一的殼斗科。昆明地處亞熱帶常綠闊葉林帶，干濕季節(jié)分明，旱季時(shí)間長(zhǎng)、降雨量少，是云南省和全國(guó)的森林火災(zāi)多發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)[13]。殼斗科植物是昆明森林的重要組成部分，常受到森林火災(zāi)的危害。研究昆明地區(qū)常見(jiàn)的殼斗科植物的燃燒性，可以為該地區(qū)的森林火災(zāi)預(yù)防、撲救等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

在滇中地區(qū)發(fā)生的樹(shù)冠火災(zāi)中，活葉是燃燒的主體[13]，故選擇老葉為試驗(yàn)對(duì)象。于2019年4月，在昆明西山區(qū)采集昆明地區(qū)常見(jiàn)的6種殼斗科植物鮮葉作為研究材料，即：高山栲(Castanopsis delavayi)、滇石櫟(Lithocarpus dealbatus)、毛脈高山櫟(Quercus rehderiana)、木姜葉柯(L.litseifolius)、長(zhǎng)穂高山櫟 (Q.longispica)、 滇青岡(Cyclobalanopsis glaucoides)。每種植物采集多株樹(shù)木1m左右的帶葉枝條，并進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)用濕布包裹好樣品以減少水分的散失，立即帶回實(shí)驗(yàn)室，選取每個(gè)枝條上外形相似、位置相鄰、健康完整的兩組老葉，一組用于直接燃燒實(shí)驗(yàn)，一組用于含水率測(cè)定，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。剩余的老葉，用于理化性質(zhì)的測(cè)定。

1.2 理化性質(zhì)的測(cè)定

含水率測(cè)定采用105℃烘干恒重法，取相對(duì)含水率。抽提物含量測(cè)定采用索式殘余法。熱值測(cè)定采用微機(jī)氧彈式熱量計(jì)法?；曳趾繙y(cè)定采用干灰化法。

1.3 樣品的燃燒試驗(yàn)

試驗(yàn)前在白紙上用鉛筆勾畫(huà)出葉片的輪廓及葉脈，用1/10000的天平測(cè)定質(zhì)量。燃燒試驗(yàn)結(jié)束后，將葉片殘余部分的輪廓在原葉片輪廓上勾出，并測(cè)定其剩余質(zhì)量。

試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的燃燒裝置(見(jiàn)圖1)。將樣品以葉尖在上、葉柄在下的方式在燃燒罐樣品夾上固定好。在燃燒罐的四方，分別接上氧氣進(jìn)氣管，進(jìn)氣管連通流量計(jì)，將氧氣的流速調(diào)節(jié)在15L/min，在向罐內(nèi)穩(wěn)定輸入氧氣30s后，用自制的點(diǎn)火器(在空氣中火焰長(zhǎng)度為30mm)從葉尖處點(diǎn)火，點(diǎn)燃后移開(kāi)點(diǎn)火器，用秒表記錄持續(xù)鮮葉的開(kāi)始燃燒時(shí)間，記錄燃燒現(xiàn)象。待燃燒熄滅后，記錄燃燒時(shí)間，測(cè)定殘余葉片質(zhì)量。

采用文獻(xiàn)[19-20]中的“不規(guī)則多邊形面積測(cè)量”軟件測(cè)定燃燒試驗(yàn)前后葉片的面積，并計(jì)算鮮葉單位面積質(zhì)量。參照文獻(xiàn)[21-22]計(jì)算鮮葉的燃燒速率和損毀程度。其中燃燒的速率用絕對(duì)線速率V1、絕對(duì)面積損失速率V2、絕對(duì)質(zhì)量損失速率V3、相對(duì)線速率V4、相對(duì)面積損失速率V5、相對(duì)質(zhì)量損失速率V6共6個(gè)指標(biāo)表述，損毀程度用絕對(duì)損毀長(zhǎng)度S1、絕對(duì)損毀面積S2、絕對(duì)損毀質(zhì)量S3、相對(duì)損毀長(zhǎng)度S4、相對(duì)損毀面積S5、相對(duì)損毀質(zhì)量S6共6個(gè)指標(biāo)表述。

圖1 鮮葉燃燒試驗(yàn)裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of combustion test device

2 結(jié)果與分析

6種殼斗科植物鮮葉的理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1，鮮葉在純氧條件下的燃燒試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 鮮葉的理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果Table 1 Determination of physical and chemical properties of fresh leaves

由表2可以看出，6種殼斗科植物鮮葉在純氧中燃燒，其相對(duì)損毀程度都達(dá)到了100%，結(jié)合表1，表明無(wú)論是低含水率的滇青岡(40.17%)，還是含水率較高的高山栲(49.84%)，全部鮮葉都能夠燒完。從燃燒速率來(lái)看，絕對(duì)線速率和絕對(duì)質(zhì)量損失速率差別不是很大，但6種鮮葉的相對(duì)速率卻有明顯的差別，長(zhǎng)穗高山櫟、毛脈高山櫟、高山栲、滇石櫟的相對(duì)燃燒速率明顯快于滇青岡和木姜葉柯。與以往使用相近方法研究結(jié)果相比，6種殼斗科植物鮮葉較中華獼猴桃(Actinidia chinensis)、藤三七(Anredera cordifolia)、三葉地錦(Parthencissus semicordata)、紫藤(Wisteria sinensis)、石巖楓(Mallotus repandus)、葉子花(Bougainvillea glabra)、三葉爬崖藤(Tetrastigma hemsleyanum)、常春藤(Hedera nepalensis var.sinensis)、常春油麻藤(Mucuna sempervirens)等昆明地區(qū)常見(jiàn)藤本植物鮮葉易燃[22]，也較大白花杜鵑(Rhododendron decorum)、水紅木(Viburnum cylindricum)、野八角(Illicium simonsii)、云南野山茶(Camellia pitardii)、云南樟(Cinnamomum glanduliferum)5種昆明地區(qū)常見(jiàn)森林植物鮮葉易燃[13]。與同屬殼斗科植物的元江栲(C.orthacantha)相比，6種鮮葉燃燒的相對(duì)面積損失速率較快，但相對(duì)線速率和相對(duì)質(zhì)量損失速率較慢；與同屬殼斗科的光葉石櫟(L.mairei)相比，木姜葉柯和滇青岡的燃燒相對(duì)速率與其(1.8%/s)相近。

表2 鮮葉的燃燒試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Combustion test results of fresh leaves

從可燃物理化性質(zhì)角度講，含水率高、抽提物含量和熱值最小，不利于燃燒，而灰分含量少則有利于燃燒。從表1可以看出，6種殼斗科植物中，高山栲鮮葉具有含水率最高、抽提物含量和熱值最小、灰分含量和鮮葉單位面積質(zhì)量最小的特點(diǎn)。但其燃燒的絕對(duì)速率卻最快，相對(duì)速率也較快，這與鮮葉單位面積質(zhì)量最小有關(guān)。因?yàn)榭扇嘉锖穸刃?、表面積體積比大，有利于水分蒸發(fā)和熱分解的進(jìn)行，從而有利于燃燒。表明鮮葉的燃燒性除了與研究中常用到的含水率、抽提物含量、熱值、灰分含量4個(gè)理化性質(zhì)有關(guān)外，單位面積質(zhì)量也是影響其燃燒性的一個(gè)重要物理性質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

用自行設(shè)計(jì)的燃燒試驗(yàn)裝置，對(duì)昆明地區(qū)常見(jiàn)的6種殼斗科植物鮮葉進(jìn)行了純氧條件下的直接燃燒試驗(yàn)，6種殼斗科植物鮮葉在純氧中的損毀程度都達(dá)到了100%，且燃燒相對(duì)速率較快，均屬于易燃植物。相對(duì)燃燒速率較快的有長(zhǎng)穗高山櫟、毛脈高山櫟、高山栲、滇石櫟，燃燒速率較慢的有滇青岡和木姜葉柯。單位面積質(zhì)量是影響鮮葉燃燒性的一個(gè)重要物理性質(zhì)。由于本研究取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，未定量分析鮮葉單位面積質(zhì)量與燃燒性12個(gè)指標(biāo)間的關(guān)系。今后可開(kāi)展單位面積質(zhì)量與水分蒸發(fā)速率、熱分解速率的關(guān)系研究，從而為定量研究鮮葉單位面積質(zhì)量與燃燒性的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。