金崗庫(kù)林場(chǎng)主要喬木樹(shù)種抗火性研究

周 霄

（1.山西省五臺(tái)山國(guó)有林管理局，山西 繁峙 034302；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071000）

樹(shù)種是構(gòu)成森林的主體，在森林防火過(guò)程中樹(shù)種的抗火性能至關(guān)重要，因此對(duì)樹(shù)種抗火性能的研究顯得尤為重要。樹(shù)種的抗火性能是指樹(shù)種能夠抵抗和忍耐火燒的能力。過(guò)去曾經(jīng)有學(xué)者對(duì)樹(shù)種的抗火性能進(jìn)行過(guò)研究，但大都局限在用樹(shù)種單純的理化性指標(biāo)去分析樹(shù)種的抗火性上[1-3]，樹(shù)種的抗火性除了取決于自身理化特性外，還受生物生態(tài)學(xué)特性的多方面綜合影響[4-5]。郭文霞[4]等分析了北京地區(qū)主要喬木樹(shù)種的抗火性，并結(jié)合生物生態(tài)學(xué)的特性，對(duì)樹(shù)種抗火性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。本研究將結(jié)合樹(shù)種的理化特性（絕對(duì)含水率、熱值、灰分含量）和生物生態(tài)學(xué)特性（樹(shù)冠結(jié)構(gòu)、萌芽力、自然整枝、環(huán)境適應(yīng)性、物候特征），運(yùn)用隸屬函數(shù)法，對(duì)金崗庫(kù)林場(chǎng)林區(qū)內(nèi)常見(jiàn)的4種喬木樹(shù)種的抗火性能進(jìn)行研究，旨在為金崗庫(kù)林場(chǎng)及相似林分區(qū)域的護(hù)林防火工作和抗火樹(shù)種選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

金崗庫(kù)林場(chǎng)位于五臺(tái)山風(fēng)景區(qū)南麓，東鄰長(zhǎng)原公路，西銜豆村林場(chǎng)，南和門(mén)限石林場(chǎng)相連，北與五臺(tái)山風(fēng)景區(qū)接壤。場(chǎng)部設(shè)在五臺(tái)縣石咀鄉(xiāng)南坪村，林場(chǎng)總經(jīng)營(yíng)面積6238.7hm2，總蓄積量37.5萬(wàn)m3，森林覆蓋率62.1%。

2 試驗(yàn)材料和方法

2.1 試驗(yàn)材料

2019年9月，在金崗庫(kù)林場(chǎng)南梁營(yíng)林區(qū)內(nèi)，選取4種林區(qū)主要的造林樹(shù)種，分別為油松（Pinus tabuliformisCarr.）、華北落葉松（Larix principisrupprechtiiMayr）、白樺（Betula platyphyllaSuk）、山楊（Populus davidiana）。

每種樹(shù)種選取3株標(biāo)準(zhǔn)木，樹(shù)齡均為30a以上，分別從標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)冠的上、中、下3個(gè)部位，以及四周地面采集葉片，在樹(shù)干1.5～2m處采集樹(shù)皮。其中采集樹(shù)皮500g左右，葉子500g左右，將采集好的樣本放入編織袋內(nèi)，分別稱(chēng)其鮮重之后，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行進(jìn)一步的研究。記錄不同樹(shù)種的相關(guān)生物和生態(tài)學(xué)特性。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 絕對(duì)含水率的測(cè)定

將已經(jīng)稱(chēng)鮮重的材料帶入實(shí)驗(yàn)室中，放入電熱鼓風(fēng)恒溫烘箱內(nèi)在100℃恒溫烘干至樣品恒重，計(jì)算絕對(duì)含水率。

式（1）中:H 為可燃物的絕對(duì)含水率（%）；W1為自然狀態(tài)下采集到的樣品的鮮重（g）；W2為烘干后樣品的干重（g）。

2.2.2 灰分含量測(cè)定

取干燥后粉碎的樣品1g左右，放入已經(jīng)稱(chēng)重的坩堝內(nèi)，記錄總重。樣品放在電爐上，碳化到試樣不再冒煙，然后放在馬夫爐650℃高溫下，灰化至恒重。取出樣品放在干燥器內(nèi)，冷卻后用電子秤稱(chēng)重。

式（2）中:A為單位可燃物中的灰分含量（%），W3是裝有已經(jīng)烘干的樣品在碳化前的坩堝重量（g），W4是已經(jīng)灰化之后，裝有坩堝的樣品重量；W5是坩堝本身的凈重量。

2.2.3 熱值測(cè)定

測(cè)定熱值使用全自動(dòng)氧彈式熱量?jī)x，取0.9～1.1g干燥并粉碎樣品，壓成餅狀并用天秤稱(chēng)重，直接放入熱量?jī)x中點(diǎn)火，在樣品燃燒充分后，讀出試樣的熱值（WJ/kg）。

2.2.4 數(shù)據(jù)分析方法

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)原理，運(yùn)用隸屬函數(shù)法對(duì)樹(shù)種的抗火性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)理化性質(zhì)和生物生態(tài)學(xué)各項(xiàng)指標(biāo)作出單項(xiàng)評(píng)估，然后對(duì)各單因素隸屬度進(jìn)行加權(quán)算數(shù)平均，計(jì)算出綜合隸屬度，得出綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值，最終得出4個(gè)樹(shù)種的抗火性數(shù)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 樹(shù)種葉片、樹(shù)皮理化性分析

金崗庫(kù)林場(chǎng)4種常見(jiàn)喬木樹(shù)種絕對(duì)含水率、熱值、灰分含量的數(shù)值見(jiàn)表1、表2。

表1 樹(shù)種葉片的理化性指標(biāo)

表2 樹(shù)種樹(shù)皮的理化性指標(biāo)

3個(gè)理化性指標(biāo)中，白樺和山楊含水率和灰分含量較油松和華北落葉松高，熱值較油松和華北落葉松低。一般來(lái)說(shuō)，樹(shù)種的絕對(duì)含水率和灰分含量與抗火性呈正相關(guān)，絕對(duì)含水率和灰分含量越高，則樹(shù)種抗火性越強(qiáng)；熱值為負(fù)相關(guān)，熱值越低，樹(shù)種抗火性越強(qiáng)。從理化性質(zhì)分析，4個(gè)樹(shù)種抗火性為山楊、白樺強(qiáng)于華北落葉松和油松。

3.2 樹(shù)種理化性指標(biāo)的抗火性分析

運(yùn)用隸屬函數(shù)法，對(duì)4種樹(shù)種的3項(xiàng)理化性指標(biāo)進(jìn)行分析，得出4種樹(shù)種抗火性隸屬函數(shù)值。已知樹(shù)種的絕對(duì)含水率、灰分含量為正相關(guān)，樹(shù)種的熱值為負(fù)相關(guān)。根據(jù)以下公式分別計(jì)算其平均隸屬函數(shù)值。

其中與樹(shù)種的抗火性呈正相關(guān)的指標(biāo)i的隸屬函數(shù)值的計(jì)算公式為:

與樹(shù)種的抗火性呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)i的隸屬函數(shù)值的計(jì)算公式為:

不同抗火性指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值為:

（3）、（4）、（5）式中:i代表 3 項(xiàng)不同的理化性指標(biāo)，分別為絕對(duì)含水率、熱值、灰分含量，用1、2、3的編號(hào)來(lái)分別指代這些指標(biāo)。Ti為第i個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Ximix為同一指標(biāo)不同樹(shù)種中的最小測(cè)量值，Ximax為同一指標(biāo)不同樹(shù)種中的最大測(cè)量值。U指不同樹(shù)種的抗火性的平均值。依據(jù)以上方法計(jì)算葉片和樹(shù)皮抗火性數(shù)值，并綜合進(jìn)行分析（表3）。

表3 不同樹(shù)種理化特性的抗火性數(shù)值

從表3可以看出:根據(jù)樹(shù)種理化性指標(biāo)的抗火性進(jìn)行排序，抗火性數(shù)值最高的是山楊，其次分別是白樺、華北落葉松和油松。油松的抗火性最差，含水率和灰分最低，熱值較高。

3.2 樹(shù)種生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性分析

樹(shù)種的抗火性除了和理化性特性有關(guān)之外，也和樹(shù)種自身的生物生態(tài)學(xué)特性有關(guān)?？够饦?shù)種一般都具有較強(qiáng)的耐火性和阻火性。一般而言，樹(shù)冠的結(jié)構(gòu)越是濃密，林內(nèi)的風(fēng)速小，則抗火性就較強(qiáng)；自然整枝能力強(qiáng)的樹(shù)種，樹(shù)上也沒(méi)有過(guò)多的枯枝落葉，往往發(fā)生樹(shù)冠火的可能性就較小，抗火性也就較強(qiáng)；樹(shù)種環(huán)境適應(yīng)性越強(qiáng)，發(fā)生火災(zāi)之后能盡快更新過(guò)來(lái)，也是樹(shù)種抗火性的一個(gè)指標(biāo)；萌芽力強(qiáng)，在發(fā)生火災(zāi)后能迅速恢復(fù)過(guò)來(lái)，再次成林，因此有利于災(zāi)后植被恢復(fù)。

根據(jù)以上指標(biāo)，采取打分法的方式（3分制）來(lái)確定樹(shù)種生物生態(tài)學(xué)特征的分值（表4）。

表4 樹(shù)種生物生態(tài)學(xué)特征打分

查閱了《山西省樹(shù)木志》，結(jié)合文獻(xiàn)資料[6-10]、專(zhuān)家意見(jiàn)，對(duì)4種樹(shù)種的5種生物生態(tài)學(xué)特性進(jìn)行打分，得出最終的打分結(jié)果（表5）。由表5可看出:山楊在4項(xiàng)指標(biāo)中得分較高，其次為白樺，得分排序?yàn)樯綏睿景讟澹居退桑救A北落葉松。

山楊的生物生態(tài)學(xué)特征更利于抗火，發(fā)生火災(zāi)后也易于進(jìn)行更新。華北落葉松和油松的抗火性能、火后更新能力均較差，不建議進(jìn)行大面積純林造林。

表5 4種樹(shù)種生物生態(tài)學(xué)特征打分結(jié)果

3.3 樹(shù)種綜合抗火性能分析

運(yùn)用隸屬函數(shù)法，結(jié)合樹(shù)種的理化性指標(biāo)和樹(shù)種的生物生態(tài)學(xué)特征，對(duì)4種樹(shù)種的8項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，得出4種喬木樹(shù)種的綜合抗火性數(shù)值（表 6）。

從表6可以看出:金崗庫(kù)林場(chǎng)4種主要喬木樹(shù)種中，抗火性綜合得分最高的是山楊（1.19），白樺次之（0.84），而油松（0.3）和華北落葉松（0.26）的抗火性均較弱。4種樹(shù)種的抗火性綜合排序?yàn)樯綏睿景讟澹居退桑韭淙~松。

表6 樹(shù)種的綜合抗火性數(shù)值

4 結(jié)論與討論

在金崗庫(kù)林場(chǎng)4種主要喬木樹(shù)種的8項(xiàng)抗火性指標(biāo)的分析中可以很明顯的看出，4種樹(shù)種抗火性強(qiáng)弱排序依次是山楊、白樺、油松、華北落葉松。將這些樹(shù)種分為三類(lèi):第一類(lèi)是抗火性強(qiáng)的樹(shù)種，為山楊；第二類(lèi)是抗火性一般的樹(shù)種，為白樺；第三類(lèi)是抗火性差的樹(shù)種，為油松和華北落葉松。

在金崗庫(kù)林場(chǎng)以及相似主要造林樹(shù)種區(qū)域的護(hù)林防火工作中，要著重注意油松和落葉松林的巡護(hù)，在這些樹(shù)林外圍死看硬守，確保這些林內(nèi)不發(fā)生森林火災(zāi)。同時(shí)在以后的造林樹(shù)種的選取上，要分區(qū)劃多選取抗火性強(qiáng)的樹(shù)種，如:山楊等進(jìn)行混交林的搭配或者營(yíng)建綠色防火林帶，能夠進(jìn)行生物阻隔，有效的為護(hù)林防火、林火區(qū)劃和生物防火帶樹(shù)種選擇提供理論依據(jù)。