昆明地區(qū)17種園林竹鮮葉的燃燒性

王昆倫，蔣 婷，侯小菲，馬瑞杰，王秋華，李世友

（1. 西南林業(yè)大學 土木工程學院 消防研究所，云南 昆明 650224；2. 西南林業(yè)大學 云南省森林災害預警與控制重點實驗室，云南 昆明 650224；3. 陜西省龍草坪林業(yè)局，陜西 楊凌 712100；4. 云南省江川縣林業(yè)和草原局，云南 江川 652600）

除黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古和新疆4省(區(qū))外，中國其余省(區(qū)、市)都有竹類生長和分布。據(jù)第8次(2009?2013年)森林資源清查，中國竹林面積達601 萬hm2，占中國森林面積的3%，占世界竹林面積約20%[1]。在廊道旁、公園、古寺廟、風景區(qū)等地方種植竹子以增加景觀優(yōu)質(zhì)性，是園林配置的一部分。竹林分布廣，面積大，因此需要考慮竹林保護與防火等問題。有些竹種具有一定的防火能力，被作為防火植物使用，如毛竹Phyllostachys edulis、雷竹Ph. praecox等[2?3]。對于竹子的燃燒性能方面國內(nèi)外研究較少，但是在森林可燃物的燃燒性和抗火性方面，國內(nèi)外都進行了大量研究[4?9]。李樹華等[10]認為：在火災危險帶種植剛竹Ph. sulphurea等植物可以減緩火勢蔓延。鐘安建等[11]對南昌城區(qū)15種園林樹種的抗火性進行研究，認為珊瑚樹Viburnum odoratissimum抗火性能最強，桂花Osmanthus fragrans抗火性能最差。金錢榮等[12]將木荷Schima superba選為防火功能較強的行道綠化樹種。李世友等[13]對20種園林綠化植物的鮮枝葉進行燃燒試驗及燃燒性排序。何忠華等[14]對12種園林樹種的抗火性進行了綜合評價，認為樂昌含笑Michelia chapensis抗火性最強。森林植物葉燃燒性研究方法可以為竹葉研究提供借鑒。張雨瑤等[15]對11種園林木本植物的新葉片和2種對比植物老活葉片進行了垂直燃燒實驗，認為鵝掌楸Liriodendron chinense等燃燒性較強。氧指數(shù)試驗法主要用于測定聚合材料的阻燃性能，如對于各種紡織品[16]、玻璃纖維增強塑料[17]、聚氯乙烯(PVC)管[18]、橡膠[19]等阻燃性能的測定，在森林可燃物研究方面的應用較少。本研究對17種園林竹鮮葉進行燃燒性比較，旨在分析園林竹鮮葉的易燃性差異，為竹林保護與防火提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

以17種園林竹為研究對象(括號中數(shù)字為樣品代號)，車筒竹Bambusa sinospinosa(1)、慈竹Neosinocalamus affinis(2)、 灰 金 竹Phyllostachys nigravar.henonis(3)、 灰 香 竹Chimonocalamus pallens(4)、料慈竹B. distegia(5)、龍竹Dendrocalamus giganteus(6)、綿竹B. intermedia(7)、青皮竹B. textilis(8)、 沙 羅 單 竹Schizostachyum funghomii(9)、 秀 葉 箭 竹Fargesia yuanjiangensis(10)、 小 佛 肚 竹B.ventricosa(11)、孝順竹B. multiplex(12)、野龍竹D. semiscandens(13)、椅子竹D. bambusoides(14)、油竹B. surrecta(15)、云南甜龍竹D. hamiltonii(16)、紫竹Ph. nigra(17)。以5種常見易燃園林綠化用木本植物的老葉作對比，即陰香Cinnamomum burmanni(18)、桂花Osmanthus fragrans(19)、滇潤楠Machilus yunnanensis(20)、藍桉Eucalyptus globulus(21)、云南樟C. glanduliferum(22)。所有植物均栽植于西南林業(yè)大學校園內(nèi)。由于新葉含水率呈動態(tài)變化，而老葉含水率相對穩(wěn)定且易燃，故選老葉為實驗樣品。取葉時，選多株、不同枝條上外形和大小相似、質(zhì)量相近的多片竹葉，于防火期采集健康的完整分枝，立刻帶回實驗室。

1.2 實驗方法

采集同枝條上的老葉，分為2組，分別進行燃燒實驗和含水率測定。燃燒實驗前測定鮮葉質(zhì)量、葉脈長度并在白紙上勾繪出鮮葉外形，實驗在高濃度醫(yī)用氧條件下進行，點火氣體為丙烷氣。將竹葉葉尖朝上、葉柄朝下放入試件夾中，點火器火焰長度為10～15 mm，從上朝下點火，用秒表記錄竹葉燃燒時間。每種鮮葉重復6次實驗。含水率(H)測定采用105 ℃烘干恒量法，取相對含水率。實驗采用JF-3型氧指數(shù)測定儀進行。

1.3 數(shù)據(jù)獲取及計算方法

葉片單位面積質(zhì)量(W)、絕對線速率(V1)、絕對面積損失速率(V2)、絕對質(zhì)量損失速率(V3)、相對線速率(V4)、相對面積損失速率(V5)和相對質(zhì)量損失速率(V6)參照李世友等[6]、張雨瑤等[15]、鄭永波等[20]和蘇文靜等[21]方法進行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用SPSS 18.0軟件，以平均V1、V2、V3、V4、V5、V6等6個指標進行因子分析，得到22種植物鮮葉的燃燒性能得分并排序。根據(jù)燃燒性能得分，應用聚類分析法劃分等級。采用因子分析法對數(shù)據(jù)進行標準化處理，通過KMO值和Bartlett球體檢驗提取公因子，利用旋轉(zhuǎn)法使因子變量更具有可解釋性，計算因子變量得分。

2 結(jié)果與分析

2.1 含水率、單位面積質(zhì)量及燃燒速率

由表1可知：22種植物鮮葉的含水率和單位面積質(zhì)量均差別較大，5種木本植物鮮葉單位面積質(zhì)量均大于竹葉。單位面積質(zhì)量最小、含水率較小的秀葉箭竹，燃燒速率最大。單位面積質(zhì)量最大、含水率較大的云南樟，燃燒速率最小。含水率最大、單位面積質(zhì)量較小的椅子竹，燃燒速率較小。含水率最小、單位面積質(zhì)量中等的車筒竹，燃燒速率接近最大值。由此可見：鮮葉燃燒速率與單位面積質(zhì)量、平均含水率有關(guān)。

2.2 數(shù)據(jù)的標準化處理

由于所獲得數(shù)據(jù)數(shù)值不同，單位不同，無法進行比較和計算，因此需要進行無量綱化處理。使用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行標準化處理，結(jié)果如表2所示。

2.3 KMO 值和 Bartlett球體檢驗

因子分析法并不能適用于任何情況，只有當樣品數(shù)量大于評價指標數(shù)量時，才能得出KMO值和Bartlett球體檢驗結(jié)果，判斷原始數(shù)據(jù)是否能夠進行因子分析。對標準化后的數(shù)據(jù)進行KMO值和Bartlett球體檢驗，結(jié)果KMO值為0.625＞0.500，Bartlett檢驗接近0，說明指標具有相關(guān)性，適合做因子分析。

表 2 22種植物鮮葉燃燒性評價指標無量綱化后得分Table 2 Fresh leaf combustibility of 22 plants species evaluation index dimensionless points

2.4 公因子提取

由表3可知：特征值大于1的公因子有2個，累積方差貢獻率達到了89.623%，因此可用來描述22種園林植物鮮葉的燃燒性。

表 3 解釋的總方差表Table 3 Interpretation of the total variance table

2.5 因子旋轉(zhuǎn)

采用最大方差法(varimax)進行因子旋轉(zhuǎn)，目的是使公因子的相對負荷的方差之和最大，且保持原公共因子的正交性和公共方差總和不變。使每個因子的最大載荷變量數(shù)量最小，以簡化對因子的解釋。利用SPSS軟件進行旋轉(zhuǎn)，得到表4因子載荷矩陣。主成分1在絕對線速率(V1)、相對線速率(V4)、相對面積損失速率(V5)、相對質(zhì)量損失速率(V6)上的載荷系數(shù)較大，體現(xiàn)了燃燒性能(f1)。主成分2在絕對面積損失速率(V2)、絕對質(zhì)量損失速率(V3)的載荷系數(shù)較大，體現(xiàn)了燃燒性能(f2)。

2.6 計算因子得分

運用SPSS軟件得出因子得分系數(shù)矩陣(表5)，因子得分模型可表示為：

其中：xi為V1～V6的數(shù)值標準化后的數(shù)據(jù)，將表2的相關(guān)變量相應的代入上式中即得到22種植物鮮葉燃燒性公因子得分。再以各公因子的方差百分比作為權(quán)數(shù)計算22種植物鮮葉燃燒性綜合評價得分。計算公式為：

其中：F為22種植物鮮葉的燃燒性能得分，λi為第i個公因子的方差百分比。得分大于0，說明該植物鮮葉的燃燒性能大于22種植物鮮葉燃燒性能的平均水平，反之則比較差；得分越高代表燃燒性能越好。

表 4 旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣Table 4 Rotated factor load matrix

表 5 因子得分系數(shù)矩陣Table 5 Component score coefficient matrix

各植物鮮葉燃燒性能的最后得分及排名如表6所示。由表6可知：5種木本植物得分均小于0，且有2種燃燒性能得分排名最后，說明5種木本植物鮮葉的燃燒性能均低于平均水平。22種植物鮮葉的燃燒性能從大到小的順序依次為慈竹、小佛肚竹、秀葉箭竹、沙羅單竹、車筒竹、青皮竹、孝順竹、野龍竹、灰香竹、灰金竹、桂花、料慈竹、紫竹、椅子竹、云南甜龍竹、陰香、龍竹、綿竹、滇潤楠、油竹、云南樟、藍桉。其中，慈竹得分最高，說明最易燃，油竹得分最低，說明最難燃，但較云南樟、藍桉易燃。具體來看，油竹的含水率較大、單位面積質(zhì)量較大，在17種竹類中得分最低。秀葉箭竹含水率較小、單位面積質(zhì)量最小，得分排在前列。藍桉含水率較大、單位面積質(zhì)量最大，得分排在最后。進一步說明了鮮葉的燃燒速率與單位面積質(zhì)量、平均含水率有關(guān)。

表 6 22 種植物鮮葉的燃燒性能得分及排序Table 6 Combustibility property score and rank of fresh leaves of 22 plants species

2.7 聚類分析

應用SPSS軟件對17種竹葉的燃燒性能得分進行聚類分析，由圖1所示：17種園林竹鮮葉的燃燒性劃為易燃和較易燃2個等級。其中，慈竹、小佛肚竹、秀葉箭竹、沙羅單竹、車筒竹、青皮竹、孝順竹、野龍竹、灰香竹、灰金竹等易燃；料慈竹、紫竹、椅子竹、云南甜龍竹、龍竹、綿竹、油竹等較易燃。

圖 1 使用平均聯(lián)接 (組內(nèi))的樹狀圖Figure 1 Dendrogram using average linkage (within groups)

3 結(jié)論與討論

對17種園林竹和5種易燃木本植物鮮葉燃燒性6個指標的因子分析可知：各植物得分差距較大，最高分與最低分之間相差2.417，說明22種植物鮮葉的燃燒性差距較大。與5種園林木本植物相比，竹葉均為易燃葉。料慈竹、椅子竹、云南甜龍竹、龍竹、紫竹、綿竹和油竹的鮮葉燃燒性能相對較低，尤其是油竹，比桂花、陰香和滇潤楠還難燃。絕對線速率(V1)、相對線速率(V4)、相對面積損失速率(V5)和相對質(zhì)量損失速率(V6)對其燃燒性影響較大?；?7種竹的燃燒性能得分，SPSS聚類分析將其劃為易燃和較易燃2個等級，其中易燃竹種10種，較易燃竹種7種。

鮮葉的燃燒性受自身理化性質(zhì)和生態(tài)學、生物學特性等多因素的綜合影響。昆明地區(qū)旱季降雨稀少，園林竹澆水較為頻繁，澆水周期、澆水量和澆水次數(shù)對竹葉的含水率造成一定影響。施肥也會影響竹子生理性能。研究表明施氮肥會提高大豆Glycine max的脂肪含量[22?23]；不同磷含量培養(yǎng)液處理下植株幼苗的株高、莖葉生物量和總生物量差異極其顯著[24]；不同磷源處理下云南松Pinus yunnanensis幼苗體內(nèi)磷含量明顯不同[25]。施肥對植物化學成份的影響一定程度上也影響其燃燒性。本研究中的竹葉樣品采自竹下較低部位；竹子受自身生長因素及光照等外部因素影響，不同空間部位的竹葉生長發(fā)育不均衡，也會導致竹葉不同的理化性質(zhì)和生態(tài)學特性。以后的研究中，要盡量減少人工經(jīng)營措施對實驗取樣的干擾，并且考慮不同空間部位對竹葉的作用，使樣品更具有代表性。本研究根據(jù)竹葉的燃燒速率來分析燃燒性，而沒有分析理化性質(zhì)、生態(tài)學特性等對燃燒性的影響。因此，以上鮮葉的燃燒性排序及分類是在特定條件下得出的，能否適用于其他條件還需要進一步驗證。