4種主要林型可燃物載量及其燃燒性研究

云麗麗，王睿照，劉晗琪，王 微，顏景紅

(1.遼寧省林業(yè)科學研究院，遼寧 沈陽 110032; 2.遼寧省經(jīng)濟林研究所，遼寧 大連 116031；3.國有阜新蒙古族自治縣周家店林場，遼寧 阜新 123100；4.阜新市林業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 阜新 123000)

森林可燃物是森林燃燒的物質(zhì)基礎(chǔ)，是林火行為的主體和林火發(fā)生的首要條件[1]。不同林型可燃物載量及其燃燒性決定了林火行為的特征。量化不同林型可燃物的易燃性，定量分析森林可燃物載量及其燃燒特性，對提高林火預(yù)測預(yù)報的準確性具有重要意義。國內(nèi)外學者對于可燃物載量、燃燒性及其火行為的研究較多。早在20世紀50年代，美國學者Byram對森林可燃物的理化性質(zhì)開展研究[2]。60年代，Olson研究得出植物的自身特性對細小可燃物載量具有決定性影響[3]。70年代，Rothermel等建立了可燃物載量的動態(tài)模型，為估算可燃物載量奠定了理論基礎(chǔ)[4]。20世紀80年代起，楊語田、邸雪穎、胡海清相繼開展了森林可燃物及其燃燒性的研究[5-7]，為我國林火研究和森林可燃物管理奠定了理論基礎(chǔ)。

阜新地區(qū)位于遼寧省西部，土壤瘠薄，氣候干燥，植被單一，油松及其混交林為該地區(qū)主要林型，且極易發(fā)生森林火災(zāi)。本文針對該地區(qū)4種典型易燃林型凋落物載量及燃燒性進行研究，能夠為該地區(qū)可燃物管理、林火預(yù)測預(yù)報和制定滅火預(yù)案提供理論指導。

1 研究區(qū)自然概況

試驗樣地設(shè)在阜新縣扎蘭營子鎮(zhèn)周家店林場，位于阜新市東北部，地理坐標121°02′～122°59′E，41°50′～42°39′N，屬于中溫帶亞濕潤半干旱大陸性季風氣候，春季多風少雨，年均氣溫8.0 ℃，年均降水量500 mm左右，經(jīng)常出現(xiàn)周期性干旱。主要樹種有油松、刺槐、荊條、山杏等。

2 研究方法

2.1 樣品采集

選擇油松純林、油松落葉松林、油松櫟林、油松荊條林4種林型。每種林型各選5塊樣地，每塊樣地內(nèi)均勻設(shè)置5個可燃物承接盤，每個承接盤面積為1 m2，盛接盤底部距地面0.5 m。2016年3月1日至11月15日，每隔2周進行一次可燃物收集，記錄林內(nèi)溫度、濕度、降雨等相關(guān)氣象因子。利用天平測量其鮮重并記錄，帶回實驗室測定含水率。

2.2 可燃物載量與含水率的計算

將樣品放入105 ℃烘箱內(nèi)烘干24 h至絕干，電子天平稱干重，利用公式含水率=(鮮重-干重)/干重×100%[8]，測定其載量和含水率。

2.3 可燃物燃燒性的測定

在室內(nèi)將備好的凋落物樣品分別粉碎并磨成粉末狀，利用亞硝酸鈉法測定其燃點；燃燒熱值利用日本產(chǎn)CA-3型自動燃燒式量熱計測定；灰分率采用高溫燃燒法測定，灰分率=灰分重/樣品重×100%；有機浸出殘余法測定其粗脂肪抽提物率，脂肪抽提物率=抽提物平均重/樣品重×100%；室內(nèi)點燃法測定其燃燒蔓延速度，蔓延速度=蔓延距離/時間×100%。根據(jù)每個指標測定結(jié)果按照高、中、低3級加權(quán)賦值，高賦3，中賦2，低賦1，將每種林型累計綜合得分排序，確定每個林型可燃物燃燒性大小[6-10]。

2.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 18軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 可燃物載量動態(tài)分布規(guī)律

從圖1可以看出，油松純林載量高峰期出現(xiàn)在4月16-30日，載量為16.55 g·m-2，4月1-15日載量達到10.14 g·m-2；油松落葉松林第一次載量最大48.70 g·m-2，出現(xiàn)在10月16-30日，該時間為落葉松落葉高峰期，第二次載量最大為44.71 g·m-2，出現(xiàn)在4月16-30日，時間與油松純林一致；油松櫟林兩次載量最高集中在10月，載量分別為67.51 g·m-2、58.79 g·m-2，是該地區(qū)櫟樹落葉高峰期；油松荊條林第一次載量最大出現(xiàn)在4月16-30日，為14.59 g·m-2，時間與油松純林一致，第二次出現(xiàn)在11月1-15日，為7.58 g·m-2。4種林型載量最小值出現(xiàn)在3月1-15日，分別為0.55、3.56、0.71、0.45 g·m-2。得出4種林型載量最大值在4月1-30日和10月16至11月15日，最小在3月1-15日，這與該地區(qū)油松林在4月枝葉自然更新量最大，闊葉林在10月中下旬進入落葉高峰期有關(guān)。

圖1 4種林型可燃物載量動態(tài)變化

3.2 可燃物含水率動態(tài)分布規(guī)律

4種林型可燃物含水率變化如圖2所示。油松純林可燃物含水率最小值為7.36%，出現(xiàn)在5月1-30日，含水率小于10%出現(xiàn)在4月1日至5月30日；油松落葉松林可燃物含水率最小值為7.09%，出現(xiàn)在5月16-30日，其次為9.65%和9.29%，分別出現(xiàn)在3月16-30日、4月1-15日；油松櫟林可燃物含水率最小值為2.24%，出現(xiàn)在5月16-30日；含水率小于10%分別出現(xiàn)在3月16至4月15日、7月1-15日、8月1-15日，第一階段闊葉樹尚未展葉，加之林內(nèi)空氣干燥，故出現(xiàn)含水率較低現(xiàn)象，第二和第三階段含水率較低的原因可能是樣地為陽坡，林內(nèi)樹種分布不均勻，出現(xiàn)林窗，林內(nèi)濕度過低，溫度過高，風速增加；油松荊條混交林可燃物含水率最小值為8.13%，出現(xiàn)在5月16-30日，其次為8.37%，出現(xiàn)在4月1-15日。4種林型可燃物含水率較低，集中出現(xiàn)在3月中下旬至5月，該時間段應(yīng)重點防范林火的發(fā)生，春季森林防火任務(wù)非常嚴峻。

圖2 4種林型可燃物含水率動態(tài)變化

3.3 可燃物載量與含水率的動態(tài)關(guān)系

可燃物載量大小與含水率的多少是決定森林火災(zāi)發(fā)生難易程度的重要指標。4種林型可燃物總載量排序為油松落葉松林>油松櫟林>油松純林>油松荊條林(表1)；油松屬針葉常綠喬木，落葉松為松科落葉喬木，櫟樹為闊葉落葉喬木，荊條為灌木。油松荊條林，油松密度變小，是可燃物載量最小的原因。4種林型可燃物平均含水率為油松荊條林>油松落葉松林>油松純林>油松櫟林。油松荊條林可燃物載量最低，含水率最高，該林型除去人為因素，林火發(fā)生率最低；油松落葉松林、油松櫟林可燃物載量積累較高，含水率較低，造成林火發(fā)生可能性較高。除油松純林以外，其余3種林型在4月16-30日可燃物日載量最大，5月16-30日含水率最低，為該地區(qū)林火發(fā)生高危期。

表1 4種林型防火期(3-11月)可燃物載量與含水率的關(guān)系

由表2得出，油松純林春季可燃物平均載量大于秋季，春季平均含水率小于秋季，該林型春季林火發(fā)生率高于秋季；油松落葉松林春秋兩季可燃物平均載量差異較小，春季平均含水率較低；油松櫟林春季可燃物平均載量和含水率都遠低于秋季；油松荊條林春秋兩季可燃物平均載量均最低，平均含水率最高，最不易燃。4種林型可燃物含水率秋季均高于春季，應(yīng)重點防范春季林火發(fā)生。

表2 4種林型春秋兩季可燃物載量與含水率的關(guān)系

3.4 不同林型可燃物的燃燒性

如表3所示，4種林型的地被可燃物燃點變化范圍在236～247 ℃，按其燃點的高低劃分為3個等級。油松荊條林<240 ℃，油松純林和油松櫟林240～245 ℃，油松落葉松林>245 ℃；可燃物的燃燒熱是衡量可燃物燃燒時釋放能量的大小，燃燒熱愈大則燃燒起來后的危險性愈大，其變化范圍在17.402～18.916 kJ·g-1，油松落葉松林<18 kJ·g-1，油松櫟林、油松純林和油松荊條林>18.5 kJ·g-1；灰分值變化范圍在8.59%～16.99%，油松純林和油松荊條林<10%，油松櫟林10%～15%，油松落葉松林>15%。脂肪抽提物率在2.78%～4.74%，油松落葉松林和油松櫟林<3%，油松荊條林3%～4%，油松純林>4%；蔓延速度0.45～0.95 m·min-1，油松荊條林<0.5 m·min-1，油松落葉松林0.5～0.7 m·min-1，油松純林和油松櫟林>0.7 m·min-1。

表3 地被可燃物燃燒性測定結(jié)果

平均載量變化范圍3.06～18.95 g·m-2，油松純林和油松荊條林<10 g·m-2，油松櫟林10～15 g·m-2，油松落葉松林>15 g·m-2；平均含水率為18.79%～35.17%，油松櫟林<20%，油松純林和油松落葉松林20%～30%，油松荊條林>30%。對4種林型按照表4進行加權(quán)賦值得到表5，得分最少的林型林火發(fā)生率最高，結(jié)果為油松落葉松林>油松荊條林>油松櫟林>油松純林。

表4 地被可燃物燃燒特征分級

表5 可燃物燃燒性賦值比較

4 結(jié)論與討論

對阜新地區(qū)4種典型易燃林凋落物載量開展動態(tài)監(jiān)測，載量依次為油松落葉松林>油松櫟林>油松純林>油松荊條林，該監(jiān)測結(jié)果符合林木生長規(guī)律，即喬木林可燃物載量大于灌木林，落葉喬木可燃物載量大于常綠喬木，松科落葉喬木可燃物載量大于闊葉喬木櫟林。載量最大值出現(xiàn)在4月和10月中下旬至11月中上旬，最小值出現(xiàn)3月中上旬，該結(jié)論與阜新地區(qū)油松林4月自然更新量最大，闊葉林在10月中下旬逐漸進入落葉高峰期相關(guān)，今后將結(jié)合森林生態(tài)學進一步深入研究。

4種林型可燃物平均含水率依次為油松荊條林>油松落葉松林>油松純林>油松櫟林，結(jié)合可燃物載量大小，得出油松荊條林除去人為因素，其易燃性最弱。4種林型可燃物含水率低于10%主要出現(xiàn)在春季3月中下旬至5月。這與當?shù)卮杭靖邷厣儆?、多大風的氣候相關(guān)。結(jié)合可燃物載量大小，得出4月16日至5月15日為該地區(qū)林火發(fā)生高危期，當?shù)厣址阑鸩块T應(yīng)重點設(shè)防。

通過對4種林型可燃物燃燒性的分析，得出其燃燒性能依次為油松純林>油松櫟林>油松荊條林>油松落葉松林，油松純林的易燃性高于其混交林，是該地區(qū)林火發(fā)生高危林型。本項研究與云麗麗等、周志權(quán)等、王月等[8-12]比較，可燃物燃燒性特征增加了動態(tài)平均載量和平均含水率因子參與賦分，其結(jié)論一致。