八種常見園林植物燃燒行為相關分析?

高志雄 梅 歡 張 鵬 付 堯

（1.國家林業(yè)和草原局產業(yè)發(fā)展規(guī)劃院，北京 100010；2.南昌國貿地產有限公司，江西 南昌 330009；3.北京林業(yè)大學實驗林場，北京 100095）

火災可對植物生態(tài)系統形成重大干擾，根據植物燃燒性，植物既是火災來源，又在火災預防控制中起到重要作用[1-2]。對于樹種的燃燒試驗，國外研究比較早，Byram[3]在1959 年就對森林可燃物的進行了燃燒性研究，Anderson等[4]對植物易燃性進行了研究。城市園林植物燃燒性研究方面，從20 世紀50 年代起，研究多集中于樹種防火性能，形成了一些植物配置手冊[5-6]。

我國諸多學者對不同園林植物的燃燒性進行了研究，多數學者利用樹木的理化性質指標分析樹種的抗火性，駱介禹[7]選擇含水率、灰分、石油醚提取物、含氮量、含磷量等五個指標，進行可燃性評價。李振問等[8]研究得出發(fā)熱量是森林可燃物燃燒性的一個重要參量，是決定林火能否發(fā)生與蔓延的關鍵指標之一。張景群等[9]測定了陜西櫟屬主要落葉樹種枯葉的可燃性。田曉瑞等[10]測定了南方的木荷、火力楠等48 個樹種的燃燒性能及其組成成分。宋春濤等[11]對紹興地區(qū)木荷等18 個常綠闊葉樹樹葉的7 個抗火性能相關指標（包括含水率、發(fā)熱量、粗脂肪量、苯-乙醇抽提物量、燃點、粗灰分量、葉燃燒速度）進行了測定和模糊聚類分析，得出木荷、杜英、紅楠、金葉含笑與女貞5 個樹種抗火能力較強。胡海清等[12]對研究得出樹種抗火性核桃楸>水曲柳>黃波羅，對樹皮和枯落葉在燃燒時熱和煙釋放等參數的對比分析，選擇阻火優(yōu)先篩選樹種。單延龍等[13]對黑龍江大興安嶺主要16 個樹種的5 個指標（含水率、燃點、灰分量、苯醇抽提物量、熱值）進行了測定。張德順等[14]對上海市26 種園林樹種燃燒性評價，測定其含水率、比葉面積、樹皮厚度、熱值、燃燒時間與溫度變化等14 個指標。

部分學者結合植物的生物學特征來分析樹種的抗火性，肖金香等對廬山、南昌的主要樹種的燃燒性進行了測定[15-17]。李世友等[18-19]通過測試分析滇東北10種植物相對含水率、著火點溫度、粗脂肪含量、灰分含量及值等5 個與抗火性相關的因子，結合10 種植物的生物、生態(tài)和造林學特性，對防火性能進行研究，對昆明地區(qū)25 種木本植物的燃燒性進行了排序，結合植物的生物生態(tài)學特性及經濟價值，篩選出昆明地區(qū)的防火樹種。李泓岍等[20]研究提出針對未來園林植物防火性評價與植物配置對策。

本文選擇南方常見的8 個園林植物燃燒性試驗，旨在為城市森林生態(tài)安全和園林綠化樹種配置提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗選擇8 種南方常見園林植物作為研究材料[21-23]。包括木瓜(ChaenomelessinensisKoehne)、海棠(Malus spectabilis)、紫玉蘭(Magnolia liliiflora)、石榴(Punica granatum)、臘梅(Chimonanthus praecox)、紫荊(Cercis chinensis)、紅葉碧桃(Prunus persica)、日本晚櫻(Prunus lannesiana)。

1.2 樣品采集與制備

在秋季，冬季兩個季節(jié)，選擇晴天在樹冠陽面不同部位，采集鮮葉，秋季采集了枝條及樹皮，均三次重復。式樣的采集規(guī)格如下：1）葉，選擇功能葉片，除去老葉，病葉，殘葉，每個重復500 g；2）枝，直徑0.5～1.5 cm之間，長度 10 cm左右，每個重復500 g；3）樹皮，去樹干離地面1.3 m處，大小7 cm×7 cm。樣品采下后用塑料袋封好帶回室內，用電子天平稱鮮重，然后將樣品在室內鋪開，邊晾邊置于烘箱烘至恒重，計算含水率。將恒重的樣品一半做室外燃燒試驗，留一半做化學成分分析。將烘干留取的一般樣品用粉碎機粉碎，過60 目篩，裝入試劑瓶中備試[24]。

1.3 試驗方法

含水率測定采用105 ℃烘干恒重法。將烘至絕干的枝葉樣品，取相同重量放置自制燃燒床上，點燃后用秒表計時，觀測火焰高度，燃燒時間，計算不同樹種的火燒強度?；鹧娓叨?，燃燒時間實測。火燒強度用火焰高度來估算，計算如式（1）：

式中：I為火燒強度，kcal·s/m；h為火焰高度，m。

2 結果與分析

2.1 八種園林植物物理特性分析

此八種園林植物體內含水量越多越不易燃，其抗火性也就越強含水率影響著可燃物到達燃點的速度和可燃物釋放能量的多少，影響著林火蔓延的速度強度，影響到林火的發(fā)生，是森林防火研究的一個重要因素；熱值反映燃料燃燒特性，即不同燃料在燃燒過程中化學能轉化為內能的本領大??；燃燒強度大，燃燒時間長為易燃樹種。

2.1.1 含水率分析 對8 種園林植物葉飽和含水率及枝飽和含水率進行了分析。在8 種園林植物中，紫玉蘭和臘梅的葉飽和含水率最高，達87.70%；其次為海棠，為86.90%；飽和含水率最低的是木瓜，為75.50%；其余介于75%～87%之間。在8 個樹種中，紫荊的枝飽和含水率最高，達75.60%；其次為臘梅，為75.50%；飽和含水率最低的是海棠，為59.80%；其余介于59%～76%之間（見圖1）。

圖1 葉與枝飽和含水率比較圖Fig.1 The leaves and branch saturated moisture content

2.1.2 燃燒高度分析 如圖2 所示，8 個園林植物中，紅葉碧桃的燃燒高度最高，達100.00 cm，燃燒高度越高火災的蔓延速度越快表明其抗火性越差。石榴、紫玉蘭燃燒高度分別為90.00、80.00 cm；木瓜最低，燃燒高度為47.50 cm，燃燒高度低，更不易引燃其他樹木，抗火性強。

圖2 燃燒高度Fig.2 The burning height

2.1.3 燃燒強度分析 “燃燒強度”即燃燒速度的特性指標是燃燒室容積熱強度，它表示單位容積內單位時間完全燃燒掉的燃料量，燃燒強度大，說明燃燒速度快（或用火焰?zhèn)鞑ニ俣缺硎荆?，火焰短，高溫區(qū)集中。在8 種園林植物中，紅葉碧桃的燃燒強度最高，達273 kcal/s·m，燃燒強度越高完全燃燒所放出的能量越多。紫玉蘭也達到了168.22 kcal/s·m；木瓜最低，為54.47 kcal/s·m，燃燒強度低，抗火性強，詳見圖3。

圖3 燃燒強度Fig.3 The burning strength

2.1.4 燃燒時間分析 8 種園林植物的燃燒時間在1～6 min之間，燃燒時間最長的是海棠，燃燒時間5.47 min；最短的是紅葉碧桃。除紫玉蘭、紫荊、石榴、在3 min以內外，其余均在3 min以上，詳見圖4。

圖4 燃燒時間Fig.4 The burning time

2.2 生物生態(tài)學特征

生物生態(tài)學特征中樹冠結構、自然整枝、萌芽力、環(huán)境適應性和物候特征等5 個因子與植物燃燒性存在相關，冠層較密，萌芽能力強，自然整枝能力較強、樹上很少有枯枝、枯葉，較耐旱和瘠薄且具一定的耐蔭性，該樹種越難燃燒，不同樹種生物學和生態(tài)學形狀分級標準見表1。將5 個因子進行分級后，對8 個樹種進行打分，各樹種得分情況見表2。

表1 不同樹種生物學和生態(tài)學形狀分級標準Tab.1 Biological and ecological shape classification criteria of different tree species

表2 不同樹種打分結果Tab.2 Outcome of score from different species

3 結論

根據枝葉含水率、燃燒時間、熱值大小、燃燒時間、火焰高度、及生物學特性的差異，采用SPASS軟件進行聚類分析，將8種園林植物主要分為三大類，分別為難燃樹種、可燃樹種、易燃樹種。

類別1難燃樹種包括：木瓜、海棠、臘梅。類別1含水率高于類別2和3，火燒強度最小，燃燒時間最長。該類樹種基本為常綠闊葉型，春季常換葉。其冠層濃密，萌芽能力強，自然整枝能力較強，樹上很少有枯枝、枯葉，較耐旱和瘠薄且具一定的耐蔭性。

類別2可燃樹種包括：石榴、紫玉蘭、紫荊、日本晚櫻。類別2含水率、燃點高于類別3，熱值是最大，高于類別1和3，火燒強度最大，燃燒時間較長。該類型基本為常綠針葉型，春季換葉或落葉闊葉型。其冠層較密，萌芽能力強，自然整枝能力較強、樹上很少有枯枝、枯葉，耐旱和瘠薄且具較強的耐蔭性。

類別3易燃樹種：紅葉碧桃。類別3的含水率、燃點、最小，火燒強度較大，燃燒時間最短。該類型基本屬于該類型基本為常綠針葉型，春季換葉或落葉闊葉型。其冠層較密，萌芽能力強，自然整枝能力較強、樹上很少有枯枝、枯葉，較耐旱和瘠薄且具一定的耐蔭性。綜上分析，認為類別1類型樹種更適合做防火林樹種。

通過對八種常見園林植物在葉枝飽和含水率、燃燒強度、燃燒火焰高度、燃燒時間及生物生態(tài)學特征上的差異進行分析，劃分樹種燃燒性等級，對于城市森林生態(tài)安全和園林綠化樹種配置有一定借鑒意義。