基于模擬燃燒試驗的四川省常見75種樹種燃燒性綜合評價

中圖分類號 S762 文獻標(biāo)識碼A文章編號 0517-6611（2025）11-0106-05

doi：10.3969/j. issn. 0517-6611.2025. 11. 023

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

The Comprehensive Evaluation of the Flammabiltyof 75 Common Tree Species in Sichuan Province Based on Simulated Burning [ests

ZHONG Jin1，2， Zerensilang3， ZHENG Li-jun ^1，2 et al（1.Sichuan Forestry and Grassland Survey and Planning Institute，Chengdu，Sichuan610081；2.LongtemProvincialScientfcResearchBaseforBiodiversityConservationinLongmenMountain，Chengd，icuan 610081；3.Danba County Forestry and Grassland Bureau，Ganzi，Sichuan 626300）

AbstractThisudyassesedthburabiltof7ommontrespeciesinScuanProvic.Buringtestswereconductedonfrshbrancs ofeachtreespecistoughiuatedbungtests，ndtuabiltofachtrsecisasomprehesivelyeedfroultipledicatorsusig pricipalcomponentanalysisTeresultsoftestudsoedthattereweresignificantdiferencesintecombustibilityaong difrenttre speies.Sometrespeces，uchasPinusmasonanaQueussemecarpifoliucaltus grandisandPicesperatahehi flammablity，hileers，uchsglansegiaouscapitata，runusslicina，runsiumhelowfmmabilityeasuresouldbe takentoprevntisfroocuingdspredingintseoftrspeisiigfmabilitysfortrespesilowabili ty，theycandsotealfepreesptoeasetsistacfsslsofisdtolye understand the risk of forest fires in Sichuan Province but also provide ascientific basis for forest fire prevention.

Key wordsFlammability;Fire-resistant species;Forest fire prevention;Sichuan Province

隨著全球氣候變化的加劇，世界多地森林草原火災(zāi)未來將變得更加強烈和頻繁[1-2]。盡管野火對很多生態(tài)系統(tǒng)具有維穩(wěn)作用[3]，對物種的進化起到了關(guān)鍵作用[4-5]，但如果野火形成火災(zāi)，將會對生態(tài)系統(tǒng)造成毀滅性的破壞，對人類的生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅[6。因此，科學(xué)地管理野火，有效地預(yù)防森林草原火災(zāi)對于保護森林資源、維護生態(tài)平衡及保障人民生命財產(chǎn)安全至關(guān)重要。

森林草原火災(zāi)的發(fā)生通常需要多個驅(qū)動因素的共同作用，包括火源、可燃物以及適宜的天氣條件（如風(fēng)、高溫和干旱）[7]。植物是自然界中最主要的可燃物之一。因此，植物的燃燒性直接影響了其所在生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險、頻率及強度，被認(rèn)為是重要的火災(zāi)風(fēng)險評估指標(biāo)[8-9]。植物的燃燒性是一個由多個變量組成的復(fù)合性狀，通常用來描述植物被點燃的難易度及燃燒維持能力[0-]。植物的含水率、燃點、熱值、灰分、粗脂肪含量等理化性質(zhì)與植物的燃燒性密切相關(guān)[12-14]。在我國，很多學(xué)者利用測定這些理化性質(zhì)來反映植物的燃燒性。如駱介禹等[15]通過測定含水率、灰分含量、脂肪、含氮量、含磷量5個指標(biāo)對5種針葉樹種、6種闊葉樹種的可燃性進行了評估；王雷等[16]測定了呼和浩特21種園林樹種的含水率、粗脂肪、粗灰分、燃點、熱值等理化性質(zhì)指標(biāo)來評估物種的燃燒性。

然而，有關(guān)于理化性質(zhì)能否準(zhǔn)確反映植物的燃燒性目前尚不清楚。燃燒試驗可能可以更好地反映植物的燃燒性。目前，通過模擬燃燒試驗來評估植物燃燒性的研究越來越多[17-19]。田曉瑞等[20]對南方48個樹種的燃燒性能及其組分進行了測定；鞠琳等[2]對黑龍江省三大硬闊樹種的皮和葉的燃燒性進行了測定，得到3個樹種抗火強弱的排序；李世友等[22]在研究樣品引燃時間、有焰燃燒階段煙氣溫度變化和質(zhì)量損失過程的基礎(chǔ)上，提出了植物的燃燒性參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)并結(jié)合植物的生物生態(tài)學(xué)特性、造林學(xué)特性以及經(jīng)濟價值，對昆明地區(qū)25種木本植物進行了燃燒性排序，篩選出可用于該地區(qū)防火的樹種。燃燒植物的新鮮枝條[23]并測量其燃燒性，能更好地代表整株植物，這是由于其由樹葉、細(xì)枝和分枝模式組成，保留了植物的結(jié)構(gòu)，能夠反映植物在遇到樹冠火時的燃燒狀況，是目前比較理想的燃燒性測定法，近年來，國外已經(jīng)有大量研究采用枝條燃燒性來代表植物的燃燒性[24-26]。

四川省位于我國一二級地勢階梯上，地形地貌多樣。全省范圍分布著高原、高山峽谷、盆地、低山丘陵等多種地形，地理的多樣性帶來了豐富的森林資源和復(fù)雜多樣的生態(tài)系統(tǒng)。豐富的生物多樣性和充沛的水資源等自然資源，使得四川成為我國重要的生態(tài)屏障區(qū)[27]。但與此同時，西南地區(qū)生態(tài)脆弱、森林草原火災(zāi)較為頻發(fā)[28-29]，嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)健康及人民的生命財產(chǎn)安全[30]。筆者在四川省內(nèi)選取采集了75種常見的生態(tài)、用材、經(jīng)濟樹種，通過測定其新鮮枝條的燃燒指標(biāo)，評價其燃燒性能，旨在為四川省森林防火工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為四川省抗火樹種的篩選提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域與方法

1.1研究區(qū)域概況四川省林草資源豐富，森林覆蓋率為40.03% ，是我國長江上游最大的水源涵養(yǎng)區(qū)之一。但與此同時，四川省是我國重點火險區(qū)[31-32]。相關(guān)研究統(tǒng)計表明，2003—2016年西南地區(qū)共發(fā)生森林火災(zāi)27449次，森林燃燒總面積為 15129.2hm^2[33] 。四川省復(fù)雜的氣候和地形條件，加大了森林火災(zāi)預(yù)防的難度，是我國重點防范森林火災(zāi)的省份之一。

1.2試驗材料2023年4—5月（四川省防火期），于樹種分布點內(nèi)選擇坡向一致、立地條件相近，生長良好、無病蟲害的林分進行樣方布設(shè)，每個樹種布設(shè)1個 20m×20m 的樣方。各樣方內(nèi)隨機選擇6株無病蟲害，且生長狀況良好的樹木作為采樣株，以隨機采樣法采集各樹種的枝條樣品。樣品為70cm 長的新鮮枝條?？傆嬘谒拇ㄊ〔杉?5種常見樹種的枝條，物種正名及拉丁名根據(jù)《中國植物志》進行校對。物種及其采樣地點信息見表1。

1.3試驗方法根據(jù)Jaureguiberry等[23]和Wyse等[34]的方法進行枝條燃燒性測量，在燃燒之前，將采樣帶回的植物枝條在室溫下風(fēng)干 48h ，以使樣品含水量與火源匹配（根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果及Wyse等[34-35]的研究）。先使用電子臺案秤0 ，凱豐，中國）稱量風(fēng)干后燃燒前枝條的重量，然后將風(fēng)干后的樣品水平置于水平垂直燃燒測試儀（UL94，信禾，中國）中，并保持樣品枝條的自然舒展。 ① 點燃時間。樣品放置好，打開噴燈 15s 以點燃樣品，點燃時間首先記錄為樣品開始燃燒的時間 （0～15s） 。 ② 燃燒溫度。使用紅外激光溫度計（Fluke572，?，?，中國）持續(xù)測量整個燃燒期間火焰的最高溫度，即燃燒溫度。未能點燃樣品溫度值記為 150°C ，代表基礎(chǔ)火焰溫度[24，35]。 ③ 燃燒持續(xù)時長是指噴燈關(guān)閉后樣品持續(xù)燃燒至停止的時間。 ④ 燃燒停止后，待煙霧排盡，取出燃燒后的枝條，使用電子臺案秤稱量燃燒消耗的生物量即為燃燒停止后燃燒消耗的生物量百分比。在噴燈關(guān)閉后未能持續(xù)燃燒樣品的燃燒持續(xù)時長和燃燒消耗的生物量均記為0。

1.4數(shù)據(jù)分析各物種間燃燒性指標(biāo)差異通過單因素方差分析（One-wayANOVA）評估，LSD法用于進行事后多重比較；使用Pearson相關(guān)系數(shù)分析各燃燒性指標(biāo)的相關(guān)性；使用Origin2023進行主成分分析，隨后以主成分分析各主成分的貢獻率和因子得分的乘積之和，綜合評估可燃物的燃燒性并進行排名。

2 結(jié)果與分析

2.1不同樹種枝條燃燒特征燃燒試驗測試結(jié)果表明（表2），不同物種最高溫度差異明顯。燃燒溫度即為燃燒產(chǎn)物所具有的溫度，燃燒溫度較高的物種有柏木、柳杉、云南油杉、云杉等，75個物種中，最高溫度可達(dá) 666.00^°C ；燃燒溫度較低的有胡桃、李、木油桐、歐洲甜櫻桃和枇杷等，燃燒最高溫度在這些物種中的最小值為 150.00^qC （火焰基礎(chǔ)溫度），即未點燃。

點燃時間是指枝條樣品從加熱開始到出現(xiàn)穩(wěn)定火焰的時間，是評價樹種燃燒性的重要指標(biāo)之一。不同樹種的點燃時間和燃燒時長之間也具有明顯差異。由表2可知，燃燒時長較長的物種，點燃時間較短。點燃時間在一定程度上反映了燃燒的難易程度，點燃時間越短越易燃，反之則較難燃燒。因此，理論上認(rèn)為點燃時間與燃燒性呈負(fù)相關(guān)，而燃燒時長與燃燒性呈正相關(guān)。除胡桃、李、木油桐、歐洲甜櫻桃、枇杷、頭狀四照花和雅榕在模擬燃燒中未點燃外，其余物種的燃燒時長在 1.74～122.67 s。點燃時間較短的物種有水青岡、枹櫟、紅椿、馬尾松，這幾種樹種的點燃時間分別為1.28、1.76、1.85、2.24s。同時，燃燒時長較長的物種有白柯（122.67 s）、高山櫟（111.89s）馬尾松（104.61s）冷杉（73.27s），由此可推測燃燒持續(xù)時間較長的物種在真實環(huán)境下，一旦引發(fā)火災(zāi)，其燃燒的持續(xù)性較長。

燃燒消耗比例是指消耗的可燃物與原可燃物之比，是計算林火強度的重要參數(shù)。75個不同樹種的燃燒消耗比例差異較大，燃燒比例為 2.17%～91.00% ，一般來說，燃燒比例與林火強度呈正相關(guān)關(guān)系。在前幾項指標(biāo)中，如點燃時間較短與燃燒時長較長的物種（白柯、馬尾松等），枝條燃燒的消耗比例也較大。枸櫟枝條燃燒比例高達(dá) 91.00% ，栓皮櫟燃燒消耗為 85.69% ，貴州毛柃、桃、毛棉杜鵑等物種的消耗比例較小，同時也具有較長的點燃時間，且這幾個物種的燃燒最高溫度也相比其他測試物種低。

2.2燃燒性綜合評價指標(biāo)采用極差歸一法對原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化可以較好地消除不同指標(biāo)之間的差異，更好地評估燃燒性[36]。其中，點燃時間與燃燒性呈負(fù)相關(guān)，因此進行逆向標(biāo)準(zhǔn)化 [Y=（Y_max-Y_n）/（Y_max- Y_min ）]，最高溫度、燃燒時長與消耗比例呈正相關(guān)，進行正向標(biāo)準(zhǔn)化 1。使用標(biāo)準(zhǔn)化之后枝條燃燒試驗4個指標(biāo)進行主成分分析，其特征值、貢獻率、累計貢獻率見表3。由表3可知，前3個主成分軸的累計貢獻率達(dá)到 94% ，超過 90% ，這表明原始數(shù)據(jù)中4個指標(biāo)的信息主要由前3個主成分軸表示，能夠代表原始數(shù)據(jù)中絕大部分信息，而剩余的1個主成分軸貢獻率僅有 6% ，對方差的影響較小，可以忽略。因此，該研究使用主成分分析的前3個主成分軸作為燃燒性綜合評價的復(fù)合指標(biāo)。

將表3中各主成分的貢獻率和PCA中各主成分因子得分的乘積相加，便得到了一個計算各樹種主成分的合成變量值，該合成變量值即為評價各樹種枝條燃燒性的綜合指標(biāo)[37]，最終得到75個樹種綜合評價總分及其排名（表4），總分值越大則表示該物種的燃燒性強。由表4可知，具有較強燃燒性的物種有馬尾松、高山櫟、大桉、云杉、白柯等，參與模擬燃燒測試的燃燒性綜合得分較低的幾個樹種為胡桃、頭狀四照花、李、歐洲甜櫻桃、枇杷等。

3討論與結(jié)論

植物燃燒性受多個植物功能性狀的影響[25.38]，目前尚缺乏統(tǒng)一的測定標(biāo)準(zhǔn)。植物的燃燒性在不同器官間會有顯著的差別。如Alam等[25]研究發(fā)現(xiàn)，植物枝條的燃燒性和葉片的燃燒性并不一致。燃燒整株植物能夠真實反映其燃燒特性，但在實際操作中并不可行。采用新鮮枝條作為燃燒模擬對象，能夠保留植物結(jié)構(gòu)的完整性[39]。因此，枝條的燃燒性可以較理想地反映植物的燃燒性能。很多的研究都是通過枝條燃燒性評估植物的燃燒性能。該研究通過測定不同物種枝條的燃燒性，分析不同物種間燃燒性的差異，為森林火災(zāi)風(fēng)險評估及防火物種的篩選提供了數(shù)據(jù)支持[40-41]。

該研究在四川省防火時期（4—5月）搜集四川省常見樹種的新鮮枝條，并對其燃燒性進行了測定評價，以期探究不同物種在火災(zāi)發(fā)生時的真實燃燒性。在75個物種中，馬尾松、高山櫟、大桉、云杉、白柯等物種的燃燒性綜合得分較高；胡桃、頭狀四照花、李、歐洲甜櫻桃、枇杷等物種的燃燒性綜合得分較低。燃燒綜合性評分從高到低的排序在很大程度上代表了該物種的易燃性。該研究分析了不同物種在防火時期枝條燃燒性的差異，對于森林火災(zāi)風(fēng)險評估及防火物種的篩選提供了數(shù)據(jù)支持。

生物防火林可以有效預(yù)防森林火災(zāi)的蔓延，降低森林火災(zāi)的影響，同時也可發(fā)揮一定的社會效益和經(jīng)濟效益[42-43]該研究結(jié)果為防火物種的篩選提供了可燃性數(shù)據(jù)，但在實際防火樹種篩選評估中，應(yīng)同時考慮物種的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性等[44-45]。例如，要考慮物種生長所需的地理環(huán)境等。

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