紫莖澤蘭莖葉的燃燒性

鄭永波，張雨瑤，廖周瑜，李路良，周勁峰，王秋華，李世友,2

（1.西南林業大學 環境科學與工程學院，云南 昆明 650224；2.中國林業科學研究院 森林生態環境與保護研究所，北京 100091）

紫莖澤蘭Eupatorium adenophorum為菊科Compositae澤蘭屬Eupatorium多年生雜草，現已在云南、貴州等省廣泛分布與危害。紫莖澤蘭因其極強的傳播、繁殖能力和生態適應性大量入侵到森林、火燒跡地和防火隔離帶。在紫莖澤蘭入侵與森林燃燒性的關系方面，李世友等[1]研究了紫莖澤蘭對多火環境的生態適應對策，調查了紫莖澤蘭在防火線、生土帶和火燒跡地上的入侵特點并提出了在紫莖澤蘭入侵區應慎修生土隔火帶的建議及其替代技術[2－3]； 韓煥金等[4]調查了紫莖澤蘭在云南安寧市2006年 “3·29”森林火災火燒跡地的入侵現象；Tripathi等[5]研究表明，紫莖澤蘭在火燒跡地的數量比非火燒跡地多，幼苗在火燒跡地的成活率比非火燒跡地高。紫莖澤蘭與燃燒有關的研究和應用主要集中在熱解[6－7]、產生可燃氣[8－10]、 燃燒利用[11－12]、 制造成型炭等方面[13－14]。在滇中重點火險區的防火戒嚴期內，干旱地段上的紫莖澤蘭老莖葉不斷干枯，新的莖葉不斷從根部萌發和生長，而水分條件較優越地段上的紫莖澤蘭全部或部分老莖葉仍具有生活力，新的莖葉不斷從老莖或根部萌發和生長，這種特性決定了紫莖澤蘭燃燒性的復雜性。定量研究紫莖澤蘭的燃燒性，對于合理評價紫莖澤蘭對森林燃燒性的影響，正確選擇消防技術具有重要的參考價值。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

樣品采集于防火戒嚴期內，采集地點為云南森林自然中心林地、西南林業大學校園。對于參與比較的不同種類可燃物，采集地相距較近，生境條件類似，以保證同一組比對試驗樣品具有可比性。

1.2 研究方法

1.2.1 研究方法的確定 選定滇中地區不同的常見可燃物與紫莖澤蘭莖葉進行比較，對比樣品見表1。由于紫莖澤蘭不同生活力莖葉的理化性質差別很大，故分別選擇不同的試驗方法、評價指標來評價紫莖澤蘭莖葉的燃燒性（表1）。

表1 研究方法Table1 Research methods

1.2.2 含水率的測定方法 采用105℃恒溫干燥法，取相對含水率。

1.2.3 葉片單位面積質量的測定和計算方法 單位面積質量由葉片質量除以面積得出，其中面積由自行開發的 “不規則多邊形面積計算方法”計算。該方法已用于計算高溫后植物韌皮部的死亡率[15-16]。

1.2.4 燃燒試驗方法 ①老的活葉片燃燒試驗方法：試驗所需的高氧氣氛由氧指數儀提供。試驗時氧氣流量為10 L·min－1，比例為100%。葉片采用葉尖在上、葉柄在下的方式豎直放在試件夾上，從上端點火，記錄從開始點火至有焰燃燒熄滅的時間。試驗前、后分別測定葉片的葉脈長度、質量并勾繪葉片的外形輪廓，試驗重復6～12次。②新葉片燃燒試驗方法：由于新葉在100%高氧氣氛下能被點燃但火源撤離后燃燒不能持續，故改用垂直燃燒試驗，所用的儀器為水平垂直燃燒測定儀。試驗前在葉尖端寬度為30 mm處將葉尖剪掉，使葉柄端在上、葉尖端在下放入儀器試樣夾。燃燒試驗時間為該儀器已預設的12 s，從下端點火。試驗前、后分別測定葉片的葉脈長度、質量并勾繪葉片的外形輪廓，試驗重復5次。③活莖/枝燃燒試驗方法：選擇旱冬瓜活枝為對比樣品進行點燃試驗，分別用相近質量、相近尺寸（直徑、體積）的2組樣品進行試驗，對老莖、新莖分別進行制樣。將點著溫度測定儀溫度升高到280℃，然后同時放入紫莖澤蘭活莖試件和旱冬瓜活枝的對比樣品，繼續升溫并測定引燃時間和溫度，試驗重復3次。④干枯莖/枝燃燒試驗方法：選擇華山松干枝為對比樣品，燃燒試驗所需的50%氧氣氛、50%氮氣氛條件由氧指數儀提供，混合氣體流量為10 L·min－1。試驗前將紫莖澤蘭干枯莖、華山松干枝放入室內進行1個月狀態調節。燃燒試驗的試件長度為130 mm。從上端點火，記錄從開始點火至有焰燃燒熄滅的時間。根據試件長度、質量及燃燒時間分別計算燃燒線速率和質量損失速率。⑤干枯莖/枝干燥試驗方法：根據直徑大小將紫莖澤蘭干莖和華山松干枝各分成2組，紫莖澤蘭干莖第1組和第2組平均直徑分別為0.699 cm和0.445 cm，華山松干枝第1組和第2組平均直徑分別為0.695 cm和0.477 cm。每個徑級樣品制備5個試件，各試件長度相同。將各組試件放入水中浸泡12 h后取出，待試件表面的水分自然蒸發后，用天平稱量潮濕試件質量，然后將各組試件同時放到105℃的烘箱進行干燥，隔1 h測定1次各組試件質量。

1.2.5 葉片燃燒速率的計算方法 根據燃燒試驗前后葉脈長度、葉片質量、葉片面積和燃燒時間計算絕對燃燒速率和相對燃燒速率，其中絕對燃燒速率分為絕對線速率、絕對面積損失速率、絕對質量損失速率共3個指標，代表單位時間內損毀的葉脈長度、葉片面積、葉片質量；相對燃燒速率分為相對線速率、相對面積損失速率、相對質量損失速率共3個指標，分別代表單位時間內損毀的葉脈長度、葉片面積、葉片質量的百分比。

1.2.6 葉片損毀程度的測定方法 損毀程度同樣可以分為絕對損毀程度和相對損毀程度，其中絕對損毀程度又分為絕對損毀長度、絕對損毀面積、絕對損毀質量共3個指標，表示燃燒試驗過程中損毀的葉脈長度、葉片面積和葉片質量；相對損毀程度又分為相對損毀長度、相對損毀面積、相對損毀質量共3個指標，分別表示燃燒試驗造成葉脈長度、葉片面積和質量的損毀比率。

2 結果與分析

2.1 老活葉片的燃燒性

從表2可以看出：6種植物的絕對線速率、絕對質量速率、相對線速率3項指標相差不大。與2種藤本和3種木本植物相比，紫莖澤蘭老葉片的含水率最高，絕對面積速率最小。而紫莖澤蘭、中華常春藤Hedera nepalensis var.sinensis，常春油麻藤Mucuna sempervirens，大葉女貞Ligustrum lucidum的絕對面積速率、相對面積速率也相差不大。6種植物的絕對質量損失速率相差不大，但相對損毀程度相差很大。總體上看，紫莖澤蘭老葉片的燃燒性、耐火性與中華常春藤、常春油麻藤和大葉女貞相近，但損毀程度遠低于滇青岡和滇潤楠。

2.2 新葉片的燃燒性

從表3可以看出：與2種藤本、3種木本植物相比，紫莖澤蘭新葉的含水率最高，但6項燃燒速率指標卻都是最大的，而損毀程度各項指標均居中，其中絕對損毀長度小于桂花Osmanthus fragrans和白玉蘭Magnolia denudata，絕對損毀面積小于楓香Liquidamba formosana，絕對損毀質量小于白玉蘭，相對損毀長度、面積小于桂花和楓香，相對損毀質量小于常春油麻藤、桂花和楓香。

2.3 活莖的燃燒性

從表4和表5可以看出：紫莖澤蘭新莖含水率遠遠高于紫莖澤蘭老莖和旱冬瓜多年生活枝。在質量相近的情況下，紫莖澤蘭新莖的著火時間、著火溫度均大于紫莖澤蘭老莖，但相差不大，紫莖澤蘭新莖和老莖的著火時間、著火溫度均遠遠大于旱冬瓜活枝。在尺寸相近的情況下，平均著火時間、著火溫度的順序均為紫莖澤蘭老莖＞紫莖澤蘭新莖＞旱冬瓜活枝，即在質量相近或尺寸相近的情況下，紫莖澤蘭活莖均較旱冬瓜活枝難燃。

表2 紫莖澤蘭與對比植物老活葉片的燃燒速率及損毀程度Table2 Burning rate and damage degree of old-living-leaves of Eupatorium adenophorum and comparative species

表3 紫莖澤蘭與對比植物新葉片垂直燃燒速率及損毀程度Table3 Burning rate and damage degree of new-leaves of Eupatorium adenophorum and comparative species

表4 相近質量紫莖澤蘭活莖與旱冬瓜活枝平均著火時間和著火溫度Table4 Ignition time and temperature of samples in terms of similar quality

表5 相近尺寸紫莖澤蘭活莖與旱冬瓜活枝平均著火時間、溫度Table5 Ignition time and temperature of samples in terms of similar dimensions

2.4 干枯莖的燃燒性與干燥失水特性

從表6可以看出：不同紫莖澤蘭干枯莖與華山松干枯枝試件直徑、密度相差較大，燃燒速率也相差較大，總體上看，試件的直徑、密度越大，燃燒速率越小。在直徑相近的情況下，紫莖澤蘭干枯莖的燃燒速率大于華山松干枯枝的燃燒速率，即紫莖澤蘭干枯莖較華山松干枯枝易燃，這可以從圖1得到驗證，即在2個徑級的分別比較中，雖然經浸泡后紫莖澤蘭干枯莖含水率較華山松干枯枝高，但失水較華山松干枯枝失水快，這是紫莖澤蘭干枯莖較華山松干枯枝易燃的重要原因之一。

表6 紫莖澤蘭干枯莖與華山松干枯枝在50%氧氣氛下的燃燒速率Table6 Burning rate of samples under oxygen concentration of 50%

表6（續）

3 討論

通過對比試驗可以看出：紫莖澤蘭活莖葉較難燃，而干枯莖較易燃的華山松枝燃燒性強，即紫莖澤蘭莖葉的燃燒性具有雙重性。生土隔離帶等干旱地段上的紫莖澤蘭莖葉在防火期內干燥易燃，需要預防紫莖澤蘭的入侵。而溝谷等潮濕地段上的紫莖澤蘭莖葉在防火期內仍然具有生活力，滅火時，對于連續分布具有生活力的紫莖澤蘭，可以作為阻燃物加以利用。

高氧氣氛下的燃燒、垂直燃燒等試驗方法都是室內裝修裝飾材料的阻燃性研究中常用的成熟方法，對于森林可燃物研究而言，卻是一種新的方法，國內僅見李世友[17－18]將高氧氣氛下的燃燒試驗用于植物活枝燃燒性、樹皮阻燃性評價方面的研究。紫莖澤蘭的個體差異性也較大，有時位置相近、生境相似的2株植物在物候上卻有較大差別，導致其燃燒性差別較大。本研究取樣的時間、地點、數量有限，根據一次取樣的實驗結果難以全面地反映這種差別，今后需結合紫莖澤蘭的生物學、生態學特性，對其進行更為系統的研究。

圖1 105℃條件下樣品質量變化曲線Figure1 Mass curves under 105℃

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