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.遼寧省林業科學研究院，遼寧 沈陽 110032; 2.遼寧省經濟林研究所，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.阜新市林業發展服務中心，遼寧 阜新 123000)

森林可燃物是森林燃燒的物質基礎，是林火行為的主體和林火發生的首要條件[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，對提高林火預測預報的準確性具有重要意義。國內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模型，為估算可燃物載量奠定了理論基礎[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。

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

1 研究區自然概況

試驗樣地設在阜新縣扎蘭營子鎮周家店林場，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，經常出現周期性干旱。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，每塊樣地內均勻設置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，記錄林內溫度、濕度、降雨等相關氣象因子。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%。根據每個指標測定結果按照高、中、低3級加權賦值，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 數據分析

采用Excel 2010和SPSS 18軟件進行數據統計分析和處理。

3 結果與分析

3.1 可燃物載量動態分布規律

從圖1可以看出，油松純林載量高峰期出現在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，是該地區櫟樹落葉高峰期；油松荊條林第一次載量最大出現在4月16-30日，為14.59 g·m-2，時間與油松純林一致，第二次出現在11月1-15日，為7.58 g·m-2。4種林型載量最小值出現在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。

圖1 4種林型可燃物載量動態變化

3.2 可燃物含水率動態分布規律

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%，出現在5月1-30日，含水率小于10%出現在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%，出現在5月16-30日，其次為9.65%和9.29%，分別出現在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%，出現在5月16-30日；含水率小于10%分別出現在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，加之林內空氣干燥，故出現含水率較低現象，第二和第三階段含水率較低的原因可能是樣地為陽坡，林內樹種分布不均勻，出現林窗，林內濕度過低，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%，出現在5月16-30日，其次為8.37%，出現在4月1-15日。4種林型可燃物含水率較低，集中出現在3月中下旬至5月，該時間段應重點防范林火的發生，春季森林防火任務非常嚴峻。

圖2 4種林型可燃物含水率動態變化

3.3 可燃物載量與含水率的動態關系

可燃物載量大小與含水率的多少是決定森林火災發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，為該地區林火發生高危期。

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，應重點防范春季林火發生。

表2 4種林型春秋兩季可燃物載量與含水率的關系

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進行加權賦值得到表5，得分最少的林型林火發生率最高，結果為油松落葉松林>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 結論與討論

對阜新地區4種典型易燃林凋落物載量開展動態監測，載量依次為油松落葉松林>油松櫟林>油松純林>油松荊條林，該監測結果符合林木生長規律，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。載量最大值出現在4月和10月中下旬至11月中上旬，最小值出現3月中上旬，該結論與阜新地區油松林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，今后將結合森林生態學進一步深入研究。

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%主要出現在春季3月中下旬至5月。這與當地春季高溫少雨、多大風的氣候相關。結合可燃物載量大小，得出4月16日至5月15日為該地區林火發生高危期，當地森林防火部門應重點設防。

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，是該地區林火發生高危林型。本項研究與云麗麗等、周志權等、王月等[8-12]比較，可燃物燃燒性特征增加了動態平均載量和平均含水率因子參與賦分，其結論一致。