不同径级乔木主要部位灰分质量分数比较1)

陈娟 刘雪峰 彭徐剑

(东北林业大学，哈尔滨，150040) (南京森林警察学院)

大气碳平衡研究一直是各国科学研究的重点。影响大气碳平衡的因子既有人为的，又有自然的。近年，由于受人类活动与全球变化相关的极端气候事件的影响，森林火灾日益加剧，对全球森林生态系统的影响之大令世人瞩目。森林火灾释放的含碳温室气体对全球气候变化的影响越来越引起人们的关注。研究表明气候变暖会使得火灾频率增加［1］。森林火灾导致植被燃烧释放大量的碳，森林火灾已成为全球环境变化的驱动力之一，而可燃物灰分质量分数的研究是碳平衡研究的基本组成部分。

灰分也称矿物质，它主要由钠、钾、钙、磷、铁等元素化合物组成。一般树皮、叶子含灰分量较多，木材和茎含灰分量较少。灰分可分为水溶性灰分和水不溶性灰分，前者主要为水溶性盐类，后者主要为硅酸盐［2］。舒立福等［3］对南方的木荷、火力楠、杨梅等11 种常绿阔叶树种和杉木、马尾松两种针叶树种叶、小枝和皮的燃烧性能及其组成成分进行了测定。结果表明:1)各树种均以叶的抗火性能最差，阔叶树种比针叶树种的抗火性能强;2)含水量、苯-乙醇抽取物、木质素含量和灰分质量分数是影响叶抗火能力的主要指标。林益明等［4］主要对几种红树植物木材灰分质量分数进行了研究。由于红树林是海滩上特有的森林类型，作为独特的海陆边缘生态系统在自然平衡中起着特殊的作用，研究结果是红树林灰分质量分数在2．43%～5．17%。张军等［5］研究了灰化温度对生物质灰特征的影响。在灰粒形态上，不同生物质之间存在着差别，存在着多样性。植物体中无机元素以不同的形式存在，所以元素的挥发性不同。并且不同温度下灰的组成也有明显的差异。胡海清［6］于1995 年研究了大兴安岭地区森林可燃物理化性质测定和分析，划分了主要可燃物的类型，但对同一树种不同部位的灰分质量分数差异未作详细说明。刘元等［7-8］研究了矿质元素在针阔树内分布的同异形，在树干内的径向，轴向和细胞壁内的分布特点，影响矿质元素在树干内分部的主要因素。评述了以树木中矿质元素的分布特征进行树木分类的可行性，以及树干年轮中元素的变化值作为评价环境年代变迁指标的有效性。郭水良等［9］认为灰分质量分数的高低可反映不同植物对矿质元素选择吸收与积累的特点。不同植物所需的营养元素不同，集中于植物体的各器官也不同。国内外学者对植物的灰分质量分数均集中在树种的单个部位进行测定研究，而对同一树种不同部位的灰分质量分数之间的差异性比较尚未见报道。因此，本研究以大兴安岭地区3 种主要树种的灰分质量分数进行测定与比较，并且分析其原因，为有关研究人员了解森林可燃物理化性质及林火对气候变化的影响基础数据支撑。

1 材料与方法

灼烧至恒质量，重复灼烧至前后两次称量相差不超过0．5 mg 为恒质量，称量;(9)双试验差小于0．03%;(10)每个样重复做3 次。

样品中灰分的质量分数(x)计算公式:x=((m1-m2)/ (m3-m2))×100%。式中:m1为坩埚和灰分的质量;m2为坩埚的质量;m3为坩埚和样品的质量。

2 结果与分析

本研究的样品采集于大兴安岭塔河林业局。选择代表性的兴安落叶松(Larix gmelini)、白桦(Betula platyphylla)和樟子松(Pinus sylvesstris)进行研究。每个树种按大、中、小3 个径级伐倒，然后截取圆盘，顶稍附近、胸径处、基部各一个;树冠部分，按上、中、下3 部分截取枝样，标记，称质量，放入的封口袋中。

主要的实验仪器与设备:1)电热鼓风干燥箱;2)茂福炉;3)电子万用炉;4)研磨机;5)电子天平;6)干燥器、干燥剂;7)瓷坩埚40 mL、坩埚夹;8)分样筛60 目/寸孔径0．3 mm。

测定方法:(1)样品在80 ℃下烘干至恒质量，用粉碎机粉碎，分样筛筛过后，放入干燥器内备用;(2)精确称取2～3 g(称准至0．000 1 g);(3)置于预先灼烧至恒重的大小适宜的瓷坩锅;(4)炭化——在电炉加热使样品充分炭化至无烟;(5)灰化——将炭化至无烟的试样移至茂福炉内，错开盖，关闭炉门;(6)650 ℃下灰化30 min 后;(7)冷却至200 ℃以下，取出，放入干燥器中至室温，精密称量;(8)重复

2．1 不同径级兴安落叶松灰分质量分数比较

由表1 可以看出，小径级兴安落叶松灰分质量分数下部树枝最高，基部心材最低。相同可燃物灰分质量分数由高到低分部位从树枝上比较为下部枝、中部枝、上部枝;从树皮上比较为上部皮、胸部皮、基部皮;从树干上比较为:基部边材、胸部心材、胸部边材、基部心材。

中径级兴安落叶松灰分质量分数下部树枝最高，基部心材最低。相同可燃物灰分质量分数由高到低分部位从树枝上比较为下部枝、中部枝、上部枝;从树皮上比较为基部皮、上部皮、胸部皮;从树干上比较为:胸部心材、胸部边材、基部边材、基部心材。

大径级兴安落叶松灰分质量分数胸部树皮最高，基部心材最低。相同可燃物灰分质量分数由高到低分部位从树枝上比较为下部枝、上部枝、中部枝;从树皮上比较为胸部皮、上部皮、基部皮;从树干上比较为:胸部心材、基部边材、胸部边材、基部心材。

表1 各径级兴安落叶松主要部位灰分质量分数 %

2．2 不同径级白桦灰分质量分数比较

表2 显示，小径级白桦灰分质量分数基部树皮最高，胸部树干最低。相同可燃物灰分质量分数由高到低分部位从树枝上比较为上部枝、下部枝、中部枝;从树皮上比较为基部皮、胸部皮、上部皮;从树干上比较为:上部树干、基部树干、胸部树干。

中径级白桦灰分质量分数基部树皮最高，基部树干最低。相同可燃物灰分质量分数由高到低分部位从树枝上比较为上部枝、中部枝、下部枝;从树皮上比较为基部皮、胸部皮、上部皮;从树干上比较为:上部树干、胸部树干、基部树干。

大径级白桦灰分质量分数下部树枝最高，胸部树干最低。相同可燃物灰分质量分数由高到低分部位从树枝上比较为下部枝、中部枝、上部枝;从树皮上比较为胸部皮、基部皮、上部皮;从树干上比较为:上部树干、基部树干、胸部树干。

表2 各径级白桦主要部位灰分质量分数 %

2．3 不同径级樟子松灰分质量分数比较

表3 表明，小径级樟子松灰分质量分数上部树皮最高，基部树干最低。相同可燃物灰分质量分数由高到低分部位从树枝上比较为下部枝、中部枝、上部枝;从树皮上比较为上部皮、胸部皮、基部皮;从树干上比较为上部树干、胸部心材、胸部边材，基部心边材灰分质量分数相同为最低。

中径级樟子松灰分质量分数上下枝相同为最高，基部心材最低。相同可燃物灰分质量分数由高到低分部位从树枝上比较为上部枝和下部枝、中部枝;从树皮上比较为胸部皮、上部皮、基部皮;从树干上比较为上部树干、基部边材、胸部边材、胸部心材、基部心材。

大径级樟子松灰分质量分数上部树枝最高，胸部心材最低。相同可燃物灰分质量分数由高到低分部位从树枝上比较为上部枝、下部枝、中部枝;从树皮上比较为上部皮、基部皮、胸部皮;从树干上比较为基部边材、基部心材、胸部边材、上部树干、胸部心材。

表3 各径级樟子松主要部位灰分质量分数 %

3 结论与讨论

本文在大量野外调查和室内实验的基础上，对大兴安岭地区3 种主要树种灰分质量分数进行测定，且分不同树种和不同径级进行比较，得出了它们之间灰分质量分数高低变化的关系。并初步探讨了造成这种差异的部分原因。从兴安落叶松、白桦和樟子松3 种乔木的灰分质量分数分析结果可知，各树种干部灰分质量分数均为最低，这可能由于干部为乔木树种的矿质元素疏导组织，吸收积累的较少，而在枝和树上皮积累较多。边材灰分质量分数高于心材，不同部位的灰分径向分布模式是一致的，即不同高度下灰分的含量都是从边材向心材依次减少的。木材边材中灰分质量分数比心材多的原因可解释为边材具生理输导功能，输导组织流畅，心材常被心材物质堵塞，边材区却因活的组织存在，为适应树木的生理生长所需的元素再移动。如因形成层细胞的分裂、分化及新细胞的成长需要较丰富的矿质元素，形成层附近的边材区的元素含量大多比心材的其他部位的高，所以边材区的矿质元素含量变化较心材区的高。

树枝的灰分质量分数从树冠的上、中、下依次增大，说明了随着植物年龄的增长，矿质元素积累的越多。各树种树皮的灰分质量分数依种不同而有差异，其中白桦的树皮灰分质量分数大于枝和干，但樟子松和兴安落叶松树皮灰分质量分数大于树干，而小于枝。相同树种的枝、皮、干随径级的不同而呈现出一定的差异性。

从以上结果可知，不同树种灰分质量分数是不同的，同一树种不同器官灰分质量分数也是不同的，相同树种器官不同径级不同部位差异较大，研究结果可为大兴安岭林区的林火管理提供基础数据支撑。

［1］ Antonio Vazquez，Jose M，Moreno． Spatial distribution of forest fires in sierra de Gredos (Central Spain)［J］． Forest Ecology and Management，2001，147(1):55-65．

［2］ 胡海清．林火与环境［M］．哈尔滨:东北林业大学出版社，2000．

［3］ 舒立福，田晓瑞，寇纪烈．我国亚热带若干抗火树种的研究［J］．火灾科学，2000，9(2):1-7．

［4］ 林益明，林鹏，王通．几种红树植物木材热值和灰分含量的研究［J］．应用生态学报，2000，11(2):181-184．

［5］ 张军，范志林，林晓芬，等．灰化温度对生物质灰特征的影响［J］．燃料化学学报，2004，32(5):547-551．

［6］ 胡海清．大兴安岭主要森林可燃物理化性质测定与分析［J］．森林防火，1995(1):27-31．

［7］ 刘元，吴义强，朱林峰．阔叶树木中矿质元素的分布［J］．中南林学院学报，2001，21(4):44-49．

［8］ 刘元．针叶树木中矿质元素的分布［J］．世界林业研究，2001，14(1):15-21．

［9］ 郭水良，黄华，晁柯．金华市郊10 种杂草的热值和灰分含量及其适应意义［J］．植物研究，2005，25(4):460-464．