10种常绿阔叶树种理化性质的研究

裴建元 ，严员英 ，叶 清 ，肖文军，赵 平，郑育桃 ，邓知知，肖金香

（1.江西省航空护林站，江西 南昌 330114；2.江西农业大学林学院，江西 南昌 330045；3.江西省林业科学研究院，江西 南昌 330046）

10种常绿阔叶树种理化性质的研究

裴建元1，2，严员英3，叶 清2，肖文军1，赵 平1，郑育桃3，邓知知1，肖金香2

（1.江西省航空护林站，江西 南昌 330114；2.江西农业大学林学院，江西 南昌 330045；3.江西省林业科学研究院，江西 南昌 330046）

常绿阔叶树种是森林的主要植物种类，具有含水率高的特点。选择石栎Lithocarpus glaper、拟赤杨Alniphyllum tortunei、冬青Ilex chinensis、樟树Cinnamomum philippinense、木荷Schima superba、罗浮栲Castanopsis fabri、山杜英Elaeocarpus decipiens、甜槠Castanopsis eyrei、苦槠Castanopsis sclerophylla、油茶Camellia oleifera 10种常绿阔叶树种，采集不同树种的树叶、树枝和树皮，烘干粉碎后在室内进行理化性质的测定分析，以不同树种器官的含水率、热值、燃点、木质素、粗纤维、粗灰分、粗脂肪7个指标作为评价因素，对10个树种的抗火性进行聚类分析，结果表明：抗火性强的是冬青；抗火性较强的有3种，由强到弱依次是油茶、山杜英、拟赤杨；抗火性一般的有2种，由强到弱依次是苦槠、石栎；抗火性较弱的有4种，由强到弱依次是木荷、樟树、甜槠、罗浮栲。研究结果能为防火树种的筛选提供理论依据。

阔叶树种；理化性质；聚类分析；抗火性

森林火灾是全球十大自然灾害之一，它不但破坏森林资源，危害人民生命财产，还会恶化生态环境。常绿阔叶植物作为森林的主要组成部分，开展其理化性质的研究对于树种的抗火性和筛选防火树种具有重要意义。

抗火性是指植物抵抗和忍耐林火燃烧的能力。树种的抗火性主要受燃烧性影响, 而燃烧性主要取决于树种自身理化性质（如含水率、热值、灰分含量、抽提物含量等），但树种的生物学和生态学特性也会直接影响林分的燃烧性。

国外对树种抗火性的研究较早，美国学者Byram G M早在1959年就对森林可燃物的燃烧性进行了研究[1]。1970年，Anderson H E对植物的易燃性进行了研究，最早提出植物易燃性定义[2]。1984年Penafiel S R在菲律宾通过火烧试验，对几种抗火性树种进行了试验比较[3]。1990年Wilgen B W选用了生物量、含水率、热值、粗脂肪含量等指标对南非某些树种的燃烧性进行了研究[4]。

我国对树种抗火性的研究始于20世纪80年代中期，虽然较国外发达国家晚，但发展速度较快，研究内容较广，在近30年的发展中取得了许多成果。国内众多学者选用了不同树种的理化性状指标、燃烧性指标、抗火性指标、生物学特性、生态学特性对树种的易燃难燃和抗火程度进行综合评价[5-11]。

本研究选择江西南昌北郊和西郊常见的10种常绿阔叶树种，进行含水率、热值、燃点、木质素、粗灰分、粗纤维、粗脂肪等理化性质测试，确定不同树种的易燃程度和抗火程度，为防火树种的筛选提供理论依据。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

本研究供试材料见表1。

表1 10个树种一览表Table 1 List of ten studied species

1.2 样品采集及制备

2013年秋天，选择晴天在树冠阳面不同部位，采鲜叶和枝条各250 g，在1.3 m树高处，用刀割下7 cm×7 cm的树皮，均3次重复。枝条取直径1～2 cm之间，长度为10～15 cm，采下后用塑料袋封好，带回室内及时用电子天平称重。将采回树枝、树叶和树皮90个样品在室内铺开，自然失水，直至失水比较稳定，放置烘箱烘至恒重。将恒重的样品粉碎，60目过筛，制成试样，装瓶备试，做化学成分分析所用(参照中华人民共和国林业行业标准，LY/T 1267-1999，森林植物与森林枯枝落叶层样品的制备)。

1.3 试验方法

含水率(W)采用烘干法。将样品称质量（W1）后置入105 ℃烘箱内，烘24 h取出称质量（W2），利用下式计算：

热值采用全自动氧弹式热值仪（Parr6400）测定；燃点采用DW-02型点着温度测定仪测定；木质素含量采用硫酸水解法；粗脂肪含量采用索氏残余法；粗灰分采用干灰化法；粗纤维含量采用硫酸和氢氧化钠先后沸腾水解法。

1.4 数据分析

采用Excel 2003对试验数据进行处理和制图，利用SPSS10.0软件统计分析，使用类间平均链锁法对10个树种抗火性进行系统聚类。

2 结果与分析

2.1 不同树种含水率分析

可燃物含水率影响可燃物到达燃点的速度和可燃物释放的热量多少，影响林火的发生、蔓延和强度，是森林火灾发生的重要因素。对10种树种的树皮、树枝、树叶含水率进行测定分析，结果如图1、表2所示。由图1可知，10个树种中树皮含水率从大到小依次是木荷、山杜英、油茶、拟赤杨、罗浮栲、甜槠、樟树、冬青、苦槠、石栎，木荷含水率最大，为55.83%、石栎最小，为40.79%；树枝含水率从大到小依次是拟赤杨、山杜英、罗浮栲、苦槠、木荷、油茶、冬青、樟树、甜槠、石栎，拟赤杨含水率最大，为56.98%、石栎最小为44.79%；树叶含水率从大到小依次是苦槠、拟赤杨、山杜英、罗浮栲、木荷、油茶、冬青、樟树、甜槠、石栎，苦槠最大，为60.52%、石栎最小，为45.34%。

从表2可知，不同树种间的含水率差异极显著，树种不同器官之间的含水率差异也极显著。

2.2 不同树种热值分析

一般情况下，可燃物的热值越高，释放能量越多，火强度越大，反之，则能量越少，火强度越小。对10种树种的树皮、树枝、树叶的热值进行测定分析，结果如图2、表3所示。

图1 10个树种不同器官含水率大小分析Fig.1 Comparisons of percentage of moisture in different organs among tem tree species

表2 不同树种不同器官含水率方差分析†Table 2 Variance analysis of water contents in different organs among 10 tree species

10种树种不同器官的热值大小在15～20 kJ/g之间，为中热值，因此10种树种的抗火性差异不明显。从表3也可得出，树木的热值大小在不同树种之间的差异不显著，并且在同一树种不同器官的差异也不显著。

图2 10个树种不同器官热值大小分析Fig.2 Comparisons of calorio values in different organs among 10 tree species

表3 不同树种不同器官热值方差分析Table 3 Variance analysis of calorific values in different organs among 10 tree species

2.3 不同树种燃点分析

燃点是指随温度升高，可燃物开始着火时的温度。根据是否有热源存在分为引燃点和自燃点。可燃物的引燃点越低，火源的温度要求越低或加热时间越短，相同火源条件下，就越容易着火，抗火性弱；反之越不容易着火，抗火性强。对10种树种不同器官的燃点进行测定，结果如图3、表4所示。

图3 10个树种不同器官燃点分析Fig.3 Comparisons of ignition point in different organs among 10 tree species

树皮的燃点在267～282 ℃，树枝的燃点在265～280 ℃，树叶的燃点在256～280 ℃。不同树种不同器官燃点都较高，抗火性较强。

表4 不同树种不同器官燃点方差分析Table 4 Variance analysis of ignition points in different organs among 10 tree species

从表4得出10种树种间和同一树种不同器官间的燃点差异均显著。

2.4 不同树种粗纤维分析

纤维素是木材的主要化学成分，为多糖类物质[12]。对树种抗火性能的影响起到了关键性的作用。对10个树种不同器官进行测定分析，结果如图4、表5所示。

图4 10个树种不同器官粗纤维含量分析Fig. 4 Comparisons of crude fi ber contents in different organs among 10 tree species

表5 不同树种不同器官粗纤维方差分析Table 5 Variance analysis of crude fiber in different organs among 10 tree species

10种树种的树枝粗纤维含量在44.26%～63.11%，其中油茶含量最高，为63.11%；冬青含量最低，为44.26%。10种树种的树皮粗纤维含量在24.21%～56.21%，其中苦槠含量最高，为56.21%；冬青含量最低，为24.21%。10种树种的树叶粗纤维含量在11.79%～36.19%，其中石栎含量最高，为36.19%；冬青含量最低，为11.79%。树叶的粗纤维较树枝、树皮含量低，粗纤维含量大小关系是：树枝＞树皮＞树叶。

从表5看出，树木粗纤维的含量在不同器官间和不同树种间的差异均极显著。

2.5 不同树种木质素分析

木质素又简称为木素，是森林可燃物第三主要成分。它是由苯丙烷基构成的交联芳香族高分子化合物。因为它含苯环，所以热稳定性较半纤维素和纤维素好。当外界温度达到135 ℃时，木质素开始缓慢地分解；250 ℃时，热分解加快；310～420 ℃时，热分解反应剧烈并产生大量气体与蒸汽；当加热到400～450 ℃时，有50%的挥发性气体逸出，并炭化，形成木炭，而后进行炽热或阴燃。

由图5知，树皮木质素含量在16.42%～46.7%之间，从大到小依次为木荷、樟树、甜槠、石栎、苦槠、山杜英、拟赤杨、罗浮栲、冬青、油茶；树枝木质含量在29.51%～39.91%之间，从大到小依次为石栎、苦槠、樟树、冬青、木荷、山杜英、油茶、罗浮栲、拟赤杨、甜槠；树叶木质素含量在28.73%～50.28%之间，从大到小依次为石栎、樟树、木荷、罗浮栲、拟赤杨、冬青、苦槠、甜槠、油茶、山杜英。

图5 10种树种不同器官木质素含量Fig. 5 Comparisons of lignin contents in different organs among 10 tree species

表6 不同树种的不同器官木质素方差分析Table 6 Variance analysis of lignin in different organs among 10 tree species

表6方差分析，树种间的木质素含量差异不显著，树种不同器官间的木质素含量差异也不显著。

2.6 不同树种粗脂肪分析

脂肪在可燃物中占的比例并不大，但对燃烧性起的作用非常大。脂肪高的树种易燃，抗火性弱，脂肪低的树种不易燃，抗火性强。图6分析得出，树种不同器官的粗脂肪含量以树叶为最大，树枝和树皮较树叶小很多，说明树叶比树枝和树皮易燃。

图6 10个树种不同器官的粗脂肪含量Fig.6 Comparisons of raw fat contents in different organs among 10 tree species

由图6可知，不同树种树皮、树叶的粗脂肪含量很少，不超过3%。粗脂肪主要在树叶中，樟树、石栎、冬青、油茶含量高，在6%～8%；甜槠、山杜英、罗浮栲含量在4%～6%;拟赤杨含量最小，小于1%。

从表7方差分析得出，树种不同器官的粗脂肪含量差异极显著，而树种间的粗脂肪含量不显著。

2.7 不同树种粗灰分分析

灰分也称无机元素，是指可燃物种矿物质的含量，如钠、钾、钙、镁、磷、铁等物质。灰分含量与可燃物的可燃性成反比关系，是抑制性物质，其含量越高，燃烧性能越差，抗火性越强。

从图7可知，树皮灰分含量最高，树叶次之，树枝最低。利用加权方法对10个树种的枝、叶、皮的粗灰分含量进行综合分析，10个树种的粗灰分含量基本上小于5%，属于低灰分含量，树种抗火性由强到强为木荷、樟树、拟赤杨、石栎、山杜英、苦槠、冬青、罗浮栲、油茶、甜槠。

表7 不同树种树不同器官粗脂肪方差分析Table 7 Variance analysis of raw fat contents indifferent organs among 10 tree species

图7 10个树种不同器官的粗灰分含量Fig.7 Comparisons of raw ash contents in different organs among 10 tree species

由表8可知，不同树种间的粗灰分含量差异不显著，但同一树种不同器官间粗灰分含量差异极显著。

表8 不同树种不同器官灰分含量方差分析Table 8 Variance analysis of ash contents in different organs among 10 tree species

2.8 不同树种抗火性聚类排序

利用SPSS10.0统计分析软件，以不同树种的树枝、树叶和树皮的含水率、热值、燃点、粗纤维、木质素、粗脂肪和粗灰分为聚类指标，使用类间平均链锁法对10个树种抗火性进行系统聚类，得出10个树种的抗火性分类，聚类树形图如图8。

图8 系统聚类Fig.8 Dendrogram using average linkage (between groups)

图8中10种树种依据抗火性被分成4类：Ⅰ类冬青；Ⅱ类拟赤杨、山杜英、油茶；Ⅲ类石栎、苦槠；Ⅳ类罗浮栲、甜槠、樟树、木荷。

3 结论与讨论

3.1 结 论

不同树种抗外界林火干扰的能力是不一样的，通过10种树种不同器官的理化性质差异聚类分析得出：Ⅰ类抗火性强，冬青；Ⅱ类抗火性较强，依次是油茶、山杜英、拟赤杨；Ⅲ类抗火性一般，依次是苦槠、石栎；Ⅳ类抗火性弱，依次是木荷、樟树、甜槠、罗浮栲。木荷是南方公认的防火树种，但相对冬青、油茶、山杜英、拟赤杨抗火性要逊色一些。

3.2 讨 论

在阔叶树种中，抗火性强的树种较抗火性差的树种粗纤维、粗脂肪以及木质素的含量少，粗灰分含量多。本研究主要采用了不同树种理化性质的指标聚类分析，排出抗火性强、弱顺序。其实影响树种抗火性差异还有生态学和生物学特性，有待今后试验补充完善。

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Study on physical and chemical properties of 10 evergreen broad leaf tree species

PEI Jian-yuan1,2, YAN Yuan-ying3, YE Qing2, XIAO Wen-jun1, ZHAO Ping1, ZHENG Yu-tao3, DENG Zhi-zhi1, XIAO Jin-xiang2
(1.Aviation Protect Forests Station in Jiangxi Province, Nanchang 330114, Jiangxi, China; 2. College of Forestry, Jiangxi Agricultural Uinversity, Nanchang 330045, Jiangxi, China; 3. Jiangxi Forestry Research Institute, Nanchang 330046, Jiangxi, China)

Evergreen broad-leaved tree species is the main species of forests, has the characteristic of high moisture content. Ten tree species, including Lithocarpus glaper, Alniphyllum tortunei, Ilex chinensis, Cinnamomum philippinense, Schima superba, Castanopsis fabri, Elaeocarpus decipiens., Castanopsis eyrei, Castanopsis sclerophylla, Camellia oleifera, were selected as the studied tree species.Theirs leaves, twigs and barks were gathered, dried and crushed respectively. Then, theirs physicochemical properties were measured and analyzed in indoor. By using the seven indicators of various trees organs such as moisture content, calorif i c value, ignition, lignin, crude fi ber, crude ash, crude fat as the evaluation factors, the cluster analyses on the ten trees’ fi re resistance were conducted. The results show that the strongest tree of fi re resistance was ILexchinensis Sims, the stronger trees of fi re resistance were the three kinds tree, ranked from strong to weak as follows: C. oleifera, E. decipiens, A.tortunei; the general tree of fi re resistance were the two kinds of tree, from strong to weak was C. sclerophylla, L. glaper; the weaker treesof fi re resistance were the four kinds, from strong to weak was S. superba, C.philippinense, C. eyrei and C. fabric. The fi ndings can provide a theoretical basis for screening the fi re resistant tree species.

broad-leaved tree species; physicochemical properties; cluster analysis; fire resistance

S781.3

A

1673-923X(2015)02-0016-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.02.004

http: //qks.csuft.edu.cn

2014-05-14

江西省科技厅项目：江西防火树种筛选（20122BBG70164）

裴建元，工程师，硕士 通讯作者：肖金香，教授；E-mail：xiaojinxiangjx@126.com

裴建元，严员英，叶 清，等. 10种常绿阔叶树种理化性质的研究[J].中南林业科技大学学报， 2015,35(2):16-21.

[本文编校：文凤鸣]