不同混合比例油松辽东栎凋落叶可燃物失水过程比较

李东昌，白晋华，南宏伟

（山西农业大学林学院，山西太谷030801）

不同混合比例油松辽东栎凋落叶可燃物失水过程比较

李东昌，白晋华，南宏伟

（山西农业大学林学院，山西太谷030801）

试验设6个组，各组中辽东栎阔叶的生物量占总生物量的比例依次为0%（组1），20%（组2），40%（组3），60%（组4），80%（组5），100%（组6）。通过室内风干试验，比较研究不同混合比例的油松辽东栎凋落叶混合可燃物的失水特性。结果表明，随着混合物中阔叶比例的提高，各组24 h持水率整体呈增加趋势；在风干过程中，各组失水率随时间的延长呈上升趋势，失水速率随时间的延长先增大后减小，组间总体上随着混合物中阔叶比例的增加，失水率和失水速率呈增加趋势；各组达到同一含水率时所用的时间，随着阔叶比例的增加显著增长，但存在时间滞后现象，至达到稳定状态后，各组的平衡含水率之间差距不大，但仍表现为随阔叶比例增大而增大的趋势。综合比较，随着混合物中阔叶比例的增加，混合物的潜在火灾危险性出现下降趋势。

混合可燃物；失水率；失水速率

油松和辽东栎作为山西省乃至黄土高原地区森林资源培育重要的乡土树种，因其具有良好的耐寒、耐旱、耐贫瘠的生态学特性[1]，特别是油松，被作为营林时的主要树种而被广泛使用。而在长期的荒山造林、退耕还林等植被恢复工作中，以油松人工林为主的森林生态系统，树种单一，林分结构不合理，大部分油松林生长较差，病虫害严重，生态效益和经济效益差[2]。油松-辽东栎针阔混交林作为一种演替顶级群落，具有很好的抚育经营价值[3-9]。油松纯林及油松混交林，林下可燃物负荷量往往较高，凋落物积累较多，地表火潜在危险性较大，尤其是在北方春秋2个防火期内，遇到连续不降水的情况时，林火发生的概率就会大大增加[10-15]。

森林可燃物的含水率极大程度上影响着森林火灾的发生、蔓延和强度，是进行林火监测的重要因子，同时也作为一个核心指标被广泛地运用于各类森林可燃物模型和含水率预测模型中，同等条件下，可燃物的含水率越低，其潜在的火灾危险性越高[16-20]。

本研究通过在实验室内模拟不同混合比例下油松针叶和辽东栎阔叶凋落叶混合可燃物的失水过程，研究其失水特征，为油松-辽东栎针阔混交林营林技术及林火预测和管理提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料为于2016年4月初从山西太谷县国营林场选择林龄在30 a左右的油松人工林和辽东栎，采集林下凋落叶带回实验室进行测定。

1.2 方法

试验共设6个处理组，各组中辽东栎阔叶的生物量占总生物量的比例分别为0%（组1），20%（组2），40%（组3），60%（组4），80%（组5），100%（组6），每组3次重复，共计18个样本。结合野外调查的情况，每个样本以总生物量0.7 kg/m2（7 t/hm2）为准，即在试验时每个样本均取175 g的烘干质量，浸泡吸水后置于50 cm×50 cm的塑料泡沫上（塑料泡沫大小为60 cm×60 cm，已经提前在上面用记号笔标出50 cm×50 cm的边界）。

将野外采集的油松和辽东栎凋落叶分别置于大型烘箱中进行烘干，105℃下连续烘干48 h至绝干，选择破碎程度相近的凋落物取出后迅速按照既定比例配成混合可燃物，充分搅拌使之混合均匀，分别收集在塑料网袋里放在水桶中，加水至完全没过塑料网袋。浸泡24 h后，将塑料网袋取出，静置几分钟至塑料网袋不再滴水，把网袋剪开，将混合可燃物倒出并均匀铺在已准备好的塑料泡沫上，并称质量记为初始（0 h）质量，之后每2 h称质量一次，从98 h后每4 h记录一次，至各组均达到其平衡含水率时为止，收集各样本于塑料袋中，在烘箱中连续烘干48 h（105℃）至绝干，取出称质量并计算各样本绝干质量。考虑到在浸泡过程中可能造成混合物质量的损失，故在配制时各样本均多取3 g。1.3失水性各指标计算方法

混合物持水率＝（浸泡t时间的凋落物质量－试验后样本烘干质量）/试验后样本烘干质量× 100%；混合物失水率＝（初始质量－风干t时间的凋落物质量）/试验后样本烘干质量×100%；混合物失水速率＝（初始质量－风干t时间的凋落物质量）/（试验后样本烘干质量×风干时间）×100%。

2 结果与分析

2.1 混合物持水率比较分析

多组重复测量方差分析结果显示，同一时间点各组间持水率差异极显著（F＝11.180，P＜0.001），各组间持水率不全相同；同组各时间点持水率差异极显著（F＝1 721.140，P＜0.001），各时间点持水率不全相同；组间和时间点对变化率的影响存在交互作用（F＝10.820，P＜0.001）。

表1 持水率组间方差分析结果

由图1和表1可知，随着阔叶比例的提高，各组浸泡24 h后混合物持水率总体呈现增加趋势，但组2的持水率略低于组1，表现为组6（237.49%）＞组5（226.47%）＞组4（195.20%）＞组3（194.57%）＞组1（172.60%）＞组2（168.98%）。在整个风干过程中，各组混合物含水率首先经历了一个快速下降期，之后逐渐变缓，并于80～100 h陆续达到稳定；在40 h之前，各组达到同一含水率时所用的时间，随阔叶比例的增加，呈现组6＞组5＞组4＞组3＞组1＞组2的趋势，所用时间显著增加，有一个较为明显的时间滞后现象，且各组之间的差异幅度（滞后时间）基本稳定；在40 h以后，这种滞后时间逐渐缩短，直至到达稳定状态后，各组的平衡含水率之间差距不大，但仍表现为组6＞组5＞组4＞组3＞组1＞组2的趋势。结合图1与表1可以看出，当混合物中阔叶比例达到80%以上时，即组6和组5与剩余4组之间差异显著，但组6与组5之间差异不显著；组4与组3和组1之间差异不显著，与组2之间差异显著；组3与组2和组1之间差异不显著；组2与组1之间差异不显著，组1的持水率整体上略高于组2。

2.2 混合物失水率比较分析

多组重复测量方差分析结果显示，同一时间点各组间的失水率差异极显著（F＝20.592，P＜0.001），各组间失水率不全相同；同组各时间点的失水率差异也极显著（F＝1 537.703，P＜0.001），各时间点失水率不全相同；组间和时间点对失水率的影响存在交互作用（F＝10.506，P＜0.001）。

表2 失水率组间方差分析结果

在整个风干过程中，各组的失水率均随时间的延长逐渐增大，并最终达到一个稳定的水平，在此过程中，随着混合物阔叶比例的增加，6组之间的失水率总体呈增加趋势，各组到达最大失水率也随阔叶比例的增加而呈现相同的趋势。从图2、表2可以看出，组6和组5与其余各组之间差异明显，说明当阔叶比例增加到80%以上时，其混合物的失水率、最大失水率均显著高于其他各组，且组6高于组5，但组6与组5之间差异不显著；组4和组3均与组1和组2之间差异明显，说明当阔叶比例增加到60%和40%时，其混合物的失水率、最大失水率及到达最大失水率所用时间仍显著高于剩余2组，但组4和组3之间失水率差异不显著，二者失水率随时间变化的线图大致重叠，在失水率迅速上升期，在6～82 h阶段，组3的失水率略高于组4，之后组4高于组3，但差距极小；组2和组1的失水率处于最低水平，二者之间差异不显著，2～44 h组2的失水率略高于组1，但44 h之后，组1高于组2，表明当阔叶的掺混比例较低时混合物的失水率和最大失水率并没有随阔叶比例的增加而变大。

2.3 混合物失水速率比较分析

多组重复测量方差分析结果显示，同一时间点各组间的失水速率差异达极显著水平（F＝18.034，P＜0.001），即各组间失水速率不全相同；同组各时间点的失水速率差异达极显著水平（F＝1 247.806，P＜0.001），各时间点失水速率不全相同；组间和时间点对变化率的影响不存在交互作用（F＝1.398，P＞0.01）。

在整个风干过程中，各组的失水速率随时间的变化呈先增大后减小，在观测开始后，组1、组3、组4、组5的失水速率先上升在4 h达到最大，然后逐渐减小，组2、组6的失水速率则是在6 h达到最大再减小，总体表现为随着阔叶比例的增加，失水速率有增加的趋势。从图3和表3可以看出，组6和组5与其余各组之间差异显著，说明当阔叶比例增加到80%以上时，混合物的失水速率均显著高于其他各组，组6与组5之间差异不显著，在整个时间序列中，组6失水速率高于组5；组3与组4之间差异不显著，与组1和组2之间差异均显著，组3的失水速率在6～82 h时间段内大于组4的失水速率，从84 h后小于组4，但二者之间差距极小（不足0.01%），组4与组2之间差异不显著，与组1之间差异显著，组4的失水速率在4～24 h时段低于组2，但从26 h以后逐渐高于组2并逐渐稳定地保持有一定的差距，总体上看，随阔叶比例的增加，混合物的失水速率有增大的趋势；组1和组2的失水速率处于最低水平，二者之间差异不显著，组2的失水速率在观测前期高于组1，从44 h以后开始逐渐低于组1，且与组1的失水速率之间保持较为稳定的差距。

表3 失水速率组间方差分析结果

3 结论与讨论

本研究结果表明，随着混合可燃物中辽东栎阔叶比例的增加，混合物的持水率、失水率、失水速率均有增加的趋势。当阔叶比例达到80%以上时，混合物的持水率、失水率、失水速率均显著增加，虽然不能显著提高混合可燃物平衡含水率，但是能显著延长持水率下降所用的时间，使混合物的时滞时间有所增加，较大程度上降低了凋落物潜在的火灾危险性；当阔叶比例增加到40%和60%时，混合物的持水率、失水率、失水速率均有所增加，失水率和失水速率随着风干过程呈现相同的变化趋势，即在风干前中期，阔叶比例为40%的混合物的失水率和失水速率均高于阔叶比例60%的混合物，总体上并没有表现出绝对的增加趋势，能够在一定程度上降低凋落物潜在的火灾危险性；当阔叶混合比例较低为20%时，与全针叶可燃物相比，非但没有使持水率有所提高，反而有所下降，其失水率、失水速率也只是在风干前期高过全针叶的凋落物，随后出现下降并与之保持一定幅度的差距，并不能有效地改变潜在的火灾危险。

本试验结果表明，在针阔混交林的经营和改造过程中，就其凋落物的组成比例而言，可能存在某种临界点，当阔叶比例超过此临界点后，可燃物的地表火潜在危险性会显著降低，可以有效提高群落的火稳定性，而低于此临界点时，则会加重其火灾的潜在危险性。

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Comparative Study on Dehydrating Characteristics in Litter Leaves Fuel ofPinus tabuliformisCarrière andQuercus wutaishanseaMary with Different Proportions

LI Dongchang，BAI Jinhua，NANHongwei
（College ofForestry，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The paper set six processing,the proportion ofbroadleaves′s biomass oftotal biomass in different groups were 0%（group 1）,20%（group 2）,40%（group 3）,60%（group 4）,80%（group 5）,100%（group 6）.Based on the indoor drying test,the water loss characteristics of mixed leaf litter of Pinus tabuliformis Carrière and Quercus wutaishansea Mary were studied.The result showed that with the improvement of broadleaf proportion in mixture,each group 24 hours′s water-holdup showed an increasing trend.In the drying process,the water-losing rate ofeach group showed an upward trend with the increase oftime,the water-losing speed increased first and then decreased with the increase of time,with the increase of the proportion of broadleaf,the water-losing rate and wate-losing speed increased overall among groups.When groups reached with the same moisture content,with the higher proportion of broadleaf,the time taken for them remarkable growth,there was time lag phenomenon,until achieving a steady state,gap between groups of equilibrium moisture content was not big,but it still showed the trend of increasing with the increase of the proportion of broadleaf.Comprehensive comparison,with the increase ofmixture proportion ofbroadleaf,its potential fire hazard is in a downward trend.

mixed fuel;water-losingrate;wate-losingspeed

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.31

S718.5

：A

：1002-2481（2017）05-0795-04

2016-12-19

国家自然科学基金项目（31470630）；山西农业大学引进人才博士科研启动费项目（2013YJ17）

李东昌（1991-），男，山西静乐人，在读硕士，研究方向：林火管理。白晋华为通信作者。