3种针叶树地表凋落物燃烧蔓延速度比较1)

高国平 云丽丽 张瑶琦 杨雨田 祁金玉

(沈阳农业大学，沈阳，110866) (辽宁省林业科学研究院) (辽宁省沈阳市浑南区林业局) (沈阳农业大学)

森林地表火的形成一般都是由地表凋落物的燃烧开始，因而研究地表凋落物燃烧蔓延速度对森林地表火及时决策和扑救有重要参考价值[1-3]，对森林防火工作有着重要的理论和实践意义。目前国内、外对森林地表凋落物燃烧蔓延速度方面研究较少，大多侧重研究不同森林类型燃烧蔓延速度的模型[4]。为了摸索辽宁地区针叶树地表凋落物燃烧蔓延速度，本文选择了3种辽宁省主要针叶树种进行了室外燃烧试验，以探索地表凋落物的燃烧蔓延速度特征，旨在为辽宁地区森林防火工作提供参考。

1 试验材料和方法

1.1 实验材料和仪器

于2016年4月在抚顺地区清原县大边沟林场分别采集樟子松(PinussylvestrisL. var.mongolicaLitv.)、油松(PinustabulaeformisCarr.)和日本落叶松(Larixkaempferi(Lamb.) Carr.)地表凋落物(凋落物主要由针叶、树皮和小枝组成)各150 kg，带回实验室，制成不同含水率的样品备用。

自制铁质燃烧槽床(厚度2 mm的铁板，制成内长200 cm、内宽50 cm、内高20 cm)、AJH-5D型手持式风向风速仪、钢卷尺、温湿度计、DY-2002型滴油式点火器、电子秒表、记录笔、记录纸等。

1.2 不同温度燃烧蔓延速度测定

试验采用可控温、湿度的实验室内进行，试验时间选择在2017年5月进行。试验选择无风状态下进行，空气湿度在40%左右，温差选择5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃梯度。将含水率10%的凋落物以5 cm的厚度均匀平铺在燃烧槽床内，尽量保持自然疏松状态，然后从一端利用点火器进行点火，点火后，记录火焰从一端燃烧蔓延到另一端所需的时间。每种针叶树每个温度梯度重复3次试验，计算燃烧蔓延速度。蔓延速度=所铺设可燃物长度/燃烧时间[5-7]。然后分析温度对燃烧蔓延速度的影响。

1.3 不同含水率燃烧蔓延速度测定

试验选择无风、空气湿度40%、空气温度15 ℃的条件下，将事先准备好的含水率分别为10%、15%、20%、25%、30%的样品，分别以5 cm的厚度均匀放入在平铺地面的燃烧槽床内，尽量保持自然疏松状态。然后从一端利用点火器进行点火，记录燃烧从一端蔓延到另一端所需的时间，计算燃烧蔓延速度。每种可燃物重复3次试验，计算燃烧蔓延速度，分析不同含水率梯度对凋落物蔓延速度的影响。

1.4 上、下坡燃烧蔓延速度测定

试验选择无风、空气湿度40%、空气温度15 ℃的条件，将事先准备好的含水率10%的地表凋落物样品，以5 cm的厚度均匀平铺在燃烧槽床内，尽量保持与野外林下自然疏松状态。然后槽床一端支起，分别调整成0°、5°、15°、25°、35°、45°的坡度梯度，从低的一端利用点火器进行点火，测定上坡火燃烧蔓延速度[8-9]。测定下坡火燃烧，分别按45°、35°、25°、15°、5°、0°进行测定其蔓延速度，记录从高端到低端燃烧所需的时间。实验设3次重复，计算燃烧蔓延速度，分析不同坡度梯度对燃烧蔓延速度的影响。

2 结果与分析

2.1 气温对凋落物燃烧蔓延速度的影响

由表1可知，温度对3种针叶树的燃烧有一定影响，随着气温增高，3种地表凋落物燃烧蔓延速度均呈现增大的趋势。樟子松和油松的凋落物燃烧速度较快，从5 ℃至25 ℃条件下，燃烧速度变化分别为0.56～0.74、0.58～0.74 m/min，二者燃烧蔓延速度相似；在温度25 ℃时，樟子松和油松凋落物的燃烧蔓延速度与5 ℃比较，燃烧蔓延速度分别增长了33.33%和39.32%。日本落叶松凋落物表现燃烧蔓延速度最慢，从5 ℃至25 ℃条件下，燃烧速度变化为0.15～0.20 m/min；在温度25 ℃时，日本落叶松凋落物的燃烧蔓延速度与5 ℃比较，燃烧蔓延速度增加了33.33%。主要原因是落叶松地表凋落物中针叶所占比重较小(一般低于10%)，大多为剥落树皮、枯落枝，造成可燃物的燃点相对较高，燃烧蔓延速度较慢。

表1 不同气温对凋落物燃烧蔓延速度

2.2 凋落物含水率对燃烧蔓延速度影响

由表2可知，含水率变化对油松、樟子松及落叶松凋落物燃烧蔓延速度均有较大影响，总体均表现出随含水率增大，3种针叶树凋落物燃烧的火焰蔓延速度均表现出减小的趋势。在含水率达到30%时，樟子松、油松燃烧蔓延速度与含水率10%时比较，分别下降了33.93%、26.92%。日本落叶松与油松、樟子松凋落物燃烧蔓延速度差别明显，在含水率达到30%时，燃烧蔓延速度下降了53.33%。主要原因凋落物中针叶所占比例较小，小枝和树皮易吸收水分，导致不易燃烧。

2.3 上、下坡度对凋落物燃烧蔓延速度的影响

由表3、表4可知，在上坡火燃烧当中，随着坡度的增加，樟子松、油松和日本落叶松的凋落物均表现燃烧速度加快的趋势，而在下坡火燃烧当中，表现为坡度越大燃烧越慢。在上山火中，当坡度达到45°时，油松与樟子松凋落物燃烧的蔓延速度较无坡度的分别提高了100.0%、171.4%。而日本落叶松凋落物燃烧速度随着坡度增加，燃烧速度提高表现不明显，在45°坡度时仅提高了12.5%。而在下坡火中，3种针叶树凋落物燃烧蔓延速度与无坡度比较，下坡火总体减慢，坡度越大，燃烧越慢，在坡度为45°时，油松、樟子松和日本落叶松凋落物的燃烧蔓延速度与平坦无坡比较分别下降了59.32%、53.57%、68.75%，坡度对日本落叶松凋落物燃烧速度影响最大。

表2 不同含水率对凋落物燃烧蔓延速度

表3 3种针叶树凋落物不同坡度上坡火蔓延速度

表4 3种针叶树凋落物不同坡度下坡火蔓延速度

续(表4)

3 结论

气温对油松、樟子松、日本落叶松等3种针叶树的地表凋落物燃烧速度有一定的影响，在不同气温条件下燃烧蔓延速度随着气温升高而逐渐增高，其中油松和樟子松凋落物的燃烧速度较快，燃烧蔓延速度油松凋落物较高，日本落叶松凋落物燃烧蔓延速度最慢。

含水率对油松、樟子松及落叶松凋落物燃烧蔓延速度均有较大影响，总体均表现出随着含水率的逐渐增大，3种针叶树的凋落物火焰蔓延速度均表现出逐渐减小的趋势。在含水率达到30%时，樟子松、油松凋落物燃烧蔓延速度分别下降了33.93%、26.92%，而日本落叶松燃烧蔓延速度下降了53.33%。

3种针叶树凋落物在上坡火燃烧当中，随着坡度的增大，樟子松、油松和日本落叶松凋落物均表现燃烧蔓延速度加快的趋势。在下坡火中，随着坡度增加燃烧速度逐渐减慢趋势，在坡度45°与无坡度比较，油松、樟子松和日本落叶松凋落物的燃烧蔓延速度分别降低了59.32%、53.57%、68.75%，坡度对日本落叶松影响最大。

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