5种林型地表细小可燃物组成对平衡含水率和时滞的影响1)

韩岳宏 王月 高国平

(沈阳农业大学，沈阳，110866)

细小可燃物是森林地表可燃物的重要组成部分，也是容易着火并快速燃烧的物质，因此，研究森林地表细小可燃物的种类组成及其含水率等，对于森林火灾的预测以及地表可燃物的管理有着十分重要的意义。

有关专家对细小可燃物方面进行了大量研究，肖功武等[1]调查研究了次生林火烧后细小可燃物数量分布格局；盛淮清等[2]利用计算机模拟了火灾中细小可燃物的含水量，王得祥等[3]分析了细小可燃物含水率与气象因子之间的关系，细小可燃物含水率和降水、空气湿度以及自身基础含水率有关；金森等[4]对樟子松落叶和水曲柳枝叶失水过程的含水率进行了研究，并建立了含水率时间动态方程；李世友等[5]研究分析了影响云南松林凋落物上层细小可燃物含水率的因子，用多元回归方法建立了云南松林细小可燃物含水率预测模型；高国平等[6]对油松、蒙古栎林下细小可燃物的失水过程进行了研究，发现平衡含水率与时滞随温度的升高而降低。

关于可燃物平衡含水率和时滞方面，金森等[7]在测得风速和温湿度后，对可燃物时滞和平衡含水率进行了预测；Cordeiro et al.[8]认为气温和湿度是影响可燃物平衡含水率和时滞的主要因素；胡海清等[9]在不同温湿度条件，对细小可燃物平衡含水率和时滞的影响进行了研究。除此之外，可燃物的结构、载量等因素也影响平衡含水率和时滞[10]。可燃物的种类组成和径级对平衡含水率及时滞的影响，国内外的研究都比较少。

本文在恒定温湿度的条件下，通过对不同林型地表细小可燃物含水率的测定，估测不同林型细小可燃物的平衡含水率和时滞，分析不同林型地表细小可燃物的种类组成和径级比例，对可燃物平衡含水率和时滞的影响，为预测不同林型地表细小可燃物的含水率提供参考。

1 研究区概况

以沈阳国家森林公园为研究区，最高海拔368.03 m，地貌处于辽东山丘向西延伸区域的构造剥蚀丘陵区，区域内山系呈东北西南走向，属于温带季风气候，四季分明。降水集中在夏季，温差较大，年平均气温8.0 ℃，年均降水量750 mm，全年无霜期155～180 d。区域内森林资源丰富，森林面积900 hm2，森林覆盖率为95%。主要林型有栎树(Quercuslinn)林、落叶松(Larixgmelinii(Rupr.) Kuzen.)林、花曲柳(FraxinusrhynchophyllaHance)林、油松(PinustabuliformisCarrière)林等，有1 000余种乔、灌、草植物，200余种野生动物。

2 研究方法

于2017年4月下旬，在研究区内选择落叶松林、花曲柳林、栎树林、榆树林和桦树林等5个常见重要林型，对其地表可燃物凋落物层进行调查采样，采用随机抽样的方法，每个林型设置3～5块样方，每个样方的面积为1 m×1 m，对每个林型内几块样方的可燃物进行混合，并取1 kg凋落物带回实验室备用。

取样品200 g进行可燃物的分类，然后用游标卡尺测定每个林型可燃物样品的径级(枯枝测其直径，叶片测其厚度)，可燃物的径级划分为7个级别(d<0.2 cm、0.2 cm≤d<0.4 cm、0.4 cm≤d<0.6 cm、0.6 cm≤d<0.8 cm、0.8 cm≤d<1.0 cm、1.0 cm≤d<1.5 cm、d≥1.5 cm)。选出各林型径级小于0.6cm的可燃物作为实验材料，称量不同种类、不同径级可燃物的质量，计算其所占比例。将各林型可燃物分别放入烘箱中，在80 ℃条件下连续烘干24 h以上，直至质量不再变化，记录样品的干质量。

平衡含水率和时滞的测定。将烘干后的样品浸泡于水中，持续24 h至饱和，去除样品表面水分，记录每个样品的浸水饱和的质量。将样品放入塑料筐内并记录塑料筐质量，然后分别放入培养箱内，将温度设置为20 ℃，湿度设置为30%，每隔2 h称量一次质量并记录，直到前后两次称量结果计算出的含水率的差值小于1%，停止实验，此时可燃物的含水率基本达到了平衡含水率[11]。可燃物的含水率的计算公式如下：

每个林型的样品要进行3组重复并按上述步骤进行实验。将实验数据进行汇总整理，计算地表可燃物不同时间的含水率，得出不同林型地表可燃物的平衡含水率，采用回归分析法拟合含水率动态曲线方程[4]。

Mt=Me+(M0+Me)e-kt。

式中：Mt表示可燃物在时间t时的含水率，Me表示平衡含水率，M0表示初始含水率，t表示时间，k表示比例系数。

根据方程参数计算可燃物的时滞(t=1/k)，然后分析可燃物的种类组成和径级分布对其平衡含水率和时滞的影响。

3 结果与分析

3.1 不同林型可燃物含水率的变化

由图1、表1可知，5种林型的可燃物含水率在失水过程中的变化趋势大致相同。在可燃物失水的过程中，可燃物的含水率前期下降快、幅度大；随着时间的增加，可燃物的含水率下降速度减慢，幅度变小，曲线逐渐趋于平稳，直至含水率不再发生变化。不同林型可燃物含水率的变化速率由大到小的顺序为：花曲柳林、栎树林、榆树林、落叶松林、桦树林。

表1不同林型地表细小可燃物(在恒温、恒湿条件下)含水率的动态方程

林 型综合含水率方程决定系数(R2)落叶松林Mc=30.64+219.73×exp(-0.0133t)0.991花曲柳林Mc=11.69+208.34×exp(-0.0261t)0.994栎树林Mc=13.14+135.98×exp(-0.0181t)0.994榆树林Mc=15.12+249.30×exp(-0.0172t)0.968桦树林Mc=28.14+275.19×exp(-0.0120t)0.976

3.2 不同林型可燃物的平衡含水率

表2可知， 5个林型的地表细小可燃物平衡含水率由大到小的顺序为：桦树林(23.75%)、落叶松林(22.07%)榆树林(14.53%)、栎树林(13.62%)、花曲柳林(10.80%)。

表2 不同林型地表细小可燃物的平衡含水率

由表3可知，桦树林、落叶松林细小可燃物的平衡含水率比较大，在2种林型的可燃物中，树叶或松针组成比例相对要小于其他林型，由于松针比较细小，吸水能力较强，使平衡含水率比较高；2个林型树枝比例明显高于其他林型，说明可燃物中树枝所占比例与平衡含水率成正比。榆树林、栎树林和花曲柳林细小可燃物的平衡含水率比较小，3个林型的可燃物中，树叶所占比例比较大，可能是由于花曲柳和栎树的树叶面积比较大，失水速度块，榆树的树叶吸水性差，导致3个林型的平衡含水率较低。

桦树林、落叶松林细小可燃物的平衡含水率比较大，2个林型0.2 cm≤d<0.4 cm径级以内的可燃物所占比例明显大于其他林型，在该径级内，主要的可燃物是树枝，由于径级较小树枝吸水能力比较强，所以它们的平衡含水率较大。榆树林、栎树林、花曲柳林地表细小可燃物的平衡含水率比较小，榆树林和花曲柳林0.2 cm径级以下的可燃物比例较大，2个林型的可燃物在该径级内主要是树叶，由于花曲柳的树叶面积比较大，失水速度快，而榆树的树叶吸水性差，导致2个个林型的平衡含水率较低；栎树林0.4 cm≤d<0.6 cm径级内的可燃物比例大于其他林型，而栎树林可燃物的含水率较小，说明该径级内可燃物的比例对平衡含水率影响较小。

图1 不同林型地表细小可燃物含水率(在恒温、恒湿条件下)的变化曲线

林 型径级/cm可燃物的种类组成比例/%树枝树叶树皮杂草松针球果朽木块合计落叶松林d<0.216.65 4.06 1.44 37.88 60.04 0.2≤d<0.420.69 8.66 29.36 0.4≤d<0.63.56 1.68 5.24 d≥0.63.85 1.51 5.36花曲柳林d<0.25.68 41.11 0.20 0.26 47.24 0.2≤d<0.412.64 12.64 0.4≤d<0.67.75 7.75 d≥0.632.37 32.37 栎树林d<0.22.44 26.86 0.08 29.38 0.2≤d<0.49.13 0.47 9.60 0.4≤d<0.612.95 4.94 17.89 d≥0.642.52 0.25 0.32 0.04 43.13 榆树林d<0.29.09 51.27 0.42 2.60 63.38 0.2≤d<0.412.17 0.89 0.47 13.53 0.4≤d<0.63.59 3.59 d≥0.619.49 19.49 桦树林d<0.24.05 21.92 1.65 0.42 28.04 0.2≤d<0.413.21 0.11 13.32 0.4≤d<0.65.63 0.03 5.66 d≥0.653.00 53.00

3.3 不同林型可燃物的时滞

由表4可知， 5个林型地表细小可燃物的时滞平均值由大到小的顺序为：桦木林(82.86 h)、落叶松林(74.38 h)、榆树林(58.06 h)、栎树林(55.32 h)、花曲柳林(37.84 h)。

桦树林、落叶松林细小可燃物的时滞比较大，在两种林型的可燃物中，树枝所占比例是比较高的，由于树枝的表面积要小于树叶，杂草等，使它的水分散失速度较慢，所以这两个林型的时滞会比较大。另外，落叶松林的松针吸水能力较强，导致可燃物的失水速度过慢，使可燃物的时滞较大。榆树林、栎树林、花曲柳林的时滞比较小，其中，榆树林的树叶所占比例最大，由于榆树树叶的吸水性较差，使可燃物的失水速度较快，时滞较短；花曲柳林的树叶所占比例较高，可能是花曲柳的叶片面积较大，失水速度过快，导致该林型可燃物的时滞最小。

桦树林、落叶松林细小可燃物的时滞比较大，这两个林型的0.2 cm≤d<0.4 cm径级以下的可燃物占比最大，在这个径级内，桦树林的可燃物主要是树枝，落叶松林是树枝和树皮，由于树枝和树皮相较于树叶的表面积小，吸水能力强，失水速度慢，所以这两个林型细小可燃物的时滞最大。榆树林、栎树林、花曲柳林的时滞比较小，花曲柳林和榆树林的可燃物在0.2 cm径级以下的占比较大，其他径级内的可燃物占比较小，可能小径级可燃物失水速度较快，所以花曲柳林和榆树林可燃物的时滞比较小。栎树林0.4 cm≤d<0.6 cm径级内的可燃物比例较大，而栎树林可燃物的时滞较小，说明该径级内可燃物的比例对时滞影响较小。

表4 不同林型地表细小可燃物的时滞及相关系数

4 结论

对沈阳国家森林公园内5个林型的地表细小可燃物的种类、径级、平衡含水率和时滞进行了测定和分析，得到了不同林型可燃物的失水速度由快到慢依次为：花曲柳林、栎树林、榆树林、落叶松林、桦树林。

树枝的所占比例和平衡含水率成正比，树枝越多，平衡含水率越大，叶片面积的大小也会影响平衡含水率，叶片面积越大，平衡含水率越小。0.2 cm≤d<0.4 cm径级内的可燃物所占比例与平衡含水率成正比，0.4 cm≤d<0.6 cm径级内可燃物所占比例对平衡含水率影响较小。

树枝占比例与可燃物时滞成正比，可燃物中树枝的所占比例越小，时滞越短。树叶面积大小也会影响时滞，树叶面积越大，可燃物失水速度越快，时滞越短。0.2 cm≤d<0.4 cm径级以内的可燃物所占比例越大，时滞越短，0.2 cm径级以下的可燃物比例越大，时滞越短，0.4 cm≤d<0.6 cm径级内可燃物所占比例对时滞影响较小。