藤本植物抗火性研究

祝必琴，钟安建，宁金魁，李 遵★

（1.江西省森林资源保护中心，江西 南昌 330008；2.九江市濂溪区林业局，江西九江 332008；3.江西农业大学·园林与艺术学院，江西 南昌 330045）

不同树种抗火性强弱主要是树种本身的理化性状差别、燃烧性差别和植物生物学生态学及外部环境差别所致。有关森林可燃物的燃烧性美国研究较早[1]，澳大利亚也从几千种植物筛选出76种抗火性较强的本地植物[2]，并对本地树种和引进树种进行抗火性对比研究，给出园林树种优化配置和名录[3]。国内诸多学者在树种抗火性方面进行了研究[4-11]，而且方法日趋完善[12-17]。早期不同树种的燃烧性主要集中于树种含水率指标[18-22]，后来扩大到燃点、灰分、抽提物等理化性状指标[23-27]。树种的抗火性除本身器官的燃烧性外，受生物学和生态学特性的影响也很大。纵观国内外植物抗火性的研究，主要集中在乔木和灌木，藤本植物较少。藤本植物用在城市绿化美化较多，作为抗火植物研究较少，本研究旨在通过5种藤本植物理化性状的测定和燃烧试验，选出抗火性强的藤本植物作为防火隔离带的活性材料，起到阻火作用。

1 研究材料和方法

1.1 研究材料

在南昌北郊选择5种藤本植物作试验材料，分别是 薜 荔（Ficus pumila）、络 石（Trachelospermum jasminoides）、云南黄馨（Jasminum mesnyi）、中华常春藤（Hedera nepalensis var.sinensis）和湖北羊蹄甲（Bauhinia hupehana）。

1.2 样品采集

选择春、秋、冬3个季节的晴天，采摘每种藤本植物（叶和茎混合）500 g，3次重复。电子天平带到室外，样品采下后及时称鲜重（W1），用塑料袋封好贴上标签，带回室内晾开，将晾好的样品置于烘箱烘至绝干，计算出物理参数。拿出一半绝干样品做燃烧试验，一半用粉碎机粉碎，过60目筛，做化学成分分析。

1.3 研究方法

1.3.1 含水率测定

采用105℃烘干恒重法。样品置入105℃烘箱内，烘24 h后取出称干重（W2），含水率计算公式：

1.3.2 粗灰分的测定

采用干灰化法[28]。粗灰分计算公式：

A1：粗灰分重(g)，W：烘干试样重(g)

1.3.3 粗脂肪含量的测定采用索氏残余法[28]。粗脂肪含量计算公式：

W：脱脂前烘干试样重(g)，W1：脱脂后烘干试样重(g)

1.3.4 粗纤维含量的测定

采用纤维测定仪测定粗纤维[28]。常用的酸碱消煮法消煮样品，并进行重量测定来得到试样的粗纤维含量。粗纤维含量计算公式：

A2：粗纤维重(g)，W：烘干试样重(g)

1.3.5 木质素含量的测定

木质素采用硫酸水解法测定[29]。木质素含量计算公式：

A3：木质素重(g)，W：烘干试样重(g)

1.3.6 燃烧试验

取相同重量绝干的样品，放置自制燃烧床上，点燃后用秒表计时，实测火焰高度和燃烧时间。用火焰高度来估算火烧强度，计算公式如下[29]：

I：火烧强度(kcal·s-1·m-1)，h：火焰高度(m)

2 研究结果与分析

2.1 5种藤本植物的理化性状分析

2.1.1 含水率对比

不同植物种类含水率不同，植物抗火性强弱含水率大小是主要影响因子之一。含水率高的植物不易燃，抗火性强；含水率低的植物易燃，抗火性弱。植物种类不同、季节不同，含水率差异很大。根据5种藤本植物不同季节的含水率测定分析，结果如图1所示，3个季节5种藤本植物的含水率都在50%以上，均以冬季最低，春季最高，秋季次之。抗火性最好的当属中华常春藤，3个季节含水率均最高，秋季含水率达68.7%，春季达81.5%；而湖北羊蹄甲、络石秋季含水率则分别只有52.2%和52.5%。

图1 5种藤本植物3个季节含水率比较Fig.1 The moisture content of 5 vines in three seasons

不同季节藤本植物之间的含水率差异极显著，不同藤本植物之间的含水率差异显著，见表1。

表1 不同藤本植物不同季节的含水率方差分析Tab.1 The variance analysis of moisture content in different vines and seasons

2.1.2 粗灰分含量对比

燃烧剩下的物质是灰分，由钠、钾、钙、镁、磷、硅等主要元素组成的无机物。灰分含量是衡量抗火性强弱的指标之一。灰分含量越高的植物抗火性越强，灰分含量越低的植物抗火性越弱。5种藤本植物不同季节的灰分含量见图2，5种藤本植物粗灰分含量介于4%～14%之间，薜荔、络石粗灰分含量远高于其它3种藤本植物，均超过或接近10%，薜荔粗灰分含量秋季高达12.79%，云南黄馨粗灰分含量很低，3季的平均含量只有5%左右，中华常春藤、湖北羊蹄甲3季的含量在6%～10%之间。季节间相比，湖北羊蹄甲、薜荔、络石粗灰分含量均以秋季最高，春季较低，中华常春藤粗灰分含量最高在春季，云南黄馨3个季节粗灰分含量变化不大，冬季略高于其它两季。

图2 不同藤本植物不同季节粗灰分含量比较Fig.2 The crude ash content in different vines and seasons

表2显示，植物间的粗灰分含量差异极显著，不同季节之间的粗灰分含量差异不显著。

表2 不同季节不同藤本植物的粗灰分含量方差分析Tab.2 The variance analysis of crude ash content in different seasons and vines

2.1.3 粗脂肪含量对比

植物的粗脂肪含量虽比例不大，但对燃烧性起的作用非常大。脂肪含量低的植物，不易燃，抗火性强；脂肪含量高的植物，易燃，抗火性差。不同季节5种藤本植物粗脂肪含量见图3，秋季的湖北羊蹄甲、冬季的络石、春季的云南黄馨粗脂肪含量最高，分别为4.87%、4.81%、4.75%，易燃，抗火性差；秋季的中华常春藤、冬季的云南黄馨和春季的薜荔粗脂肪含量最低，分别是2.33%、2.6%和2.15%，不易燃，抗火性强。

图3 不同季节不同藤本植物粗脂肪含量比较Fig.3 The crude fat content in different seasons and vines

从表3可知，不同季节不同藤本植物的粗脂肪含量差异不显著。

表3 不同季节不同藤本植物的粗脂肪含量方差分析Tab.3 The variance analysis of crude fat content in different seasons and vines

2.1.4 木质素含量对比

木质素含量多少对燃烧性没多大影响，本身不易燃烧，但燃烧时却能释放出大量的热量，提高着火温度，影响火的蔓延，不同阶段抗火作用不一样。

不同藤本植物秋、冬、春3个季节的木质素含量如图4所示，春季湖北羊蹄甲木质素含量高达42.88%，秋季中华常春藤木质素含量仅为26.90%。木质素含量的排序春季是：湖北羊蹄甲＞云南黄馨＞薜荔＞络石＞中华常春藤；秋季是：湖北羊蹄甲＞云南黄馨＞络石＞薜荔＞中华常春藤；冬季是：中华常春藤＞湖北羊蹄甲＞薜荔＞络石＞云南黄馨。季节之间对比，春季湖北羊蹄甲、络石、薜荔、云南黄馨木质素含量均最高，冬季较低；而冬季中华常春藤木质素含量最高，秋季木质素含量最低。

图4 不同季节不同藤本植物木质素含量比较Fig.4 The lignin content in different seasons and vines

不同季节不同藤本植物的木质素含量差异不显著，见表4。

表4 不同季节不同藤本植物的木质素含量方差分析Tab.4 The variance analysis of lignin content in different seasons and vines

2.1.5 粗纤维含量对比

纤维素是可燃物的主要成分之一，纤维素多的植物易燃。图5显示，络石的粗纤维含量在3个季节均最高，春季高达39.41%；而3个季节粗纤维含量最低的是中华常春藤，在20%左右。粗纤维含量春季的排序是：络石＞薜荔＞云南黄馨＞湖北羊蹄甲＞中华常春藤；秋季的排序是：络石＞云南黄馨＞薜荔＞湖北羊蹄甲＞中华常春藤；冬季的排序是：络石＞薜荔＞云南黄馨＞湖北羊蹄甲＞中华常春藤。其中，春季的络石、薜荔粗纤维含量最高，秋季云南黄馨粗纤维含量最高，中华常春藤和湖北羊蹄甲的粗纤维含量随季节变化不大。

图5 不同季节不同藤本植物粗纤维含量比较Fig.5 The crude fiber content in different seasons and vines

从表5可知，5种藤本植物之间的粗纤维含量差异极显著，3个季节之间的粗纤维含量差异不显著。

表5 不同季节不同藤本植物的粗纤维含量方差分析Tab.5 The variance analysis of crude fiber content in different seasons and vines

2.2 5种藤本植物的燃烧试验分析

2.2.1 燃烧时间对比

植物种类不同、季节不同，其燃烧时间差异很大。春、秋、冬3个季节5种藤本植物的燃烧时间如图6所示，不同藤本植物不同季节的燃烧时间有一定的规律性。5种藤本植物基本上是春季燃烧时间最短，秋季最长；薜荔的燃烧时间冬季略低于春季；云南黄馨、络石的燃烧时间秋季远高于其它3种藤本植物，均在70 s以上；云南黄馨冬季燃烧时间最长，薜荔春季燃烧时间最长，不同季节燃烧时间最低是中华常春藤，其春季燃烧时间不到30 s。

图6 不同季节不同藤本植物的燃烧时间比较Fig.6 The burning time content in different seasons and vines

2.2.2 火烧强度对比

火烧强度是火行为的重要指标之一。燃烧时火烧强度大，很难正面直接观测，一般都采用公式计算。本文采用简便计算公式：I=273h2.17（I为火烧强度，h为火焰高度）。在燃烧中火焰高度很容易观测到，火焰高度愈高，火烧强度就愈大。

由图7可知，3个季节5种藤本植物的火烧强度差异较明显，并呈现秋季＜冬季＜春季的规律，中华常春藤冬季的火烧强度略高于春季。不同藤本植物冬春季火烧强度高于秋季，均在200 kcal·s-1·m-1以上，中华常春藤高达443.05 kcal·s-1·m-1，高于其它4种藤本植物；不同藤本植物春季火烧强度均在300 kcal·s-1·m-1以上，中华常春藤和薜荔超过了400 kcal·s-1·m-1。

图7 不同季节不同藤本植物火烧强度比较Fig.7 The fire intensity content in different seasons and vines

2.3 5种藤本植物的抗火性综合评价

应用灰色关联分析法，选择5种藤本植物的理化指标：含水率、粗灰分、粗脂肪、木质素、粗纤维、燃烧时间、火烧强度7个指标为评价因子，进行综合评价。把植物的抗火性指标值构成5个序列比较，再采用效果测度变换对原始数据进行无量纲化处理。变换后抗火性指标值均在0～1之间，最佳抗火性指标值均为1。取各抗火性能指标的最佳值为理想对象，得出参考数列：X0=｛1,1,1,1,1,1,1｝。根据参考数列及效果测度变换后的抗火性指标值，利用公式计算关联系数和关联度，结果如表6～9。

从表6可知，秋季5种藤本植物抗火性从强到弱的排序是中华常春藤＞薜荔＞湖北羊蹄甲＞云南黄馨＞络石。

表6 秋季5种藤本植物抗火性的关联系数和关联度Tab.6 The grey correlation coefficient and correlation degree of fire resistance of 5 vines in autumn

从表7可知，冬季5种藤本植物抗火性从强到弱的排序是中华常春藤＞薜荔＞云南黄馨＞络石＞湖北羊蹄甲。

表7 冬季5种藤本植物抗火性的关联系数和关联度Tab.7 The grey correlation coefficient and correlation degree of fire resistance of 5 vines in winter

从表8可知，春季5种藤本植物抗火性从强到弱的排序是中华常春藤＞薜荔＞络石＞湖北羊蹄甲＞云南黄馨。

表8 春季5种藤本植物抗火性的关联系数和关联度Tab.8 The grey correlation coefficient and correlation degree of fire resistance of 5 vines in spring

从表9可知，中华常春藤的抗火性关联度在秋、冬、春三季均最高，分别为0.7822、0.7804、0.7242，属于5种藤本植物中抗火性最强的。这是由于中华常春藤含水率较高，纤维素等可燃物质含量偏小，而灰分等不可燃物质含量又较大。薜荔在秋、冬、春三季的抗火性关联度排序是第二，属于抗火性次强的藤本植物，而其他三种藤本植物抗火性则相对较弱。5种藤本植物抗火性综合排序为：中华常春藤＞薜荔＞湖北羊蹄甲＞络石＞云南黄馨。

表9 5种藤本植物抗火性关联度三个季节综合排序Tab.9 The comprehensive grey correlation degree of fire resistance of 5 vines in three seasons

3 结论与讨论

国内研究植物抗火性的多选择木本和灌木，藤本植物研究较少。藤本植物不仅可以在城市绿化美化中发挥作用，也可以在城市森林防火隔离带建设中发挥重大作用。本次选作抗火性研究材料的5种藤本植物来自南昌市北郊，代表性强，几乎全省各地都有。在春、秋、冬3个火灾多发的季节采样进行理化性状试验、燃烧试验，根据试验数据用灰色关联分析法进行评价，得出3个季节抗火性最强的藤本植物为中华常春藤。

森林防火利用植物之间理化性状的差异、燃烧时间的差异，确定最强的防火树种是可行的。一个树种能否抗火不但由树种的理化性状差异、燃烧时间差异所决定，还与生物学和生态环境有关。本试验由于工作量大，仅选择有代表性的5种藤本植物，将来研究可扩展若干种藤本植物，加上生物学特性和生态环境因素的吸纳，使研究结果更加完善。目前的研究结果表明，中华常春藤可在城市防火中大力推广，公园边界、住宅小区、工业区、商业区、学校附近都可以种植中华常春藤作为防火隔离带。