4种主要林型可燃物载量及其燃烧性研究

云丽丽，王睿照，刘晗琪，王 微，颜景红

(1.辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032; 2.辽宁省经济林研究所，辽宁 大连 116031；3.国有阜新蒙古族自治县周家店林场，辽宁 阜新 123100；4.阜新市林业发展服务中心，辽宁 阜新 123000)

森林可燃物是森林燃烧的物质基础，是林火行为的主体和林火发生的首要条件[1]。不同林型可燃物载量及其燃烧性决定了林火行为的特征。量化不同林型可燃物的易燃性，定量分析森林可燃物载量及其燃烧特性，对提高林火预测预报的准确性具有重要意义。国内外学者对于可燃物载量、燃烧性及其火行为的研究较多。早在20世纪50年代，美国学者Byram对森林可燃物的理化性质开展研究[2]。60年代，Olson研究得出植物的自身特性对细小可燃物载量具有决定性影响[3]。70年代，Rothermel等建立了可燃物载量的动态模型，为估算可燃物载量奠定了理论基础[4]。20世纪80年代起，杨语田、邸雪颖、胡海清相继开展了森林可燃物及其燃烧性的研究[5-7]，为我国林火研究和森林可燃物管理奠定了理论基础。

阜新地区位于辽宁省西部，土壤瘠薄，气候干燥，植被单一，油松及其混交林为该地区主要林型，且极易发生森林火灾。本文针对该地区4种典型易燃林型凋落物载量及燃烧性进行研究，能够为该地区可燃物管理、林火预测预报和制定灭火预案提供理论指导。

1 研究区自然概况

试验样地设在阜新县扎兰营子镇周家店林场，位于阜新市东北部，地理坐标121°02′～122°59′E，41°50′～42°39′N，属于中温带亚湿润半干旱大陆性季风气候，春季多风少雨，年均气温8.0 ℃，年均降水量500 mm左右，经常出现周期性干旱。主要树种有油松、刺槐、荆条、山杏等。

2 研究方法

2.1 样品采集

选择油松纯林、油松落叶松林、油松栎林、油松荆条林4种林型。每种林型各选5块样地，每块样地内均匀设置5个可燃物承接盘，每个承接盘面积为1 m2，盛接盘底部距地面0.5 m。2016年3月1日至11月15日，每隔2周进行一次可燃物收集，记录林内温度、湿度、降雨等相关气象因子。利用天平测量其鲜重并记录，带回实验室测定含水率。

2.2 可燃物载量与含水率的计算

将样品放入105 ℃烘箱内烘干24 h至绝干，电子天平称干重，利用公式含水率=(鲜重-干重)/干重×100%[8]，测定其载量和含水率。

2.3 可燃物燃烧性的测定

在室内将备好的凋落物样品分别粉碎并磨成粉末状，利用亚硝酸钠法测定其燃点；燃烧热值利用日本产CA-3型自动燃烧式量热计测定；灰分率采用高温燃烧法测定，灰分率=灰分重/样品重×100%；有机浸出残余法测定其粗脂肪抽提物率，脂肪抽提物率=抽提物平均重/样品重×100%；室内点燃法测定其燃烧蔓延速度，蔓延速度=蔓延距离/时间×100%。根据每个指标测定结果按照高、中、低3级加权赋值，高赋3，中赋2，低赋1，将每种林型累计综合得分排序，确定每个林型可燃物燃烧性大小[6-10]。

2.4 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 18软件进行数据统计分析和处理。

3 结果与分析

3.1 可燃物载量动态分布规律

从图1可以看出，油松纯林载量高峰期出现在4月16-30日，载量为16.55 g·m-2，4月1-15日载量达到10.14 g·m-2；油松落叶松林第一次载量最大48.70 g·m-2，出现在10月16-30日，该时间为落叶松落叶高峰期，第二次载量最大为44.71 g·m-2，出现在4月16-30日，时间与油松纯林一致；油松栎林两次载量最高集中在10月，载量分别为67.51 g·m-2、58.79 g·m-2，是该地区栎树落叶高峰期；油松荆条林第一次载量最大出现在4月16-30日，为14.59 g·m-2，时间与油松纯林一致，第二次出现在11月1-15日，为7.58 g·m-2。4种林型载量最小值出现在3月1-15日，分别为0.55、3.56、0.71、0.45 g·m-2。得出4种林型载量最大值在4月1-30日和10月16至11月15日，最小在3月1-15日，这与该地区油松林在4月枝叶自然更新量最大，阔叶林在10月中下旬进入落叶高峰期有关。

图1 4种林型可燃物载量动态变化

3.2 可燃物含水率动态分布规律

4种林型可燃物含水率变化如图2所示。油松纯林可燃物含水率最小值为7.36%，出现在5月1-30日，含水率小于10%出现在4月1日至5月30日；油松落叶松林可燃物含水率最小值为7.09%，出现在5月16-30日，其次为9.65%和9.29%，分别出现在3月16-30日、4月1-15日；油松栎林可燃物含水率最小值为2.24%，出现在5月16-30日；含水率小于10%分别出现在3月16至4月15日、7月1-15日、8月1-15日，第一阶段阔叶树尚未展叶，加之林内空气干燥，故出现含水率较低现象，第二和第三阶段含水率较低的原因可能是样地为阳坡，林内树种分布不均匀，出现林窗，林内湿度过低，温度过高，风速增加；油松荆条混交林可燃物含水率最小值为8.13%，出现在5月16-30日，其次为8.37%，出现在4月1-15日。4种林型可燃物含水率较低，集中出现在3月中下旬至5月，该时间段应重点防范林火的发生，春季森林防火任务非常严峻。

图2 4种林型可燃物含水率动态变化

3.3 可燃物载量与含水率的动态关系

可燃物载量大小与含水率的多少是决定森林火灾发生难易程度的重要指标。4种林型可燃物总载量排序为油松落叶松林>油松栎林>油松纯林>油松荆条林(表1)；油松属针叶常绿乔木，落叶松为松科落叶乔木，栎树为阔叶落叶乔木，荆条为灌木。油松荆条林，油松密度变小，是可燃物载量最小的原因。4种林型可燃物平均含水率为油松荆条林>油松落叶松林>油松纯林>油松栎林。油松荆条林可燃物载量最低，含水率最高，该林型除去人为因素，林火发生率最低；油松落叶松林、油松栎林可燃物载量积累较高，含水率较低，造成林火发生可能性较高。除油松纯林以外，其余3种林型在4月16-30日可燃物日载量最大，5月16-30日含水率最低，为该地区林火发生高危期。

表1 4种林型防火期(3-11月)可燃物载量与含水率的关系

由表2得出，油松纯林春季可燃物平均载量大于秋季，春季平均含水率小于秋季，该林型春季林火发生率高于秋季；油松落叶松林春秋两季可燃物平均载量差异较小，春季平均含水率较低；油松栎林春季可燃物平均载量和含水率都远低于秋季；油松荆条林春秋两季可燃物平均载量均最低，平均含水率最高，最不易燃。4种林型可燃物含水率秋季均高于春季，应重点防范春季林火发生。

表2 4种林型春秋两季可燃物载量与含水率的关系

3.4 不同林型可燃物的燃烧性

如表3所示，4种林型的地被可燃物燃点变化范围在236～247 ℃，按其燃点的高低划分为3个等级。油松荆条林<240 ℃，油松纯林和油松栎林240～245 ℃，油松落叶松林>245 ℃；可燃物的燃烧热是衡量可燃物燃烧时释放能量的大小，燃烧热愈大则燃烧起来后的危险性愈大，其变化范围在17.402～18.916 kJ·g-1，油松落叶松林<18 kJ·g-1，油松栎林、油松纯林和油松荆条林>18.5 kJ·g-1；灰分值变化范围在8.59%～16.99%，油松纯林和油松荆条林<10%，油松栎林10%～15%，油松落叶松林>15%。脂肪抽提物率在2.78%～4.74%，油松落叶松林和油松栎林<3%，油松荆条林3%～4%，油松纯林>4%；蔓延速度0.45～0.95 m·min-1，油松荆条林<0.5 m·min-1，油松落叶松林0.5～0.7 m·min-1，油松纯林和油松栎林>0.7 m·min-1。

表3 地被可燃物燃烧性测定结果

平均载量变化范围3.06～18.95 g·m-2，油松纯林和油松荆条林<10 g·m-2，油松栎林10～15 g·m-2，油松落叶松林>15 g·m-2；平均含水率为18.79%～35.17%，油松栎林<20%，油松纯林和油松落叶松林20%～30%，油松荆条林>30%。对4种林型按照表4进行加权赋值得到表5，得分最少的林型林火发生率最高，结果为油松落叶松林>油松荆条林>油松栎林>油松纯林。

表4 地被可燃物燃烧特征分级

表5 可燃物燃烧性赋值比较

4 结论与讨论

对阜新地区4种典型易燃林凋落物载量开展动态监测，载量依次为油松落叶松林>油松栎林>油松纯林>油松荆条林，该监测结果符合林木生长规律，即乔木林可燃物载量大于灌木林，落叶乔木可燃物载量大于常绿乔木，松科落叶乔木可燃物载量大于阔叶乔木栎林。载量最大值出现在4月和10月中下旬至11月中上旬，最小值出现3月中上旬，该结论与阜新地区油松林4月自然更新量最大，阔叶林在10月中下旬逐渐进入落叶高峰期相关，今后将结合森林生态学进一步深入研究。

4种林型可燃物平均含水率依次为油松荆条林>油松落叶松林>油松纯林>油松栎林，结合可燃物载量大小，得出油松荆条林除去人为因素，其易燃性最弱。4种林型可燃物含水率低于10%主要出现在春季3月中下旬至5月。这与当地春季高温少雨、多大风的气候相关。结合可燃物载量大小，得出4月16日至5月15日为该地区林火发生高危期，当地森林防火部门应重点设防。

通过对4种林型可燃物燃烧性的分析，得出其燃烧性能依次为油松纯林>油松栎林>油松荆条林>油松落叶松林，油松纯林的易燃性高于其混交林，是该地区林火发生高危林型。本项研究与云丽丽等、周志权等、王月等[8-12]比较，可燃物燃烧性特征增加了动态平均载量和平均含水率因子参与赋分，其结论一致。