昆明森林可燃物燃燒機(jī)理研究

張運(yùn)生， 陳 鋒， 劉柯珍， 閆德民

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與自然保護(hù)研究所，北京100091；2.南京森林警察學(xué)院，江蘇 南京 210023；3.北京林業(yè)大學(xué)生態(tài)與自然保護(hù)學(xué)院，北京 100083)

森林火災(zāi)對(duì)森林、生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害，給人民的生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大損失[1]。隨著氣候變暖的加劇，全球森林火災(zāi)發(fā)生的頻率與強(qiáng)度亦隨之增加，森林火災(zāi)潛在危險(xiǎn)將長(zhǎng)期存在，嚴(yán)重程度也將大幅提高[2]。森林可燃物是森林火災(zāi)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含水率的大小是影響森林火災(zāi)發(fā)生的重要因素之一，且影響燃燒的難易程度，進(jìn)而影響林火行為[3-5]。

1 研究區(qū)概況

云南森林自然中心位于云南省中部昆明市東北郊，行政區(qū)劃屬盤龍區(qū)，南北長(zhǎng)約14.2 km，東西寬約13.8 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)102°43′～102°53′，北緯25°04′～25°11′，區(qū)域總面積1 872.0 hm2，屬亞熱帶西南季風(fēng)氣候，干濕季分明[6]，年平均氣溫11.2 ℃～13.8 ℃，氣溫最高月份為7月(月平均18.2 ℃)，最低月份為1月(月平均6.8 ℃)，年降水集中在5-10月，11月至次年4月為旱季，植被干燥，易發(fā)森林火災(zāi)。中心植被屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域的高原亞熱帶北部常綠闊葉林帶，林地以人工林為主，有林地面積1 671.6 hm2，灌木林地面積1.1 hm2，無(wú)立木林地面積29.6 hm2，宜林荒山75.0 hm2，其他用地106.5 hm2；活立木總蓄積101 380 m3；森林覆蓋率達(dá)89.33%。

2 樣品采集與處理

可燃物燃燒性研究樣品選自云南森林自然中心，選取9個(gè)喬木樹種和1個(gè)草本植物紫莖澤蘭為研究對(duì)象，之所以選擇紫莖澤蘭作為研究對(duì)象，是因?yàn)樽锨o澤蘭已成為全球性的入侵物種，是多年生草本植物，其繁殖力強(qiáng)，經(jīng)常在防火線、生土帶和火燒跡地上入侵，已在云南等省廣泛分布并產(chǎn)生危害[6，7]。紫莖澤蘭莖與喬木樹枝類似，本研究將其枯莖與9個(gè)喬木樹種的枯枝一并研究，為了方便，后面將紫莖澤蘭枯莖統(tǒng)稱為枯枝。

樣品中的枯葉和枯枝采集于純林林下，鮮枝和鮮葉采集于活樹，樣品均用密封袋封裝。把各樹種部分枯葉、枯枝、鮮葉和鮮枝稱重，然后進(jìn)行首次烘干，設(shè)置烘干箱溫度為80 ℃，烘干 48 h 后稱質(zhì)量并記錄；接著再次烘干，比較兩次烘干后的質(zhì)量，若質(zhì)量無(wú)差異，則為絕干，然后計(jì)算絕對(duì)含水率和相對(duì)含水率。

3 結(jié)果與分析

3.1 可燃物含水率的概念

可燃物含水率分為相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率，相對(duì)含水率被定義為可燃物水含量鮮重減去干重與可燃物鮮重的比值，也就是可燃物水含量占整個(gè)可燃物體鮮重的百分比，絕對(duì)含水率為可燃物水含量鮮重減去干重與可燃物干重的比值，也就是可燃物水含量占整個(gè)可燃物干重的百分比[8]，含水率是綱量，沒(méi)有單位。相對(duì)含水率計(jì)算公式如公式(1)，絕對(duì)含水率計(jì)算公式如公式(2)。

(1)

(2)

式中：RMC(Relative moisture content)為相對(duì)含水率；AMC(Absolute moisture content)為絕對(duì)含水率；FW(Fresh weight)為鮮重；DW(Dry weight)為干重。

鮮重即包含了水分質(zhì)量的植被體總重，干重是烘干水分后的植被體總重，單位均為g。把植物鮮重在80 ℃下烘干24 h以上直到恒重，就得到植物的干重。

3.2 可燃物含水率分析

選取研究區(qū)10個(gè)植物的鮮葉、鮮枝、枯葉、枯枝，通過(guò)測(cè)定鮮重和烘干測(cè)定干重，分別計(jì)算10個(gè)植物的鮮葉、鮮枝、枯葉、枯枝的相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率，使用Origin Lab公司開發(fā)的Origin 8.1軟件進(jìn)行繪圖分析，各樹種鮮葉、鮮枝、枯葉和枯枝相對(duì)含水率如圖1所示，各樹種鮮葉、鮮枝、枯葉和枯枝絕對(duì)含水率如圖2所示。

圖1 各樹種鮮葉、鮮枝、枯葉和枯枝相對(duì)含水率

圖2 各樹種鮮葉、鮮枝、枯葉和枯枝絕對(duì)含水率

由圖1和圖2可以看出，桉樹鮮葉相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率最高，圓柏鮮葉相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率最低。鮮葉含水率由大到小依次為：桉樹(相對(duì)含水率68.34%，絕對(duì)含水率215.87%)>榿木(相對(duì)含水率66.09%，絕對(duì)含水率194.86%)>華山松(相對(duì)含水率63.20%，絕對(duì)含水率171.74%)>燈臺(tái)樹(相對(duì)含水率60.20%，絕對(duì)含水率151.26%)>沖天柏(相對(duì)含水率59.32%，絕對(duì)含水率145.82%)>銀荊(相對(duì)含水率59.30%，絕對(duì)含水率145.70%)>云南松(相對(duì)含水率57.20%，絕對(duì)含水率133.64%)>紫莖澤蘭(相對(duì)含水率54.09%，絕對(duì)含水率117.80%)>藏柏(相對(duì)含水率51.69%，絕對(duì)含水率106.99%)>圓柏(相對(duì)含水率33.92%，絕對(duì)含水率51.33%)。

燈臺(tái)樹的鮮枝相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率最高，圓柏鮮枝相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率最低。鮮枝含水率由大到小依次為：燈臺(tái)樹(相對(duì)含水率58.01%，絕對(duì)含水率138.11%)>榿木(相對(duì)含水率55.58%，絕對(duì)含水率125.11%)>華山松(相對(duì)含水率52.88%，絕對(duì)含水率112.24%)>藏柏(相對(duì)含水率50.40%，絕對(duì)含水率101.58%)>紫莖澤蘭(相對(duì)含水率50.39%，絕對(duì)含水率101.57%)>云南松(相對(duì)含水率49.76%，絕對(duì)含水率99.04%)>桉樹(相對(duì)含水率48.67%，絕對(duì)含水率94.81%)>銀荊(相對(duì)含水率47.54%，絕對(duì)含水率90.63%)>沖天柏(相對(duì)含水率30.09%，絕對(duì)含水率44.72%)>圓柏(相對(duì)含水率16.00%，絕對(duì)含水率19.05%)。

桉樹的枯葉相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率最高，草本植物紫莖澤蘭的枯葉相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率最低?？萑~含水率由大到小依次為：桉樹(相對(duì)含水率27.93%，絕對(duì)含水率38.76%)>銀荊(相對(duì)含水率20.30%，絕對(duì)含水率25.47%)>華山松(相對(duì)含水率19.20%，絕對(duì)含水率23.76%)>榿木(相對(duì)含水率18.20%，絕對(duì)含水率22.25%)>燈臺(tái)樹(相對(duì)含水率15.60%，絕對(duì)含水率18.48%)>沖天柏(相對(duì)含水率13.92%，絕對(duì)含水率16.17%)>云南松(相對(duì)含水率12.30%，絕對(duì)含水率14.03%)>藏柏(相對(duì)含水率12.20%，絕對(duì)含水率13.90%)>圓柏(相對(duì)含水率7.23%，絕對(duì)含水率7.79%)>紫莖澤蘭(相對(duì)含水率6.90%，絕對(duì)含水率7.41%)。

華山松的枯枝相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率最高，圓柏的枯枝相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率最低?？葜视纱蟮叫∫来螢椋喝A山松(相對(duì)含水率18.20%，絕對(duì)含水率22.25%)>桉樹(相對(duì)含水率15.63%，絕對(duì)含水率18.53%)>榿木(相對(duì)含水率14.79%，絕對(duì)含水率17.35%)>燈臺(tái)樹(相對(duì)含水率13.07%，絕對(duì)含水率15.03%)>云南松(相對(duì)含水率9.97%，絕對(duì)含水率11.07%)>紫莖澤蘭(相對(duì)含水率9.50%，絕對(duì)含水率10.50%)>銀荊(相對(duì)含水率7.33%，絕對(duì)含水率7.91%)>沖天柏(相對(duì)含水率5.90%，絕對(duì)含水率6.27%)>藏柏(相對(duì)含水率5.04%，絕對(duì)含水率5.30%)>圓柏(相對(duì)含水率4.84%，絕對(duì)含水率5.09%)。

4 結(jié)論與討論

通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，桉樹、沖天柏、燈臺(tái)樹、華山松、榿木、銀荊、圓柏、云南松、藏柏9個(gè)樹種鮮葉、鮮枝、枯葉、枯枝相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率逐漸降低，而草本植物紫莖澤蘭不同狀態(tài)下的相對(duì)含水率和絕對(duì)含水率則為鮮葉>鮮枝>枯枝>枯葉。

圓柏、藏柏、紫莖澤蘭鮮葉含水率較低，圓柏、沖天柏鮮枝含水率較低，發(fā)生火災(zāi)后易引發(fā)樹冠火且蔓延較快。

當(dāng)然，以上分析只是對(duì)植物的含水率進(jìn)行了分析，引起可燃物燃燒性的因素還包括油脂含量、碳含量等指標(biāo)，由于測(cè)量指標(biāo)受限，本次分析也不能完全分析可燃物的燃燒屬性，僅僅是對(duì)含水率的分析。