彭徐劍 胡海清

(南京森林警察學(xué)院，南京，210023) (東北林業(yè)大學(xué))

降解劑對森林地被可燃物熱值的影響1)

彭徐劍 胡海清

(南京森林警察學(xué)院，南京，210023) (東北林業(yè)大學(xué))

應(yīng)用微生物學(xué)和森林防火學(xué)的原理、技術(shù)和方法，選用深綠木霉和比來青霉配制成的112532降解劑的50倍液、100倍液、400倍液進行室外噴灑，并以同劑量的無機鹽溶液、水及441菌劑為對照，通過對大興安嶺地區(qū)三種主要林型(落葉松-白樺混交林、白樺林、落葉松林)的森林可燃物降解劑的噴灑，對其熱值變化動態(tài)進行評價。結(jié)果顯示：與未噴灑區(qū)相比，100倍液的112532菌劑能使落葉松-白樺混交林地被可燃物熱值損失速率提高8.38倍，能使落葉松林地被可燃物熱值損失速率提高2.44倍；400倍液的112532菌劑能使白樺林熱值損失速率提高3.03倍。

降解劑；森林地被可燃物；熱值

We set up method of microbe-fireproofing fit for Daxing’an Mountain by microbiology and forest fire science with 112532 degradation liquid (make up withTrichodermaatrovirideandTrichodermaatroviride) of three doses (50, 100 and 400 times). Compared with other correspond strains, we got the strains with best effect of degradation which is more suitable for doing field experiment. Several plots were set up for doing spray experiment with different types of strains liquid. By spraying forest fuel degradation liquid on three major forest types (Larixgmelini-Betulaplatyphylla,BetulaplatyphyllaandLarixgmelini) of Daxing’an mountains, we evaluated caloric value element decomposition dynamics. 112532 with 100 times doses of degradation liquid can lower the caloric value inLarixgmelini-Betulaplatyphyllaby 8.38 times and 2.44 times inLarixgmelini, and 3.03 times inBetulaplatyphyllawith 400 times doses of degradation liquid.

Keywords Degradation liquid; Forest floor; Caloric value

森林地被可燃物的分解是一個緩慢的過程，其分解速率不僅受到生物因素(如地被物和土壤中微生物群落)和非生物因素(如氣候)的制約，同時還受到地被物自身化學(xué)組成的影響[1-6]。如歐洲赤松(Pinussylvestis)林地被可燃物A0分解周期大致為：F層0.5 a，F(xiàn)1層2 a，F(xiàn)2層7.5 a，也就是說，歐洲赤松林地被可燃物完全轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)(H層)大約需要10 a[7]。在我國大興安嶺林區(qū)，地被可燃物分解緩慢，林地上枯枝落葉層較厚，這是該地區(qū)成為我國林火發(fā)生率最高的根本原因[8]。有效可燃物載量大，其林火強度高，釋放的熱值也大，發(fā)生森林特大火災(zāi)的幾率也高。為此，國內(nèi)外學(xué)者對此進行了深入的研究。本文通過對大興安嶺林區(qū)三種主要可燃物類型地被物分解過程中熱值的動態(tài)變化測定，研究降解劑對三種主要可燃物類型地被物的降解效果，為森林地被可燃物的清除提供一種新的方法和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

塔河林業(yè)局位于大興安嶺伊勒呼里山北麓，黑龍江南岸，地理坐標(biāo)為東經(jīng)123°20′～12 5°05′，北緯52°07′～53°20′。全局總防護林面積為960 068 hm2，其中林業(yè)用地面積為8 670 hm2，有林地面積777 237 hm2，活立木總蓄積5 232萬m3，森林覆被率為82.6%。日氣溫變化除受緯度、天氣影響外，也受地形的影響，地面受太陽輻射不均勻，熱量收支不平衡，氣溫日較差值大。日較差最大值可達(dá)31.2 ℃，冬夏季節(jié)氣溫日變化較穩(wěn)定，一般在20 ℃左右。降水集中在夏季，春秋次之，冬季最少。年降水量316.5～714.8 mm。大風(fēng)天氣主要集中在春季，以4—5月份最多，夏、秋、冬較少。最大風(fēng)速可達(dá)6～7級，持續(xù)時間1～3 d。主要樹種為白樺(Betulaplatyphylla)和落葉松(Larixgmelini)。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置及樣地情況

于2010年7月中旬，樣地選定林齡為20～30年生的白樺林、落葉松林及白樺-落葉松混交林的地塊進行研究，樣地大小為50 m×50 m，每個林型做3個標(biāo)準(zhǔn)地。在每個50 m×50 m的標(biāo)準(zhǔn)地中，隨機設(shè)置12個1 m×1 m的小樣方，作為地被可燃物噴灑樣地，對每個小樣方內(nèi)的雜物進行清理，以便噴灑降解劑。

表1 樣地信息

2.2 降解劑的制備

將冷藏的深綠木霉(Trichodermaatroviride)、比來青霉(Penicillinbilaiae)和產(chǎn)黃青霉(Penicillinchrysogenum)孢子粉分別配制成定量的孢子懸浮液，將懸浮液孢子濃度統(tǒng)一稀釋到108/mL。每10 L孢子懸浮液中按一定比例加入增效劑：吐溫80、錳過氧化酶、木素過氧化物酶、氯化鉀、硝酸銨、硫酸鎂、硫酸鈉、磷酸酯、半胱氨酸(氧化型)、谷胱甘肽、維生素B1、維生素B2、維生素B6。將深綠木霉、比來青霉和產(chǎn)黃青霉分別表示為112、532和441。

2.3 降解劑噴灑及采樣

為突出目標(biāo)降解劑112532菌劑的噴灑效果，特選擇沒有降解效果的菌劑441菌劑、無機鹽菌劑和水作為對比。本實驗分3種不同林型，4種不同劑型(無機鹽溶液、水、112532菌劑、441菌劑)，3種劑量(50倍液、100倍液、400倍液)噴灑到事先設(shè)定好的小樣方中。以1 mL孢子濃度為108的懸浮液為一單位體積懸浮液，三種菌劑分別簡寫為50倍液、100倍液、400倍液。

后期采樣于噴灑后0、7、15、30 d分別采集噴灑區(qū)和未噴灑區(qū)樣品，在每個小樣方采取樣品3份(均為離地表0～2 cm的地被可燃物)，帶回實驗室風(fēng)干。將風(fēng)干后的樣品在80 ℃下烘至恒質(zhì)量，磨粉處理后過6號篩貯存?zhèn)溆?，室?nèi)進行熱值測定，測量儀器采用XRY-1C型微機氧彈熱量計。

3 結(jié)果與分析

無機鹽-H、水-H、112532-H、441-H分別代表無機鹽、水、112532菌劑、441菌劑分別混交林樣地與其對應(yīng)的噴灑區(qū)；

無機鹽-B、水-B、112532-B、441-B分別代表無機鹽、水、112532菌劑、441菌劑分別白樺林樣地與其對應(yīng)的噴灑區(qū)；

無機鹽-L、水-L、112532-L、441-L分別代表無機鹽、水、112532菌劑、441菌劑分別落葉松林樣地與其對應(yīng)的噴灑區(qū)。

3.1 各菌劑對樣地不同森林類型地被可燃物熱值的影響

3.1.1 各菌劑對混交林地被可燃物熱值的影響

各菌劑對混交林地被可燃物熱值隨降解時間的變化趨勢(見表2)。由表2可知，混交林對照樣地，地被可燃物熱值在30 d內(nèi)減少849 J，平均每天減少28 J；

噴灑無機鹽50倍液、100倍液、400倍液，第30 d地被可燃物熱值分別減少701、1 198、1 166 J，熱值的降低速度分別為23、40、39 J/d；

噴灑50倍液、100倍液、400倍液的水，第30 d地被可燃物熱值分別減少775、985、1 166 J，熱值的降低速度分別為26、33、39 J/d；

噴灑112532菌劑50倍液、100倍液、400倍液，第30 d地被可燃物熱值分別減少3 316、3 711、3 290 J，熱值的降低速度分別為111、124、110 J/d；

在混交林噴灑區(qū)，441菌劑噴灑50倍液、100倍液、400倍液，第30 d地被可燃物熱值分別減少1 095、1 176、1 309 J，熱值的降低速度分別為37、39、44 J/d。

比較分析每種劑型由于劑量而導(dǎo)致的差異，除112532菌劑外，其余菌劑都呈現(xiàn)劑量越大，降解效果越好的趨勢。112532菌劑噴灑的第15 d后地被可燃物熱值下降速度開始加快，說明地被可燃物進入快速分解期。112532菌劑的降解效果明顯比自然狀態(tài)下及其它菌劑高很多。100倍液下，地被可燃物熱值的下降速度是自然狀態(tài)下的4.43倍；分別是噴灑無機鹽溶液、水、441菌劑的3.10、3.76、3.18倍。相比之下，效果非常明顯。

表2 不同劑型對混交林地被可燃物熱值的影響

3.1.2 各菌劑對白樺林地被可燃物熱值的影響

各菌劑對白樺林地被可燃物熱值隨降解時間的變化效果(見表3)。由表3可知，白樺林對照樣地，地被可燃物熱值在30 d內(nèi)減少1 046 J，平均每天減少35 J；

噴灑無機鹽50倍液、100倍液、400倍液，第30 d地被可燃物熱值分別減少1 544、1 947、2 065 J，熱值的降低速度分別為51、65、69 J/d；

噴灑50倍液、100倍液、400倍液的水，第30 d地被可燃物熱值分別減少1 702、1 759、2 109 J，熱值的降低速度分別為57、59、70 J/d；

噴灑112532菌劑50倍液、100倍液、400倍液，第30 d地被可燃物熱值分別減少3 443、4 124、4 259 J，熱值的降低速度分別為115、137、141 J/d；

噴灑441菌劑50倍液、100倍液、400倍液，第30 d地被可燃物熱值分別減少2 301、2 449、2 745 J，熱值的降低速度分別為77、82、92 J/d。

比較分析每種劑型由于劑量而導(dǎo)致的差異，都呈現(xiàn)劑量越大，降解效果越好的趨勢。噴灑112532菌劑的第7 d到15 d后地被可燃物熱值下降速度最快，說明該時期是地被可燃物的快速分解期。112532菌劑的降解效果明顯比自然狀態(tài)下及其它菌劑高很多，400倍液下，熱值的下降速度比自然狀態(tài)下高106 J/d，是它的4.03倍；分別是無機鹽溶液、水、441菌劑的2.04、2.01、1.53倍。相比之下，效果非常明顯。

表3 不同劑型對白樺林地被可燃物熱值的影響

3.1.3 各菌劑對落葉松林地被可燃物熱值的影響

各菌劑對落葉松林地被可燃物熱值隨降解時間的變化效果(見表4)。在自然狀態(tài)下，落葉松對照樣地，地被可燃物熱值在30 d內(nèi)減少529 J，平均每天減少18 J。

表4顯示，噴灑無機鹽50倍液、100倍液、400倍液，第30 d地被可燃物熱值分別減少772、922、1 097 J，熱值的降低速度分別為25、31、37 J/d；

噴灑50倍液、100倍液、400倍液的水，第30 d地被可燃物熱值分別減少784、977、1 031 J，熱值的降低速度分別為26、33、34 J/d；

噴灑112532菌劑50倍液、100倍液、400倍液，第30 d地被可燃物熱值分別減少1 332、1 873、1 796 J，熱值的降低速度分別為44、62、60 J/d；

噴灑441菌劑50倍液、100倍液、400倍液，第30 d地被可燃物熱值分別減少770、936、1 086 J，熱值的降低速度分別為26、31、36 J/d。

比較分析每種劑型由于劑量而導(dǎo)致的差異，都呈現(xiàn)劑量越大，降解效果越好的趨勢，但100倍液和400倍液間差異不明顯。噴灑112532菌劑的第7 d后熱值下降速度開始加快，直至最后。112532菌劑的降解效果明顯比自然狀態(tài)下及其它菌劑高很多，400倍液下，熱值的下降速度比自然狀態(tài)下高42 J/d，是它的3.33倍；分別是無機鹽溶液、水、441菌劑的1.62、1.76、1.67倍。相比之下，效果顯著。

表4 不同劑型對落葉松林地被可燃物熱值的影響

3.2 菌劑對地被可燃物熱值綜合評價

112532菌劑對三種林型地被可燃物野外降解效率評價(見表5)。在降解的30 d內(nèi)，與未噴灑區(qū)相比，50倍液的112532菌劑能使落葉松-白樺混交林地被可燃物熱值損失速率提高3.43倍，100倍液使之提高8.38倍，400倍液提高2.93倍；50倍液的112532菌劑能使白樺林地被可燃物熱值損失速率提高2.29倍，100倍液使之提高2.91倍，400倍液提高3.03倍；50倍液的112532菌劑能使落葉松林地被可燃物熱值損失速率提高1.44倍，100倍液使之提高2.44倍，400倍液提高2.33倍。

4 結(jié)論與討論

本研究通過實驗分析得出，400倍液的112532降解劑對3種林型地被可燃物熱值影響最大，但100倍液的菌劑與之相差不大，基于綜合評價原則，在實際應(yīng)用中，建議用100倍液的菌劑進行噴灑。

表5 112532菌劑對三種林型地被可燃物野外降解效率評價

森林地被可燃物是森林生態(tài)系統(tǒng)向環(huán)境歸還物質(zhì)的主體，也是歸還的主要方式。森林地被可燃物的分解是森林生態(tài)系統(tǒng)中有機物降解(從有機物變成無機物)的主要過程，也是森林生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境進行物質(zhì)、能量和信息交換的重要環(huán)節(jié)，森林地被可燃物可以反映它所在的森林生態(tài)系統(tǒng)與其環(huán)境之間相互作用的強度。森林地被可燃物的分解過程中熱值的動態(tài)變化，可以反映森林地被可燃物有機物降解速度和能量釋放速度。森林地被可燃物的積累、分解與消失是一個持續(xù)不斷的過程。在頂級群落的森林中，地被可燃物的積累基本上是恒定的，土壤中地被物的加入量和分解消失量處于動態(tài)平衡的狀態(tài)。當(dāng)?shù)蚵湮锏募尤胨俣纫欢〞r，分解速度越快，地面地被物的積累量越?。环纸馑俣仍铰?，地被物的積累量越大[9-11]。因此，研究影響森林地被可燃物降解速率的因子，迫在眉睫。

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Influence of Degradation Liquid on Caloric Value of Forest Floor/

Peng Xujian(Forest Fire Department of Nan Jing Forest Police College, Nanjing 210023, P. R. China); Hu Haiqing(Northeast Forestry University)//

Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(7).-56～59

彭徐劍，男，1983年5月生，南京森林警察學(xué)院，講師。E-mail：pxjwxfx@163.com。

胡海清，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，教授。E-mail：huhq_ef@nefu.edu.cn。

2013年9月21日。

S713

1) 公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201004003)。

責(zé)任編輯：王廣建。