王秋華，肖慧娟，劉文國，楊 偉，馮 愛，李世友，任金鑫

(1.西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院、云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南 昆明，650224； 3.國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院，云南 昆明 650216)

昆明西山森林公園主要林型地表可燃物的潛在燃燒性

王秋華1，肖慧娟2，劉文國3，楊 偉1，馮 愛1，李世友1，任金鑫1

(1.西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院、云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南 昆明，650224； 3.國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院，云南 昆明 650216)

通過外業(yè)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室測定，以單位面積熱量為關(guān)鍵指標(biāo)，研究了昆明西山國家森林公園的華山松、云南油杉、地盤松、麻櫟和旱冬瓜5個(gè)主要林型地表可燃物的潛在燃燒性。結(jié)果表明，地表可燃物潛在燃燒性最強(qiáng)的是華山松，其次為地盤松，最弱的是旱冬瓜，云南油杉和麻櫟的潛在燃燒性很接近。5種林型地表可燃物的潛在燃燒性從強(qiáng)到弱依次為華山松、地盤松、云南油杉、麻櫟和旱冬瓜。

載量；單位面積熱量；潛在燃燒性；地表可燃物；西山國家森林公園

可燃物是森林燃燒的物質(zhì)條件，是林火行為的主體[1-3]。地表可燃物是地表火發(fā)生、擴(kuò)展的主要物質(zhì)條件，具有復(fù)雜性、多樣性和動(dòng)態(tài)變化的特征[4]。森林的燃燒性取決于森林可燃物的種類和數(shù)量，并與森林植被的特點(diǎn)及環(huán)境因子密切相關(guān)[5]。森林燃燒性研究集中于林型和樹種，如北京八達(dá)嶺林場森林燃燒性[6-7]，阿爾泰山8個(gè)主要林型的燃燒性[8]，黑龍江帽兒山地區(qū)主要樹種燃燒性[9]，天山中部林區(qū)主要樹種的燃燒性[10]，湘西南石漠化地區(qū)4種植被恢復(fù)模式早期林分燃燒性[11]，楊梅等6種常見經(jīng)濟(jì)樹種的燃燒特性[12]，江西省造林樹種燃燒性研究[13]等，以及24種主要地中海式森林可燃物的燃燒性評估[14]，美國西部干旱地區(qū)森林的燃燒性[15]，美國內(nèi)華達(dá)山脈森林的燃燒性[16]等。

本文以昆明近郊受人為干擾較少的西山國家森林公園為研究對象，通過外業(yè)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室分析，測定了5種主要林型地表可燃物的載量、熱值和灰分含量，以單位面積熱量為關(guān)鍵指標(biāo)來表征地表可燃物的潛在燃燒性，并按照大小進(jìn)行排序。旨在揭示公園內(nèi)主要林型地表火發(fā)生的難易程度，可能的火行為差異等，從而為國家森林公園的火管理提供有力的依據(jù)。

1 研究地概況

昆明西山國家森林公園地處102°37′—102°38′ E、24°57′—24°59′ N，海拔1890～2366 m，面積約16 km2，山勢陡峭，山下至山上相對高差約460 m。山體中下部年均溫14.7 ℃，最熱月均溫19.8 ℃，最冷月均溫7.7 ℃，年平均氣溫在10～22 ℃之間，年較差12.1 ℃[17]。全年干濕季節(jié)分明，降水量1094.1 mm，每年5—10月為雨季(降水量占全年的88%)，11月—翌年4月為干季(降水量占全年的12% )，其中2—4月降水最少，年均相對濕度74%[18]。土壤類型復(fù)雜多樣，垂直分異明顯，主要有沼澤土、水稻土和紅棕壤、棕壤(玄武巖地區(qū))及紅色石灰土(石灰?guī)r地區(qū))。該公園除羅漢崖外，均為繁茂的原始次生林，隨海拔高度變化森林垂直帶譜也十分明顯，山體下部是以櫟類為主的亞熱帶常綠闊葉林，山體上部以地盤松、華山松為主的針葉林。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

于2012年3月11日、18日、29日及2013年4月21日、23日(云南省防火緊要期間為3—4月，這時(shí)森林火險(xiǎn)等級最高，最具有代表性)，連旱天數(shù)(連續(xù)不下雨的天數(shù)，影響到細(xì)小可燃物的含水率和地下水位，還影響到粗大可燃物的含水率)分別為7 d、14 d、25 d、8 d、10 d，從山腳至山頂選擇森林植被連續(xù)分布且具有代表性的林地設(shè)置樣地。在華山松、地盤松、云南油杉、旱冬瓜和麻櫟5個(gè)林型內(nèi)，每個(gè)林型各設(shè)置3塊樣地(20 m×10 m)，共計(jì)15塊樣地。

在每個(gè)樣地內(nèi)測定樹高、密度、胸徑、郁閉度等林分因子，用明高海拔儀測海拔、坡度、坡向等地形要素。每個(gè)樣地沿對角線設(shè)置3塊1 m×1 m小樣方。每個(gè)小樣方內(nèi)沿著4個(gè)角垂直往下挖至土壤母質(zhì)，稱每個(gè)小樣方內(nèi)的所有地表可燃物(包括腐殖質(zhì)、分解物、草本和小灌木)。沿剖面取樣后用便攜式電子天平各稱鮮重150 g左右裝進(jìn)封口袋密封備用。

2.2 燃燒性指標(biāo)測定

2.2.1 含水率測定 把樣品放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在85 ℃下連續(xù)24 h烘至絕干，用電子天平稱絕干質(zhì)量，用公式計(jì)算出每個(gè)樣方內(nèi)不同種類可燃物絕干含水率(%)。絕干含水率=(鮮質(zhì)量-絕干質(zhì)量)/絕干質(zhì)量×100%。

2.2.2 載量計(jì)算 根據(jù)樣方內(nèi)可燃物的鮮重和含水率計(jì)算出可燃物的載量(kg·m-2)。可燃物載量=樣方內(nèi)可燃物絕干質(zhì)量/樣方面積。

2.2.3 熱值測定 用XRY-1C微機(jī)氧彈式熱量計(jì)，采用量熱法測定樣品的熱值(J·g-1)。計(jì)算公式為：Q=k[(T-T0)+△t]/G，式中：Q為預(yù)測可燃物的發(fā)熱量(J·g-1)；k為水當(dāng)量(J·℃-1)；T0為點(diǎn)燃前的溫度(℃)；T為點(diǎn)燃后的溫度(℃)；△t為溫度校正值(℃)；G為樣品質(zhì)量(g)。

2.2.4 灰分含量的測定 采用干灰化法，即樣品在箱式電阻爐(馬弗爐)550 ℃下灰化5 h 后測定其灰分所占的比例。每個(gè)試樣重復(fù)3次，取平均值。計(jì)算公式為：灰分含量=灰分質(zhì)量/烘干樣品質(zhì)量×100%。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 18.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用Excel 2007作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 主要林型的特征

經(jīng)外業(yè)調(diào)查和樣地設(shè)置，在西山國家森林公園東南坡，從山頂至山腳主要有華山松(PinusarmandiiFranch.)和云南油杉(KeteleeriaevelynianaMast.)，在西坡主要有地盤松(PiuusyunnanensisVar.Paamaea)、麻櫟(QuercusacutissimaCarr.)和旱冬瓜(AlnusnepalensisD.Don)。從林分密度、林齡、郁閉度、樹高和胸徑等，以及坡度、坡向等地形因子都具有代表性，具備西山國家森林公園5個(gè)主要林型的基本特征。地盤松的主干不明顯，緊貼地表，且非常茂密，無法進(jìn)入，在此忽略不計(jì)密度[19]。詳見表1。

表1 西山國家森林公園5種主要林型的特征

3.2 主要林型的燃燒性

3.2.1 含水率和載量 由表2可知，華山松地表可燃物含水率為11.78%～14.39%，平均(13.61±1.22)%；載量為(6.01±1.64) kg·m-2，在5種林型里最高。因?yàn)槿A山松樣地為中齡林，基本完成了自然整枝，近年沒有進(jìn)行人工撫育，林下凋落物多，再加上近年持續(xù)干旱，林下的灌木和雜草大量死亡，也增加了地表可燃物的量。

表2 主要林型可燃物的含水率、載量、灰分含量和熱值

云南油杉林地表可燃物含水率為13.72%～33.94%，平均(21.21±9.64)%；載量為(3.82±1.05) kg·m-2，達(dá)到了一個(gè)比較高的值。云南油杉林內(nèi)較潮濕，生長較緩慢，林下有少量灌木和大量紫莖澤蘭(植株死亡、干枯后，葉子掛在莖稈上，是地表火轉(zhuǎn)換成樹冠火的有效載體)。

旱冬瓜林地表可燃物含水率為10.19%～29.46%，平均(17.04±6.89)%；載量為(1.96±0.79) kg·m-2，在5種林型里最低。因?yàn)楹刀舷矞貨鰸駶櫟臍夂驐l件，要求年降水量800 mm 以上，相對濕度70% 以上[20]，干旱使林冠稀疏，林相較整齊，林分結(jié)構(gòu)簡單，多為單層林，葉片大而薄，極易分解，同時(shí)，林內(nèi)比較干凈，很少有灌木和草本。

麻櫟林地表可燃物含水率為8.16%～29.28%，平均(15.59±7.12)%；載量為(2.66±1.37) kg·m-2。麻櫟是落葉、喜光樹種，喜歡在光線充足，土壤深厚的山坡地上生長，不能在林冠下生長，純林多為中幼齡林或萌生矮林，單層林，林冠整齊，林下枯枝相對較少。

地盤松林地表可燃物含水率為3.69%～12.62%，平均(8.64±4.54)%；載量為(5.41±2.13) kg·m-2，在5種林型中居第二。這和地盤松的生長特性有關(guān)：無明顯主干，近地表呈盤狀，貼伏地面，林內(nèi)多枯死的枝條，屬耐旱植物，連片出現(xiàn)，林內(nèi)干燥。同時(shí)，大量的灌木與地盤松競爭，高度已經(jīng)超過地盤松。但干旱也使灌木部分死亡，增加了可燃物的量。

3.2.2 熱值及單位面積熱量 在燃燒的過程中，熱值影響著火溫度和火的蔓延過程，與火強(qiáng)度有關(guān)，熱值越大，火強(qiáng)度也越大[21-22]。在美國的很多火行為模型里都用熱值這個(gè)指標(biāo)，如BehavePluse火行為模型[23-24]?；曳质强扇嘉镏械牡V物質(zhì)，主要有鈉、鉀、鈣、鎂和硅等，各種礦物質(zhì)通過催化纖維素的反應(yīng)，增加木炭和減少焦油的形成，降低火強(qiáng)度，因此，灰分含量高的可燃物不容易燃燒[25]。干重?zé)嶂蹬c灰分含量具有極顯著的線性相關(guān)，灰分含量越高，干重?zé)嶂翟叫26]。在本文中，用單位面積熱量，即單位面積可燃物在絕干狀態(tài)完全燃燒所釋放出的所有熱量(熱值與載量的乘積)來比較不同林型地表可燃物在燃燒過程中可能釋放的熱量，并作為一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)來評價(jià)地表可燃物的潛在燃燒性，也就是在理想狀態(tài)下可能釋放出的所有能量，以此來評估火影響和火損失等。

由圖1可知，地表可燃物單位面積熱量最高的是華山松林，達(dá)到了130549 kJ·m-2，約為地盤松林117392 kJ·m-2的1.11倍，約為最低的旱冬瓜林34224 kJ·m-2的3.81倍；麻櫟林約為旱冬瓜林的1.65倍，而云南油杉林與麻櫟林很接近，約為麻櫟林的1.14倍。

華山松林地表可燃物的單位面積熱值最高，與林分特征、生長特性有關(guān)：華山松為常綠針葉樹種，較喜光，喜溫涼濕潤的氣候和深厚肥沃、濕潤排水良好的中、偏酸性土壤，由于近年連續(xù)干旱，華山松的葉子、小枝死亡較多，地表的灌木和草本也大量死亡，導(dǎo)致地表可燃物的載量大增，達(dá)到了(6.01±1.64) kg·m-2。燃燒性與地表可燃物的理化性質(zhì)有關(guān)，盡管灰分含量最高，為(6.78±1.52)%，但熱值達(dá)到了21722 kJ·kg-1，在5種林型里也最高。

云南油杉林地表可燃物單位面積熱量為64184 kJ·m-2，與麻櫟林差距不大，多了約12.17%；灰分含量為(6.33±1.26)%；熱值最低，為16802 kJ·kg-1。云南油杉的樹皮厚、含水率低，導(dǎo)熱性差，內(nèi)表面升溫速率低，樹皮對樹干活組織有很強(qiáng)的保護(hù)作用[27]。但云南油杉林地表可燃物單位面積熱量較高，原因可能為持續(xù)干旱下載量增加很快，特別是林下的紫莖澤蘭(0.28 kg·m-2)和灌木(0.07 kg·m-2)的死亡，增加了有效可燃物的量。

旱冬瓜林地表可燃物單位面積熱量最低，為34224 kJ·m-2，原因是旱冬瓜林的灰分含量較低，為(3.24～4.15)%，平均為(4.10±0.78)%；而熱值也較低，為17461 kJ·kg-1；同時(shí)，地表可燃物的載量也最低，為(1.96±0.79) kg·m-2。

麻櫟林地表可燃物單位面積熱量較低，為56373 kJ·m-2，約為旱冬瓜林的1.65倍，但只有華山松林的43.18%，地盤松林的48.02%，云南油杉林的87.83%。麻櫟是落葉闊葉林，3、4月份已經(jīng)萌發(fā)大量的新葉，但地表仍有不少的可燃物，載量為(0.75～3.86) kg·m-2，平均為(2.66±1.37) kg·m-2?；曳趾繛?4.54～7.04)%，平均為(5.92±1.28)%，熱值較高，達(dá)到了21193 kJ·kg-1。

圖1 5種主要林型單位面積熱量

地盤松林地表可燃物的單位面積熱值達(dá)到了117392 kJ·m-2，居第二。因?yàn)榈乇P松屬耐旱植物，連片出現(xiàn)，林內(nèi)干燥，密度極大，人幾乎無法進(jìn)入；主干不明顯，貼伏地面，基部生多干，呈叢生狀，葉易燃，常生長在干燥、瘠薄的陽坡，形成高山矮林或灌叢，林分易燃；地盤松多為“純林”，林內(nèi)枯死的枝條較多，載量達(dá)到了(5.41±2.13) kg·m-2，為5種林型中的第二。同時(shí)，灰分含量為(2.63～3.87)%，平均為(3.41±0.91)%，熱值較高，平均為21699 kJ·kg-1(表2)。

4 結(jié)論與討論

5種林型地表可燃物載量最高的是華山松林，達(dá)到(6.01±1.64) kg·m-2；最低是旱冬瓜林為(1.96±0.79) kg·m-2，相差3.07倍。這和各種林型的生長特性、林下植被有關(guān)，特別是地盤松林，呈盤狀，貼伏地面，且連片出現(xiàn)，林內(nèi)密度極大，可燃物豐富；而旱冬瓜林的葉片大而薄，極易分解，自身積累的可燃物不多。單位面積熱量最高的是華山松林，達(dá)到了130549 kJ·m-2；最低為旱冬瓜林，為34224 kJ·m-2，相差3.81倍；麻櫟林約為旱冬瓜林的1.65倍；云南油杉林約為麻櫟林的1.14倍。

單位面積熱量是可燃物著火后可能釋放的熱量，能夠評估火燒的損失和火燒對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響。運(yùn)用單位面積熱量對地表可燃物的潛在燃燒性進(jìn)行比較，潛在燃燒性最強(qiáng)的是華山松林，最弱的是旱冬瓜林，而云南油杉林和麻櫟林比較接近。因此，5種林型地表可燃物的潛在燃燒性從強(qiáng)到弱依次為華山松林、地盤松林、云南油杉林、麻櫟林和旱冬瓜林。研究結(jié)果能夠改進(jìn)西山國家森林公園的林火管理：結(jié)合潛在燃燒性進(jìn)行火險(xiǎn)區(qū)劃特別是重點(diǎn)火險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)域的劃分；防火期(防火緊要期)制定日常巡護(hù)、重點(diǎn)看守路線，專業(yè)撲火隊(duì)力量的部署實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)布防、快速出擊、控制火災(zāi)的發(fā)生等。

本文基于云南省特別是昆明地區(qū)持續(xù)4 a(2009—2013年)干旱的背景，連續(xù)2 a對西山國家森林公園5個(gè)主要林型地表可燃物的潛在燃燒性進(jìn)行研究。以后將繼續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，掌握森林可燃物潛在燃燒性的動(dòng)態(tài)變化特征，從而為西山森林公園的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評估和潛在的林火行為研究提供基礎(chǔ)理論。

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Study on Potential Combustibility of Ground Fuels in Kunming Xishan National Forest Park

WANG Qiuhua1，XIAO Hui-juan2，LIU Wen-guo3，YANG Wei1，F(xiàn)ENG Ai1，LI Shi-you1，REN Jin-xin1

(1.CollegeofCivilEngineering，SouthwestForestryUniversity，YunnanKeyLaboratoryofForestDisasterWarningandControl，Kunming650224，F(xiàn)ujian，China； 2.CollegeofForestry，SouthwestForestryUniversity，Kunming650224，F(xiàn)ujian，China； 3.KumingExploration&DesignInstitute，StateForestryAdministration，Kunming650216，F(xiàn)ujian，China)

Through field investigation and lab test，using the heat per unit as the key factor，this paper studied the latent combustibility of ground fuel of 5 main forest types of Pinus armandii Franch.，Keteleeria evelyniana Mast.，Piuus Yunnanensis Var Paamaea，Quercus acutissima Carr.，and Alnus nepalensis D.Don.The results showed the one had the potential strongest flammability was Pinus armandii Franch，followed by Piuus Yunnanensis Var Paamaea，the one had the smallest flammability was Alnus nepalensis D.Don，while Keteleeria evelyniana Mast.neared Quercus acutissima Carr.The potential combustibility from strong to weak was as following：Pinus armandii Franch，Piuus Yunnanensis Var Paamaea，Keteleeria evelyniana Mast，Quercus acutissima Carr，and Alnus nepalensis D.Don.

load amount；heat per area；potential combustibility；ground fuel；XiShan National Forest Park

10.13428/j.cnki.fjlk.2014.01.009

2013-06-14；

2013-07-05

云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃(2011FZ136);云南省教育廳科研項(xiàng)目(2011Y279)

王秋華(1978—)，男，福建長汀人，西南林業(yè)大學(xué)副教授，博士，從事森林防火教學(xué)、科研工作。E-mail:qhwang2010@163.com。

S762.1

A

1002-7351(2014)01-0040-05