李東昌，白晉華，南宏偉

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西太谷030801）

不同混合比例油松遼東櫟凋落葉可燃物失水過程比較

李東昌，白晉華，南宏偉

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西太谷030801）

試驗設(shè)6個組，各組中遼東櫟闊葉的生物量占總生物量的比例依次為0%（組1），20%（組2），40%（組3），60%（組4），80%（組5），100%（組6）。通過室內(nèi)風(fēng)干試驗，比較研究不同混合比例的油松遼東櫟凋落葉混合可燃物的失水特性。結(jié)果表明，隨著混合物中闊葉比例的提高，各組24 h持水率整體呈增加趨勢；在風(fēng)干過程中，各組失水率隨時間的延長呈上升趨勢，失水速率隨時間的延長先增大后減小，組間總體上隨著混合物中闊葉比例的增加，失水率和失水速率呈增加趨勢；各組達到同一含水率時所用的時間，隨著闊葉比例的增加顯著增長，但存在時間滯后現(xiàn)象，至達到穩(wěn)定狀態(tài)后，各組的平衡含水率之間差距不大，但仍表現(xiàn)為隨闊葉比例增大而增大的趨勢。綜合比較，隨著混合物中闊葉比例的增加，混合物的潛在火災(zāi)危險性出現(xiàn)下降趨勢。

混合可燃物；失水率；失水速率

油松和遼東櫟作為山西省乃至黃土高原地區(qū)森林資源培育重要的鄉(xiāng)土樹種，因其具有良好的耐寒、耐旱、耐貧瘠的生態(tài)學(xué)特性[1]，特別是油松，被作為營林時的主要樹種而被廣泛使用。而在長期的荒山造林、退耕還林等植被恢復(fù)工作中，以油松人工林為主的森林生態(tài)系統(tǒng)，樹種單一，林分結(jié)構(gòu)不合理，大部分油松林生長較差，病蟲害嚴(yán)重，生態(tài)效益和經(jīng)濟效益差[2]。油松-遼東櫟針闊混交林作為一種演替頂級群落，具有很好的撫育經(jīng)營價值[3-9]。油松純林及油松混交林，林下可燃物負(fù)荷量往往較高，凋落物積累較多，地表火潛在危險性較大，尤其是在北方春秋2個防火期內(nèi)，遇到連續(xù)不降水的情況時，林火發(fā)生的概率就會大大增加[10-15]。

森林可燃物的含水率極大程度上影響著森林火災(zāi)的發(fā)生、蔓延和強度，是進行林火監(jiān)測的重要因子，同時也作為一個核心指標(biāo)被廣泛地運用于各類森林可燃物模型和含水率預(yù)測模型中，同等條件下，可燃物的含水率越低，其潛在的火災(zāi)危險性越高[16-20]。

本研究通過在實驗室內(nèi)模擬不同混合比例下油松針葉和遼東櫟闊葉凋落葉混合可燃物的失水過程，研究其失水特征，為油松-遼東櫟針闊混交林營林技術(shù)及林火預(yù)測和管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為于2016年4月初從山西太谷縣國營林場選擇林齡在30 a左右的油松人工林和遼東櫟，采集林下凋落葉帶回實驗室進行測定。

1.2 方法

試驗共設(shè)6個處理組，各組中遼東櫟闊葉的生物量占總生物量的比例分別為0%（組1），20%（組2），40%（組3），60%（組4），80%（組5），100%（組6），每組3次重復(fù)，共計18個樣本。結(jié)合野外調(diào)查的情況，每個樣本以總生物量0.7 kg/m2（7 t/hm2）為準(zhǔn)，即在試驗時每個樣本均取175 g的烘干質(zhì)量，浸泡吸水后置于50 cm×50 cm的塑料泡沫上（塑料泡沫大小為60 cm×60 cm，已經(jīng)提前在上面用記號筆標(biāo)出50 cm×50 cm的邊界）。

將野外采集的油松和遼東櫟凋落葉分別置于大型烘箱中進行烘干，105℃下連續(xù)烘干48 h至絕干，選擇破碎程度相近的凋落物取出后迅速按照既定比例配成混合可燃物，充分?jǐn)嚢枋怪旌暇鶆颍謩e收集在塑料網(wǎng)袋里放在水桶中，加水至完全沒過塑料網(wǎng)袋。浸泡24 h后，將塑料網(wǎng)袋取出，靜置幾分鐘至塑料網(wǎng)袋不再滴水，把網(wǎng)袋剪開，將混合可燃物倒出并均勻鋪在已準(zhǔn)備好的塑料泡沫上，并稱質(zhì)量記為初始（0 h）質(zhì)量，之后每2 h稱質(zhì)量一次，從98 h后每4 h記錄一次，至各組均達到其平衡含水率時為止，收集各樣本于塑料袋中，在烘箱中連續(xù)烘干48 h（105℃）至絕干，取出稱質(zhì)量并計算各樣本絕干質(zhì)量?？紤]到在浸泡過程中可能造成混合物質(zhì)量的損失，故在配制時各樣本均多取3 g。1.3失水性各指標(biāo)計算方法

混合物持水率＝（浸泡t時間的凋落物質(zhì)量－試驗后樣本烘干質(zhì)量）/試驗后樣本烘干質(zhì)量× 100%；混合物失水率＝（初始質(zhì)量－風(fēng)干t時間的凋落物質(zhì)量）/試驗后樣本烘干質(zhì)量×100%；混合物失水速率＝（初始質(zhì)量－風(fēng)干t時間的凋落物質(zhì)量）/（試驗后樣本烘干質(zhì)量×風(fēng)干時間）×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合物持水率比較分析

多組重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，同一時間點各組間持水率差異極顯著（F＝11.180，P＜0.001），各組間持水率不全相同；同組各時間點持水率差異極顯著（F＝1 721.140，P＜0.001），各時間點持水率不全相同；組間和時間點對變化率的影響存在交互作用（F＝10.820，P＜0.001）。

表1 持水率組間方差分析結(jié)果

由圖1和表1可知，隨著闊葉比例的提高，各組浸泡24 h后混合物持水率總體呈現(xiàn)增加趨勢，但組2的持水率略低于組1，表現(xiàn)為組6（237.49%）＞組5（226.47%）＞組4（195.20%）＞組3（194.57%）＞組1（172.60%）＞組2（168.98%）。在整個風(fēng)干過程中，各組混合物含水率首先經(jīng)歷了一個快速下降期，之后逐漸變緩，并于80～100 h陸續(xù)達到穩(wěn)定；在40 h之前，各組達到同一含水率時所用的時間，隨闊葉比例的增加，呈現(xiàn)組6＞組5＞組4＞組3＞組1＞組2的趨勢，所用時間顯著增加，有一個較為明顯的時間滯后現(xiàn)象，且各組之間的差異幅度（滯后時間）基本穩(wěn)定；在40 h以后，這種滯后時間逐漸縮短，直至到達穩(wěn)定狀態(tài)后，各組的平衡含水率之間差距不大，但仍表現(xiàn)為組6＞組5＞組4＞組3＞組1＞組2的趨勢。結(jié)合圖1與表1可以看出，當(dāng)混合物中闊葉比例達到80%以上時，即組6和組5與剩余4組之間差異顯著，但組6與組5之間差異不顯著；組4與組3和組1之間差異不顯著，與組2之間差異顯著；組3與組2和組1之間差異不顯著；組2與組1之間差異不顯著，組1的持水率整體上略高于組2。

2.2 混合物失水率比較分析

多組重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，同一時間點各組間的失水率差異極顯著（F＝20.592，P＜0.001），各組間失水率不全相同；同組各時間點的失水率差異也極顯著（F＝1 537.703，P＜0.001），各時間點失水率不全相同；組間和時間點對失水率的影響存在交互作用（F＝10.506，P＜0.001）。

表2 失水率組間方差分析結(jié)果

在整個風(fēng)干過程中，各組的失水率均隨時間的延長逐漸增大，并最終達到一個穩(wěn)定的水平，在此過程中，隨著混合物闊葉比例的增加，6組之間的失水率總體呈增加趨勢，各組到達最大失水率也隨闊葉比例的增加而呈現(xiàn)相同的趨勢。從圖2、表2可以看出，組6和組5與其余各組之間差異明顯，說明當(dāng)闊葉比例增加到80%以上時，其混合物的失水率、最大失水率均顯著高于其他各組，且組6高于組5，但組6與組5之間差異不顯著；組4和組3均與組1和組2之間差異明顯，說明當(dāng)闊葉比例增加到60%和40%時，其混合物的失水率、最大失水率及到達最大失水率所用時間仍顯著高于剩余2組，但組4和組3之間失水率差異不顯著，二者失水率隨時間變化的線圖大致重疊，在失水率迅速上升期，在6～82 h階段，組3的失水率略高于組4，之后組4高于組3，但差距極?。唤M2和組1的失水率處于最低水平，二者之間差異不顯著，2～44 h組2的失水率略高于組1，但44 h之后，組1高于組2，表明當(dāng)闊葉的摻混比例較低時混合物的失水率和最大失水率并沒有隨闊葉比例的增加而變大。

2.3 混合物失水速率比較分析

多組重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，同一時間點各組間的失水速率差異達極顯著水平（F＝18.034，P＜0.001），即各組間失水速率不全相同；同組各時間點的失水速率差異達極顯著水平（F＝1 247.806，P＜0.001），各時間點失水速率不全相同；組間和時間點對變化率的影響不存在交互作用（F＝1.398，P＞0.01）。

在整個風(fēng)干過程中，各組的失水速率隨時間的變化呈先增大后減小，在觀測開始后，組1、組3、組4、組5的失水速率先上升在4 h達到最大，然后逐漸減小，組2、組6的失水速率則是在6 h達到最大再減小，總體表現(xiàn)為隨著闊葉比例的增加，失水速率有增加的趨勢。從圖3和表3可以看出，組6和組5與其余各組之間差異顯著，說明當(dāng)闊葉比例增加到80%以上時，混合物的失水速率均顯著高于其他各組，組6與組5之間差異不顯著，在整個時間序列中，組6失水速率高于組5；組3與組4之間差異不顯著，與組1和組2之間差異均顯著，組3的失水速率在6～82 h時間段內(nèi)大于組4的失水速率，從84 h后小于組4，但二者之間差距極小（不足0.01%），組4與組2之間差異不顯著，與組1之間差異顯著，組4的失水速率在4～24 h時段低于組2，但從26 h以后逐漸高于組2并逐漸穩(wěn)定地保持有一定的差距，總體上看，隨闊葉比例的增加，混合物的失水速率有增大的趨勢；組1和組2的失水速率處于最低水平，二者之間差異不顯著，組2的失水速率在觀測前期高于組1，從44 h以后開始逐漸低于組1，且與組1的失水速率之間保持較為穩(wěn)定的差距。

表3 失水速率組間方差分析結(jié)果

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，隨著混合可燃物中遼東櫟闊葉比例的增加，混合物的持水率、失水率、失水速率均有增加的趨勢。當(dāng)闊葉比例達到80%以上時，混合物的持水率、失水率、失水速率均顯著增加，雖然不能顯著提高混合可燃物平衡含水率，但是能顯著延長持水率下降所用的時間，使混合物的時滯時間有所增加，較大程度上降低了凋落物潛在的火災(zāi)危險性；當(dāng)闊葉比例增加到40%和60%時，混合物的持水率、失水率、失水速率均有所增加，失水率和失水速率隨著風(fēng)干過程呈現(xiàn)相同的變化趨勢，即在風(fēng)干前中期，闊葉比例為40%的混合物的失水率和失水速率均高于闊葉比例60%的混合物，總體上并沒有表現(xiàn)出絕對的增加趨勢，能夠在一定程度上降低凋落物潛在的火災(zāi)危險性；當(dāng)闊葉混合比例較低為20%時，與全針葉可燃物相比，非但沒有使持水率有所提高，反而有所下降，其失水率、失水速率也只是在風(fēng)干前期高過全針葉的凋落物，隨后出現(xiàn)下降并與之保持一定幅度的差距，并不能有效地改變潛在的火災(zāi)危險。

本試驗結(jié)果表明，在針闊混交林的經(jīng)營和改造過程中，就其凋落物的組成比例而言，可能存在某種臨界點，當(dāng)闊葉比例超過此臨界點后，可燃物的地表火潛在危險性會顯著降低，可以有效提高群落的火穩(wěn)定性，而低于此臨界點時，則會加重其火災(zāi)的潛在危險性。

［1］梁宗鎖.黃土高原樹木水分生理生態(tài)學(xué)特征[M].北京：中國林業(yè)出版社，2008.

［2］朱松林.呂梁山油松和遼東櫟人工混交造林技術(shù)[J].山西林業(yè)科技，2016（3）：44-45.

［3］王寧，王百田，王瑞君，等.山西省油松林生態(tài)系統(tǒng)碳密度與分配格局[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報，2014，22（1）：58-68.

［4］焦文婧，郭東罡，張婕，等.靈空山自然保護區(qū)油松-遼東櫟林建群種關(guān)聯(lián)性[J].生態(tài)學(xué)雜志，2012（12）：3050-3057.

［5］康迪.黃土高原丘陵溝壑區(qū)典型恢復(fù)植被群落結(jié)構(gòu)及演替規(guī)律[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2013.

［6］霍萌萌，郭東罡，張婕，等.靈空山油松-遼東櫟林喬木樹種群落學(xué)特征及空間分布格局[J].生態(tài)學(xué)報，2014，34（20）：5925-5935.

［7］黃三祥，趙秀海.山西太岳山天然油松林主要木本植物種群結(jié)構(gòu)及空間分布格局研究[J].林業(yè)資源管理，2009（4）：41-47.

［8］高潤梅，郭晉平.文峪河上游河岸林的演替分析與預(yù)測[J].生態(tài)學(xué)報，2010，30（6）：1564-1572.

［9］宋婭麗，韓海榮，康峰峰.山西太岳山不同林齡油松林生物量及碳儲量研究[J].水土保持研究，2016，23（1）：29-33.

［10］郭利峰.北京八達嶺林場人工油松林燃燒性研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2007.

［11］賀薇.黑茶山自然保護區(qū)森林可燃物特征及其類型劃分[D].太谷：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

［12］狄麗穎，張愛國，張艷麗，等.山西省森林火災(zāi)的年變化特點和致災(zāi)原因分析[J].森林防火，2007（2）：19-22.

［13］王月，高國平，周紹硯，等.遼寧西北部地區(qū)森林地被可燃物及其燃燒性的研究[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，37（5）：16-719.

［14］趙巍，郭瑞，汪琦，等.千山森林典型物種燃燒特性[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報，2011，34（1）：55-60.

［15］劉秀紅，李智才，劉秀春，等.山西春季干旱的特征及成因分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（9）：156-160.

［16］李林.森林可燃物含水率及失水效率的研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2004.

［17］田甜，邸雪穎.森林地表可燃物含水率變化機理及影響因子研究概述[J].森林工程，2013（2）：21-25，142.

［18］李胤德，崔曉，文鵬，等.森林可燃物含水率研究進展[J].森林防火，2015（4）：39-41.

［19］胡海清，陸昕，孫龍，等.氣溫和空氣相對濕度對森林地表細小死可燃物平衡含水率和時滯的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報，2016（3）：221-235.

［20］劉斌，魯紹偉，李少寧，等.北京西山6種天然純林枯落物及土壤水文效應(yīng)[J].水土保持學(xué)報，2015，29（4）：73-78.

Comparative Study on Dehydrating Characteristics in Litter Leaves Fuel ofPinus tabuliformisCarrière andQuercus wutaishanseaMary with Different Proportions

LI Dongchang，BAI Jinhua，NANHongwei
（College ofForestry，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The paper set six processing,the proportion ofbroadleaves′s biomass oftotal biomass in different groups were 0%（group 1）,20%（group 2）,40%（group 3）,60%（group 4）,80%（group 5）,100%（group 6）.Based on the indoor drying test,the water loss characteristics of mixed leaf litter of Pinus tabuliformis Carrière and Quercus wutaishansea Mary were studied.The result showed that with the improvement of broadleaf proportion in mixture,each group 24 hours′s water-holdup showed an increasing trend.In the drying process,the water-losing rate ofeach group showed an upward trend with the increase oftime,the water-losing speed increased first and then decreased with the increase of time,with the increase of the proportion of broadleaf,the water-losing rate and wate-losing speed increased overall among groups.When groups reached with the same moisture content,with the higher proportion of broadleaf,the time taken for them remarkable growth,there was time lag phenomenon,until achieving a steady state,gap between groups of equilibrium moisture content was not big,but it still showed the trend of increasing with the increase of the proportion of broadleaf.Comprehensive comparison,with the increase ofmixture proportion ofbroadleaf,its potential fire hazard is in a downward trend.

mixed fuel;water-losingrate;wate-losingspeed

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.31

S718.5

：A

：1002-2481（2017）05-0795-04

2016-12-19

國家自然科學(xué)基金項目（31470630）；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)引進人才博士科研啟動費項目（2013YJ17）

李東昌（1991-），男，山西靜樂人，在讀碩士，研究方向：林火管理。白晉華為通信作者。