張候飛

（西南林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224）

1 引言

云南省位于東經(jīng) 97°31'～106°11'和北緯 21°8'～29°15'，北回歸線貫穿云南省南部。云南年降水量充足，大部分山區(qū)潮濕密集，受地形、氣候、植被、降雨量等多重因素影響主要呈現(xiàn)亞熱帶季風(fēng)氣候，同時(shí)部分地區(qū)呈亞熱帶、寒溫帶、高原氣候和北方熱帶氣候。云南有很多種植物和動(dòng)物，被稱為“動(dòng)植物之鄉(xiāng)”。歷史文化悠久，風(fēng)景獨(dú)特，有麗江古城、玉龍雪山、蒼山洱海和西雙版納熱帶雨林等為代表。

云南位于低緯高原，特殊的地形、氣候，加上森林類型和火災(zāi)原因的復(fù)雜性導(dǎo)致了滇中地區(qū)消防的復(fù)雜性、突發(fā)性和艱巨性。云南也是全國各地森林火災(zāi)的常見地區(qū)。滇中地區(qū)為森林火災(zāi)的重點(diǎn)防護(hù)區(qū)，做好滇中地區(qū)的林火防護(hù)尤為重要[1-5]。開展森林可燃物的燃燒性的研究，可以為滇中地區(qū)森林火災(zāi)的防護(hù)提供有力的科學(xué)依據(jù)。研究附生植物的燃燒性，它可以更全面地了解云南森林火災(zāi)的可燃物及其發(fā)生規(guī)律，為重點(diǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域的管理提供科學(xué)依據(jù)[6-8]。

有些附生植物不需要土壤提供營養(yǎng)跟水分的需求，其根群附在其他的樹干或枝蔓上生長，利用雨露、空氣中的水分及有限的腐殖質(zhì)（腐爛的枯枝殘葉或動(dòng)物排泄物）為生，比如蕨類、蘭科的許多種類。附生植物自身可以進(jìn)行光合作用，不會(huì)掠奪所附著的植物養(yǎng)分。附生植物在密閉的雨林中更容易獲取陽光，因此在密閉的潮濕森林中生長得更好更快。苔蘚類附生植物熱值低，但極易燃，給林火的垂直發(fā)展提供了快速通道[9-12]。附生植物作為森林可燃物的一個(gè)種群，研究其燃燒性能就顯得勢(shì)在必行。

本文主要通過實(shí)驗(yàn)對(duì)附生植物的燃燒性開展研究，定量計(jì)算附生植物的熱值、灰分含量、油脂含量，建立數(shù)學(xué)模型，直觀地看出熱值、油脂含量、灰分含量之間的關(guān)系，從而更好地了解附生植物所含能量以及在林火行為中的表現(xiàn)形式。

森林火災(zāi)存在許多引發(fā)條件和諸多影響因素，了解附生植物的燃燒性能，能更全面地找到森林火災(zāi)的預(yù)防措施，減小森林火災(zāi)的損失，更好地保護(hù)林區(qū)資源。

2 滇中地區(qū)附生植物燃燒性實(shí)驗(yàn)方法

影響附生植物燃燒性的因素有很多，隨著對(duì)森林火災(zāi)的研究發(fā)展，逐漸將附生植物燃燒性影響因素歸結(jié)為其熱值、含水率以及油脂含量三個(gè)方面[13]。附生植物大多生長在陰暗潮濕的環(huán)境中。因此，地形、環(huán)境也對(duì)附生植物的燃燒性產(chǎn)生重要的影響。

本文主要實(shí)驗(yàn)研究附生植物的理化性質(zhì)。主要實(shí)驗(yàn)有附生植物熱值的測(cè)試，附生植物油脂含量的測(cè)試及附生植物灰分含量的測(cè)試[14-18]。

熱值的含量測(cè)試，實(shí)驗(yàn)器材為氧彈熱量計(jì)；油脂的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)儀器為索氏提取器；灰分的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)儀器為高溫爐。

3 結(jié)果與分析

通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 指標(biāo)相關(guān)性分析

由于熱量、灰分含量、抽提物含量存在一定的多重共線性，為了進(jìn)一步研究指標(biāo)間的相互關(guān)系，本文對(duì)熱量、灰分含量、抽提物含量求相關(guān)系數(shù)，得到結(jié)果如表2所示。

通過表2可知，熱值與灰分含量、抽提物含量三個(gè)指標(biāo)間均存在顯著的相關(guān)性：

表2 指標(biāo)相關(guān)性

1）熱值與灰分含量顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.840；

2）熱值與抽提物含量顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.643；

3）灰分含量與抽提物含量顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.592。

3.2 回歸分析

熱值與灰分含量、抽提物含量存在顯著的相關(guān)性，為了更好地研究三個(gè)指標(biāo)間的關(guān)系，本文對(duì)熱值與灰分含量、抽提物含量進(jìn)行回歸分析。將熱值作為因變量，灰分含量、抽提物含量作為自變量，回歸分析結(jié)果如表3所示。

表3 模型匯總

由表3可知，回歸方程的R2為0.738，說明回歸方程可以解釋因變量73.8%的變異程度，具有一定的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

通過表4可知，回歸方程的F值為29.597，且顯著性指標(biāo)為0.000，小于0.05，說明回歸方程的顯著。

表4 方差分析結(jié)果

由表5可知，回歸方程的自變量灰分含量、抽提物含量的回歸系數(shù)顯著性指標(biāo)分別為0.000和0.021，均小于0.05，說明回歸系數(shù)顯著，具有良好的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表5 系數(shù)a

根據(jù)回歸方程的非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)得到回歸方程如下：

由回歸方程可知，灰分含量每提高一個(gè)單位，熱值將下降168.395個(gè)單位，抽提物含量每提高一個(gè)單位，熱值將提高228.077個(gè)單位。

3.3 附生植物可燃性指數(shù)評(píng)價(jià)

通過對(duì)熱量、灰分含量、抽提物含量進(jìn)行主成分提取，最終得到結(jié)果見表6。

由表6可知，熱量、灰分含量、抽提物含量三個(gè)指標(biāo)共計(jì)提取出一個(gè)主成分，且主成分可以解釋79.631的方差變異程度，解釋大部分的數(shù)據(jù)變異程度。

通過計(jì)算主成分的載荷量計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，主成分載荷量如表7所示。

3.4 指標(biāo)隸屬度計(jì)算

依據(jù)主成分因子負(fù)荷量值的情況，確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)分布的升降性。得到各個(gè)指標(biāo)的隸屬度情況，如表8所示。

3.5 可燃性指數(shù)計(jì)算

通過下述公式計(jì)算得到每個(gè)樣本的可燃性綜合指標(biāo)值：可燃性指數(shù)=0.366×熱值+0.351×灰分含量+0.283×油脂含量。最終得到各個(gè)樣本的可燃性指標(biāo)結(jié)果和排序情況，如表9所示。

3.6 宏觀分析

這里將附生植物的熱值、抽提物含量、灰分含量作均值，分別與華山松、云南松、藏柏的平均熱值、平均抽提物含量、平均灰分作比較。

表6 解釋的總方差

表7 主成分荷載量

表8 指標(biāo)隸屬度

由表10可知，附生植物的熱值、抽提物含量均低于華山松、云南松、藏柏的熱值、抽提物含量，附生植物灰分高于華山松、云南松、藏柏的灰分[19,20]。由此可知，附生植物的平均燃燒性沒有其他樹種的平均燃燒性高。

生長在黑荊林下，藏柏林下的附生植物，由于有陽光的直接照射，加上土壤的豐富營養(yǎng)，其熱值相對(duì)較高，相同質(zhì)量情況下，擁有的能量較高，林火條件下，會(huì)對(duì)林區(qū)造成很大的傷害[21]；生長在石頭上的附生植物雖然有陽光的照射，卻缺少土壤，相對(duì)來說，熱值較低，相同質(zhì)量下，擁有的能量較低，由于石頭上有許多沙土，林火情況下，燃燒可能有所阻礙；生長在樹干上的附生植物，有陽光照射，且有營養(yǎng)來源，熱值也相對(duì)較高，林火條件下，會(huì)對(duì)其樹干造成嚴(yán)重的傷害，燒死傷損樹皮、樹干。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

附生植物熱值最高的為曲尾蘚一種，為18 729 J/g；抽提物含量最高的為短月蘚，為9%；灰分含量最低的為附生在華山松上的干蕨，為6%。附生植物的燃燒性最好的是短月蘚?？傮w觀之，附生植物的燃燒性沒有華山松、云南松、藏柏的燃燒性高。但附生在黑荊林下，藏柏林下，華山松樹干，華山松地衣等地方的附生植物由于陽光的直接照射，加上土壤提供的營養(yǎng)，其熱值相對(duì)較高[22，23]。發(fā)生林火時(shí)容易給樹干的樹皮帶來無法修補(bǔ)的創(chuàng)傷，嚴(yán)重的可能會(huì)燒死，烤死林木。

表9 可燃性指標(biāo)

表10 附生植物與其他樹種指標(biāo)對(duì)比

4.2 建議

1）針對(duì)陽光充足的黑荊林下，藏柏林下，定期巡視勘察，當(dāng)附生植物生長旺盛，可燃物積累過多時(shí)，應(yīng)立即清除。

2）對(duì)于扁平棉蘚3，發(fā)生林火時(shí)會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷華山松，甚至為華山松林的林火提供重要的發(fā)展階梯，因此需要對(duì)華山松樹干上生長旺盛的附生植物進(jìn)行清除[24]，以免發(fā)生林火。

3）扁平棉蘚3熱值較高，且枯枝枯葉不易掉落，對(duì)林火的發(fā)展有積極作用，故對(duì)于藤本植物，應(yīng)相當(dāng)重視，發(fā)現(xiàn)有大量生長藤蔓的樹林，應(yīng)及時(shí)清除藤本植物。

4）藏柏樹皮相較其他樹種比較薄，附生在藏柏樹上的附生植物在林火作用中會(huì)很容易的損傷藏柏樹皮樹干，對(duì)于藏柏樹干上的附生植物，應(yīng)將生長旺盛部分的附生植物連同樹皮一起清除，以免發(fā)生林火時(shí)對(duì)林木造成更大的傷害。