關鍵詞：海南熱帶雨林國家公園；霸王嶺；外來入侵植物；燃燒特性

中圖分類號：S718.45 文獻標志碼：A 文章編號：1673-923X（2024）01-0067-12

外來入侵物種（Invasive alien species）是指生物由原產(chǎn)地經(jīng)過自然或人為途徑有意或無意地侵入到一個新地區(qū)，并對本地生態(tài)系統(tǒng)造成危害的物種[1]。我國是受生物入侵影響最大的國家之一，世界自然保護聯(lián)盟（IUCN）公布的世界上最惡劣的100 種外來入侵物種，約有一半已入侵我國。彭宗波等人[2-4] 的調查結果表明海南島外來植物共約158 種，隸屬于39 科117 屬。近年來，隨著海南自由貿易港和國際旅游島的建設，對外貿易和交流越加頻繁，特別是自由貿易、海南旅游業(yè)的升溫和南繁育種事業(yè)的發(fā)展，使得外來生物入侵形勢更加嚴峻。

燃燒是一個極為復雜的物理和化學現(xiàn)象，森林火災的發(fā)生及蔓延更受到燃燒物及各種氣象因素等燃燒條件的影響。影響植物燃燒特性的因素有很多，如可燃物的理化性質、生物學特性和生態(tài)學特性[5-6]。因此，可燃物的理化性質對于火災的發(fā)生、發(fā)展和管理都有重要的作用。其中含水率決定了火的發(fā)生和蔓延，燃點是能被引燃的最小溫度，熱值反映了林火強度[8-14]。

近年來，國外的研究側重于可燃物的空間分布特征及其與環(huán)境因子的關系、預測模型的性能、可燃物的燃燒評價和環(huán)境效應等。如，Baranovskiy 等[15] 利用數(shù)學模型對森林火災進行了危險性評估；Vaughan 等[16] 探究了可燃物與環(huán)境之間的關系；Baranovskii 等[17] 建立了森林可燃物分類的數(shù)學模型。國內目前主要側重于可燃物特征、燃燒行為和環(huán)境效應、火災風險評估、遙感等技術應用等方面[18]。如，張冉等[19] 利用預測模型準確預測森林細小死可燃物含水率；安佳怡等[20]利用GIS 尋找潛在的高火險區(qū)域；謝謙[21] 對野火風險進行了精確評估與預警?；趩我晃锓N的可燃物特性是森林可燃物的重要組成部分，目前對外來入侵植物的可燃性報道較少，故對外來物種可燃物的研究具有重要意義。

為了全面了解海南熱帶雨林國家公園霸王嶺片區(qū)內外來入侵植物的燃燒特性，本研究以16 種外來入侵植物為目標，每隔2 個月在霸王嶺片區(qū)內連續(xù)采樣4 次，基于含水率、平衡含水率、燃點和熱值4 項指標，綜合評價入侵植物的燃燒特性，以期為海南熱帶雨林國家公園防火帶的構建提供理論依據(jù)，為我國外來入侵植物著火特性數(shù)據(jù)庫提供基礎數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

海南熱帶雨林是我國分布最集中、類型最多樣、保存最完好、連片面積最大的大陸性島嶼型熱帶雨林，是島嶼型熱帶雨林的代表，是熱帶生物多樣性和遺傳資源的寶庫，是海南島生態(tài)安全屏障，具有國家代表性和全球保護意義。霸王嶺位于海南島西南部，北部東部與白沙縣接壤，西部與昌江縣相連，南部與東方市相鄰。地理經(jīng)緯度范圍為：18°48′ ～ 19°12′N，108°55′ ～ 109°17′E。植被以天然次生林為主，主要樹種有降香黃檀Dalbergiaodorifera、紅花天料木Homalium hainanense、橡膠樹Hevea brasiliensis、油楠Sindora glabra、雅加松Pinus massoniana var. hainanensis、陸均松Dacrydium pectinatum、荔枝Litchi chinensis 等。

2 研究方法

2.1 樣品采集

選用樣線法進行采樣，3 次重復，樣品選取地上整株，分別于2022 年3、6、9 和12 月晴朗天氣的10：00—12：00 進行采樣，采集于海南省昌江縣王下鄉(xiāng)錢鐵村（109°9′2.322″E，18°57′27.5112″N，平均海拔256 m）。本試驗的外來入侵植物種類有6 科14 屬16 種（表1）。將采集的樣品現(xiàn)場稱其鮮質量（M₀），而后將其帶回到室內，置于陰涼干燥處，備用。

2.2 測定方法

2.2.1 含水率的測定

將野外采集的植物按種類分別裝入檔案袋中，帶回實驗室置105 ℃電熱鼓風干燥箱（YCLG-210L，滄州宇宸電氣設備有限公司）內烘干至恒質量（M₁），含水率（W）的計算公式為：

2.2.2 平衡含水率的測定

稱取15 g 整株混合樣品，采用烘干法測定干質量，并將樣品在浸泡水中至飽和后，放入記錄有質量的有孔筐內，記錄樣品的浸水飽和質量，再置入高低溫濕熱試驗箱（HS-225B，上海和晟儀器科技有限公司）內，根據(jù)野外實際厚度，參照《森林可燃物標準地調查技術規(guī)程》[22]，床層平均厚度設置為2 cm，溫度設定為25 ℃，濕度設置為30%，每隔2 h 稱量一次質量并記錄，直到前后兩次稱量結果計算出的含水率差值小于1% 為止，最后即樣品的平衡含水率（P_W）。

2.2.3 燃點的測定

將烘干后的地上整株樣品進行粉碎、研磨，過60 目篩。稱?。?.100 0±0.005 0）g 樣品與（0.075 0±0.005 0）g 亞硝酸鈉混合，用微機燃點測定儀（SJRDY-5000，鶴壁市三杰儀器儀表有限公司）測定燃點。

2.2.4 熱值的測定

將烘干后的地上整株樣品進行粉碎、研磨，過60 目篩。稱?。?.000 0±0.010 0）g 樣品，用微機全自動量熱儀（SJLRY-502T，鶴壁市三杰儀器儀表有限公司）測定熱值。

2.2.5 易燃性分析

應用熵權法進行易燃性分析。熵權法是根據(jù)各指標反映的客觀信息來確定其權重[23]，能準確量化各指標所含的信息量，使評價結果更符合客觀實際。

2.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)經(jīng)WPS Excel 2022 軟件整理后，采用SPSS 26.0 軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析（One-wayANOVA Duncan），同時采用Excel 2022 和Origin2023 軟件進行作圖，分析比較可燃物的特性。

3 結果與分析

3.1 不同外來入侵植物含水率的特性分析

3.1.1 不同外來入侵植物含水率年變化分析

通過監(jiān)測全年外來入侵植物含水率的變化發(fā)現(xiàn)，外來入侵植物的含水率范圍在70.00% ～90.00% 之間（圖1）。唇形科外來入侵植物的含水率變化趨勢不同，吊球草Hyptis decurrens 整體呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，而短柄吊球草Hyptis brevipes 含水率的變化規(guī)律則表現(xiàn)出“拱門”形（圖1）。豆科外來入侵植物的含水率整體表現(xiàn)出比較穩(wěn)定，只有銀合歡Leucaena leucocephala 呈現(xiàn)出上升的趨勢（圖1）。菊科外來入侵植物中，藿香薊Ageratum conyzoides、羽芒菊Tridax procumbens、金腰箭Synedrella nodiflora 和小蓬草Erigeroncanadensis 的含水率變化表現(xiàn)一致，呈現(xiàn)出“拋物線”形，而飛機草Chromolaena odoratum 的含水率變化與短柄吊球草相同，蘇門白酒草Erigeronsumatrensis、假臭草Praxelis clematidea 和薇甘菊Mikania micrantha 的含水率變化幅度不大（圖1）。馬纓丹Lantana camara 和野甘草Scoparia dulcis的含水率變化均呈現(xiàn)“弧狀”，而紅毛草Melinisrepens 的含水率呈現(xiàn)出“N”字形變化（圖1）。

3.1.2 不同外來入侵植物年平均含水率差異性分析

外來入侵植物的含水率范圍主要集中在67.50% ～ 85.00% 之間（ 圖2）。薇甘菊的年平均含水率最高， 為（84.27±5.26）%， 含羞草Mimosa pudica 的年平均含水率最低， 為（67.68±3.74）%，并存在顯著性差異?？傮w上看，不同外來入侵植物年平均含水率差異性不大。

3.2 不同外來入侵植物平衡含水率差異性分析

3.2.1 不同外來入侵植物平衡含水率年變化分析

通過探究不同外來入侵植物平衡含水率年變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)紅毛草的平衡含水率最低，銀合歡的平衡含水率較高，豆科植物平衡含水率的變化表現(xiàn)基本一致（圖3）。藿香薊、蘇門白酒草、薇甘菊、金腰箭、羽芒菊、短柄吊球草、吊球草和紅毛草在同年12 月份表現(xiàn)出較大值，銀合歡、含羞草、光萼豬屎豆Crotalaria trichotoma、飛機草、小蓬草、假臭草、野甘草、馬纓丹在同年12 月份的平衡含水率表現(xiàn)出較低值，羽芒菊、短柄吊球草和紅毛草全年的平衡含水率無顯著性差異，可見不同時期不同外來入侵植物的平衡含水率大不相同。不同入侵植物在不同月份的平衡含水率表現(xiàn)不同，但均在3 月表現(xiàn)出較大的平衡含水率。

3.2.2 不同外來入侵植物年平均平衡含水率差異性分析

多數(shù)外來入侵植物的年平均平衡含水率范圍主要集中在5.55% ～ 11.37% 之間（圖4），其中銀合歡的年平均平衡含水率（16.84%±5.55%）顯著高于其他外來入侵植物，紅毛草的年平均平衡含水率（5.55%±1.09%）最低，與光萼豬屎豆（11.29%±5.30%） 和馬纓丹（11.37%±4.75%）表現(xiàn)出顯著性差異。而其他外來入侵植物的年平均平衡含水率范圍主要集中在6.67% ～ 11.37% 之間，兩兩之間無顯著性差異。

3.3 不同外來入侵植物燃點差異性分析

3.3.1 不同外來入侵植物燃點年變化分析

多數(shù)外來入侵植物的燃點較小值出現(xiàn)在3 月和12 月，較大值出現(xiàn)在6 月和9 月。短柄吊球草和飛機草的燃點在4 次采樣中均表現(xiàn)出較大值，不同時期采集的植物燃點也大不相同。羽芒菊和假臭草，銀合歡和薇甘菊，野甘草、馬纓丹和光萼豬屎豆的燃點在各月份表現(xiàn)一致。其中6 月份的羽芒菊、假臭草、野甘草、馬纓丹和光萼豬屎豆表現(xiàn)出最大值，并表現(xiàn)出顯著性差異。羽芒菊和假臭草在12 月份的燃點表現(xiàn)出最小值，并與其他月份表現(xiàn)出顯著性差異。銀合歡、薇甘菊、小飛蓬和短柄吊球草在3 月份的燃點顯著小于其他月份。其中6 月份小飛蓬的燃點顯著小于9 月和12 月的燃點，而9 月份短柄吊球草的燃點顯著大于12 月的燃點。藿香薊在各月份的燃點則表現(xiàn)為12 月＜ 6 月＜ 3 月＜ 9 月的規(guī)律。蘇門白酒草燃點表現(xiàn)為3 月顯著小于9 月，金腰箭與其相似，只是12 月份金腰箭的燃點與3 月無顯著差異，卻顯著小于9 月。然紅毛草表現(xiàn)出相反的趨勢，3 月和9 月份紅毛草的燃點顯著大于6 月的燃點。12月份含羞草的燃點顯著小于9 月和6 月的燃點，但6 月份的燃點又顯著大于3 月和9 月份。飛機草的燃點在12 月和3 月份表現(xiàn)出最小，9 月份表現(xiàn)出最大值，并呈現(xiàn)顯著性差異，但6 月份的燃點與3 月份的燃點無差異顯著性。吊球草的燃點在6 月份表現(xiàn)出最大值，并表現(xiàn)出差異顯著性，9月份的燃點顯著小于12 月份，但與3 月份的燃點無差異顯著性（圖5）。

3.3.2 不同外來入侵植物年平均燃點差異性分析

含羞草、光萼豬屎豆、蘇門白酒草、薇甘菊、假臭草、金腰箭、馬纓丹、吊球草和紅毛草的年平均燃點在251.75 ～ 256.25 ℃之間（圖6），顯著低于飛機草（263.92±4.41）℃和短柄吊球草（255.75±4.98）℃的年平均燃點，其中紅毛草（253.33±1.76）℃的年平均燃點又顯著低于藿香薊（261.08±4.61）℃。

3.4 不同外來入侵植物熱值差異性分析

3.4.1 不同外來入侵植物熱值年變化分析

外來入侵植物的熱值較大時期出現(xiàn)在3 月，較小時期出現(xiàn)在6 月，野甘草的熱值在每個月表現(xiàn)出較大值，羽芒菊和金腰箭在每個月中表現(xiàn)出最小值。羽芒菊和銀合歡的熱值表現(xiàn)出12 月＜ 6月＜ 9 月＜ 3 月的規(guī)律，小飛蓬和藿香薊的熱值則是在9 月、6 月、12 月、3 月呈現(xiàn)依次遞增的趨勢，薇甘菊、蘇門白酒草和馬纓丹的熱值在6 月、12 月、9 月、3 月中依次遞增，金腰箭的熱值表現(xiàn)為6 月＜ 9月＜ 3 月＜ 12 月，紅毛草的熱值出現(xiàn)依次遞增規(guī)律為6 月、12 月、3 月、9 月。野甘草、含羞草、假臭草、光萼豬屎豆、飛機草、短柄吊球草和吊球草在3 月的熱值均為最大值，其中野甘草和含羞草的表現(xiàn)一致，9 月的熱值顯著大于12 月和6 月，而假臭草則是12 月的熱值顯著大于6 月和9 月，飛機草9 月的熱值顯著大于6 月，短柄吊球草和吊球草表現(xiàn)一致，6 月的熱值為最小值，并與其他月份呈現(xiàn)出顯著差異性（圖7）。

3.4.2 不同外來入侵植物年平均熱值差異性分析

16 種外來入侵植物的年平均熱值范圍主要集中在13.43 ～ 17.96 kJ/g 之間，其中野甘草的熱值最大， 為（17.96±0.76）kJ/g， 與小蓬草（14.72±2.87）kJ/g、薇甘菊（15.61±0.84）kJ/g、金腰箭（13.54±2.00）kJ/g、羽芒菊（13.43±1.30）kJ/g和紅毛草（15.44±0.69）kJ/g 之間存在顯著性差異，而銀合歡、含羞草、光萼豬屎豆、藿香薊、飛機草、蘇門白酒草、薇甘菊、假臭草、馬纓丹、短柄吊球草、吊球草和紅毛草的年平均熱值范圍在15.44 ～ 17.42 kJ/g 之間，并顯著高于金腰箭和羽芒菊。小蓬草與金腰箭和羽芒菊之間無顯著性差異，卻顯著低于銀合歡、含羞草、光萼豬屎豆、短柄吊球草和吊球草（圖8）。

3.5 不同可燃物指標的相關性分析

由圖9 可知，不同時期的外來入侵植物的可燃物指標大不相同。在3 月、9 月和12 月， 可燃物各指標間無顯著相關性（圖9A、C、D）。在6 月份，外來入侵植物的平衡含水率與植物的含水率呈現(xiàn)良好的正相關關系（P ＜ 0.05）（圖9B），整體分析，可燃物各指標之間的相關性不存在顯著的相關性（圖9E）。

3.6 易燃性評價

外來入侵植物最終易燃性綜合得分見表2，得分越小說明易燃性越大。銀合歡（0.95）的得分最大，其次是薇甘菊（0.45）和金腰箭（0.47），最小得分是紅毛草（0.30）。具體分析看，3、6 和9月中紅毛草的得分最小，分別是0.23、0.16 和0.31，12 月份采樣中也表現(xiàn)出較小值，為0.45，可見紅毛草在旱季、雨季的易燃性均高。其次是金腰箭，在4 次采樣中的得分分別為0.36、0.38、0.44 和0.45，同紅毛草表現(xiàn)相似。銀合歡和飛機草的得分較高，均在0.59 及以上，表現(xiàn)出較低的易燃性，綜合可知紅毛草的易燃性極高，其次是金腰箭和含羞草，易燃性較低的是銀合歡和飛機草。

4 討論與結論

4.1 討 論

Pellizzaro 等[24] 和趙清峰等[25] 研究結果表明含水率與環(huán)境因素以及地理環(huán)境有關，海南屬熱帶海洋性季風氣候，全年暖熱，5—10 月份雨水充沛[26]，為植物提供大量的水分，故外來入侵植物的含水率較大時期出現(xiàn)在6 月和9 月。溫度和濕度是影響平衡含水率的主要因素[19]，植物的保水能力與植物細胞內超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶的活性以及丙二醛含量有關，其共同直接或間接影響活性氧和自由基對細胞膜系統(tǒng)的損害程度，控制活性氧和自由基水平，從而影響了植物的水分散失和保水能力[27-28]，致使不同植物表現(xiàn)出不同的平衡含水率。此外，Nelson 等[29]研究發(fā)現(xiàn)可燃物的結構、載量等條件也是影響平衡含水率的重要因素。另可燃物的緊密度以及床層厚度都會影響到可燃物床層中空氣的供應，同時也影響火焰在可燃物顆粒間的熱量傳遞，從而影響平衡含水率。本研究根據(jù)《森林可燃物標準地調查技術規(guī)程》標準，統(tǒng)一設置2 cm 床層，溫度設定為25 ℃，濕度設置為30%，發(fā)現(xiàn)紅毛草的平衡含水率最低，為5.55%，銀合歡的平衡含水率較高，為16.84%，這可能與禾本科、豆科植物的細胞結構特性以及保水能力有關。

熱值和燃點是表征可燃物燃燒性的兩個重要指標。可燃物的熱值是燃燒一定燃料所釋放的最大能量的量度?？扇嘉锏幕緦傩詾槿键c，可燃物對外界火源的溫度要求越高或所需加熱時間越長則燃點越高，可燃物的燃燒性與燃點呈負相關，基本影響要素為熱值，可燃物熱值小，火強度小[30]。Huang 等[31] 還發(fā)現(xiàn)不同外來入侵植物的氮磷鉀含量不同，其燃點和熱值也不同。熵權法是根據(jù)各指標反映的客觀信息來確定其權重[23]，能準確量化各指標所含的信息量，使評價結果更符合客觀實際。結果顯示，紅毛草的易燃性極高，其次是金腰箭和含羞草，易燃性較低的是銀合歡和飛機草，這種差異是由植物自身的生物學特性決定的，銀合歡是植被演替過程中的先鋒樹種，占據(jù)著演替早期生態(tài)位，更能適應演替早期的環(huán)境，在生理特征上有顯著優(yōu)勢[32]。在后續(xù)研究中有待增加可燃物載量、燃燒因子、生態(tài)學和生物學因子，使得外來入侵植物的易燃性評價結果更健全和合理。

保護區(qū)外來入侵植物分布格局呈隨著緯度增加而降低的趨勢，其中氣候因子尤其溫度是決定國家級自然保護區(qū)外來入侵植物分布的關鍵因素，在海南熱帶雨林國家公園中，外來入侵植物的入侵范圍逐年增加，薇甘菊、飛機草、假臭草、馬纓丹、含羞草、蟛蜞菊、假馬鞭草和闊葉豐花草等外來物種已大量入侵海南的林地、自然保護區(qū)等各種生態(tài)系統(tǒng)，對當?shù)厣鷳B(tài)安全造成一定影響，然而林火發(fā)生的因素不僅由可燃物的特性組成，還包括植被特征、環(huán)境特征等指標組成[3，33-34]。本研究基于4 種實測理化指標，選取了草本植物進行研究，僅通過植物的含水率、平衡含水率、燃點、熱值指標對外來入侵植物的可燃性進行初步評價分析。因此，在后續(xù)的研究中應充分擴大燃燒特性指標，并與室外點燒試驗相結合，加入地形、氣壓、風向、季節(jié)等變量，深入研究不同外來入侵植物的燃燒特性與其環(huán)境及植物特性的組成特性，以便更準確回答有關影響外來入侵植物的燃燒特性等問題。同時地表枯落物、灌木、喬木都是林火發(fā)生時的重要影響因素，不能全面評價整體的防火效果，在后續(xù)研究中可以對喬木、灌木、枯落物的燃燒特性進行綜合全面分析評價，使得可燃物的燃燒性數(shù)據(jù)更具有可參考性，也為相應的防火策略研究提供理論和實踐依據(jù)。

4.2 結論

通過對海南熱帶雨林國家公園霸王嶺片區(qū)內16 種外來入侵植物可燃物的理化性質進行探究，發(fā)現(xiàn)外來入侵植物的含水率較大時期出現(xiàn)在6 月和9 月，紅毛草的平衡含水率最低，銀合歡的平衡含水率較高，在海南的干旱季節(jié)是防火的重點，外來入侵植物中尤其是紅毛草、金腰箭和含羞草的燃點、熱值表現(xiàn)出較小值，易燃性較高。還需應結合可燃物的載量進行綜合風險評估，以期為海南熱帶雨林國家公園霸王嶺片區(qū)的防火提供基礎數(shù)據(jù)，為外來入侵植物的燃燒性研究提供參考依據(jù)。

[ 本文編校：謝榮秀]