紫茎泽兰茎叶的燃烧性

郑永波，张雨瑶，廖周瑜，李路良，周劲峰，王秋华，李世友,2

（1.西南林业大学 环境科学与工程学院，云南 昆明 650224；2.中国林业科学研究院 森林生态环境与保护研究所，北京 100091）

紫茎泽兰Eupatorium adenophorum为菊科Compositae泽兰属Eupatorium多年生杂草，现已在云南、贵州等省广泛分布与危害。紫茎泽兰因其极强的传播、繁殖能力和生态适应性大量入侵到森林、火烧迹地和防火隔离带。在紫茎泽兰入侵与森林燃烧性的关系方面，李世友等[1]研究了紫茎泽兰对多火环境的生态适应对策，调查了紫茎泽兰在防火线、生土带和火烧迹地上的入侵特点并提出了在紫茎泽兰入侵区应慎修生土隔火带的建议及其替代技术[2－3]； 韩焕金等[4]调查了紫茎泽兰在云南安宁市2006年 “3·29”森林火灾火烧迹地的入侵现象；Tripathi等[5]研究表明，紫茎泽兰在火烧迹地的数量比非火烧迹地多，幼苗在火烧迹地的成活率比非火烧迹地高。紫茎泽兰与燃烧有关的研究和应用主要集中在热解[6－7]、产生可燃气[8－10]、 燃烧利用[11－12]、 制造成型炭等方面[13－14]。在滇中重点火险区的防火戒严期内，干旱地段上的紫茎泽兰老茎叶不断干枯，新的茎叶不断从根部萌发和生长，而水分条件较优越地段上的紫茎泽兰全部或部分老茎叶仍具有生活力，新的茎叶不断从老茎或根部萌发和生长，这种特性决定了紫茎泽兰燃烧性的复杂性。定量研究紫茎泽兰的燃烧性，对于合理评价紫茎泽兰对森林燃烧性的影响，正确选择消防技术具有重要的参考价值。

1 材料与方法

1.1 样品采集

样品采集于防火戒严期内，采集地点为云南森林自然中心林地、西南林业大学校园。对于参与比较的不同种类可燃物，采集地相距较近，生境条件类似，以保证同一组比对试验样品具有可比性。

1.2 研究方法

1.2.1 研究方法的确定 选定滇中地区不同的常见可燃物与紫茎泽兰茎叶进行比较，对比样品见表1。由于紫茎泽兰不同生活力茎叶的理化性质差别很大，故分别选择不同的试验方法、评价指标来评价紫茎泽兰茎叶的燃烧性（表1）。

表1 研究方法Table1 Research methods

1.2.2 含水率的测定方法 采用105℃恒温干燥法，取相对含水率。

1.2.3 叶片单位面积质量的测定和计算方法 单位面积质量由叶片质量除以面积得出，其中面积由自行开发的 “不规则多边形面积计算方法”计算。该方法已用于计算高温后植物韧皮部的死亡率[15-16]。

1.2.4 燃烧试验方法 ①老的活叶片燃烧试验方法：试验所需的高氧气氛由氧指数仪提供。试验时氧气流量为10 L·min－1，比例为100%。叶片采用叶尖在上、叶柄在下的方式竖直放在试件夹上，从上端点火，记录从开始点火至有焰燃烧熄灭的时间。试验前、后分别测定叶片的叶脉长度、质量并勾绘叶片的外形轮廓，试验重复6～12次。②新叶片燃烧试验方法：由于新叶在100%高氧气氛下能被点燃但火源撤离后燃烧不能持续，故改用垂直燃烧试验，所用的仪器为水平垂直燃烧测定仪。试验前在叶尖端宽度为30 mm处将叶尖剪掉，使叶柄端在上、叶尖端在下放入仪器试样夹。燃烧试验时间为该仪器已预设的12 s，从下端点火。试验前、后分别测定叶片的叶脉长度、质量并勾绘叶片的外形轮廓，试验重复5次。③活茎/枝燃烧试验方法：选择旱冬瓜活枝为对比样品进行点燃试验，分别用相近质量、相近尺寸（直径、体积）的2组样品进行试验，对老茎、新茎分别进行制样。将点着温度测定仪温度升高到280℃，然后同时放入紫茎泽兰活茎试件和旱冬瓜活枝的对比样品，继续升温并测定引燃时间和温度，试验重复3次。④干枯茎/枝燃烧试验方法：选择华山松干枝为对比样品，燃烧试验所需的50%氧气氛、50%氮气氛条件由氧指数仪提供，混合气体流量为10 L·min－1。试验前将紫茎泽兰干枯茎、华山松干枝放入室内进行1个月状态调节。燃烧试验的试件长度为130 mm。从上端点火，记录从开始点火至有焰燃烧熄灭的时间。根据试件长度、质量及燃烧时间分别计算燃烧线速率和质量损失速率。⑤干枯茎/枝干燥试验方法：根据直径大小将紫茎泽兰干茎和华山松干枝各分成2组，紫茎泽兰干茎第1组和第2组平均直径分别为0.699 cm和0.445 cm，华山松干枝第1组和第2组平均直径分别为0.695 cm和0.477 cm。每个径级样品制备5个试件，各试件长度相同。将各组试件放入水中浸泡12 h后取出，待试件表面的水分自然蒸发后，用天平称量潮湿试件质量，然后将各组试件同时放到105℃的烘箱进行干燥，隔1 h测定1次各组试件质量。

1.2.5 叶片燃烧速率的计算方法 根据燃烧试验前后叶脉长度、叶片质量、叶片面积和燃烧时间计算绝对燃烧速率和相对燃烧速率，其中绝对燃烧速率分为绝对线速率、绝对面积损失速率、绝对质量损失速率共3个指标，代表单位时间内损毁的叶脉长度、叶片面积、叶片质量；相对燃烧速率分为相对线速率、相对面积损失速率、相对质量损失速率共3个指标，分别代表单位时间内损毁的叶脉长度、叶片面积、叶片质量的百分比。

1.2.6 叶片损毁程度的测定方法 损毁程度同样可以分为绝对损毁程度和相对损毁程度，其中绝对损毁程度又分为绝对损毁长度、绝对损毁面积、绝对损毁质量共3个指标，表示燃烧试验过程中损毁的叶脉长度、叶片面积和叶片质量；相对损毁程度又分为相对损毁长度、相对损毁面积、相对损毁质量共3个指标，分别表示燃烧试验造成叶脉长度、叶片面积和质量的损毁比率。

2 结果与分析

2.1 老活叶片的燃烧性

从表2可以看出：6种植物的绝对线速率、绝对质量速率、相对线速率3项指标相差不大。与2种藤本和3种木本植物相比，紫茎泽兰老叶片的含水率最高，绝对面积速率最小。而紫茎泽兰、中华常春藤Hedera nepalensis var.sinensis，常春油麻藤Mucuna sempervirens，大叶女贞Ligustrum lucidum的绝对面积速率、相对面积速率也相差不大。6种植物的绝对质量损失速率相差不大，但相对损毁程度相差很大。总体上看，紫茎泽兰老叶片的燃烧性、耐火性与中华常春藤、常春油麻藤和大叶女贞相近，但损毁程度远低于滇青冈和滇润楠。

2.2 新叶片的燃烧性

从表3可以看出：与2种藤本、3种木本植物相比，紫茎泽兰新叶的含水率最高，但6项燃烧速率指标却都是最大的，而损毁程度各项指标均居中，其中绝对损毁长度小于桂花Osmanthus fragrans和白玉兰Magnolia denudata，绝对损毁面积小于枫香Liquidamba formosana，绝对损毁质量小于白玉兰，相对损毁长度、面积小于桂花和枫香，相对损毁质量小于常春油麻藤、桂花和枫香。

2.3 活茎的燃烧性

从表4和表5可以看出：紫茎泽兰新茎含水率远远高于紫茎泽兰老茎和旱冬瓜多年生活枝。在质量相近的情况下，紫茎泽兰新茎的着火时间、着火温度均大于紫茎泽兰老茎，但相差不大，紫茎泽兰新茎和老茎的着火时间、着火温度均远远大于旱冬瓜活枝。在尺寸相近的情况下，平均着火时间、着火温度的顺序均为紫茎泽兰老茎＞紫茎泽兰新茎＞旱冬瓜活枝，即在质量相近或尺寸相近的情况下，紫茎泽兰活茎均较旱冬瓜活枝难燃。

表2 紫茎泽兰与对比植物老活叶片的燃烧速率及损毁程度Table2 Burning rate and damage degree of old-living-leaves of Eupatorium adenophorum and comparative species

表3 紫茎泽兰与对比植物新叶片垂直燃烧速率及损毁程度Table3 Burning rate and damage degree of new-leaves of Eupatorium adenophorum and comparative species

表4 相近质量紫茎泽兰活茎与旱冬瓜活枝平均着火时间和着火温度Table4 Ignition time and temperature of samples in terms of similar quality

表5 相近尺寸紫茎泽兰活茎与旱冬瓜活枝平均着火时间、温度Table5 Ignition time and temperature of samples in terms of similar dimensions

2.4 干枯茎的燃烧性与干燥失水特性

从表6可以看出：不同紫茎泽兰干枯茎与华山松干枯枝试件直径、密度相差较大，燃烧速率也相差较大，总体上看，试件的直径、密度越大，燃烧速率越小。在直径相近的情况下，紫茎泽兰干枯茎的燃烧速率大于华山松干枯枝的燃烧速率，即紫茎泽兰干枯茎较华山松干枯枝易燃，这可以从图1得到验证，即在2个径级的分别比较中，虽然经浸泡后紫茎泽兰干枯茎含水率较华山松干枯枝高，但失水较华山松干枯枝失水快，这是紫茎泽兰干枯茎较华山松干枯枝易燃的重要原因之一。

表6 紫茎泽兰干枯茎与华山松干枯枝在50%氧气氛下的燃烧速率Table6 Burning rate of samples under oxygen concentration of 50%

表6（续）

3 讨论

通过对比试验可以看出：紫茎泽兰活茎叶较难燃，而干枯茎较易燃的华山松枝燃烧性强，即紫茎泽兰茎叶的燃烧性具有双重性。生土隔离带等干旱地段上的紫茎泽兰茎叶在防火期内干燥易燃，需要预防紫茎泽兰的入侵。而沟谷等潮湿地段上的紫茎泽兰茎叶在防火期内仍然具有生活力，灭火时，对于连续分布具有生活力的紫茎泽兰，可以作为阻燃物加以利用。

高氧气氛下的燃烧、垂直燃烧等试验方法都是室内装修装饰材料的阻燃性研究中常用的成熟方法，对于森林可燃物研究而言，却是一种新的方法，国内仅见李世友[17－18]将高氧气氛下的燃烧试验用于植物活枝燃烧性、树皮阻燃性评价方面的研究。紫茎泽兰的个体差异性也较大，有时位置相近、生境相似的2株植物在物候上却有较大差别，导致其燃烧性差别较大。本研究取样的时间、地点、数量有限，根据一次取样的实验结果难以全面地反映这种差别，今后需结合紫茎泽兰的生物学、生态学特性，对其进行更为系统的研究。

图1 105℃条件下样品质量变化曲线Figure1 Mass curves under 105℃

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