昆明西山森林公园主要林型地表可燃物的潜在燃烧性

王秋华，肖慧娟，刘文国，杨 伟，冯 爱，李世友，任金鑫

(1.西南林业大学土木工程学院、云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南 昆明 650224；2.西南林业大学林学院，云南 昆明，650224； 3.国家林业局昆明勘察设计院，云南 昆明 650216)

昆明西山森林公园主要林型地表可燃物的潜在燃烧性

王秋华1，肖慧娟2，刘文国3，杨 伟1，冯 爱1，李世友1，任金鑫1

(1.西南林业大学土木工程学院、云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南 昆明 650224；2.西南林业大学林学院，云南 昆明，650224； 3.国家林业局昆明勘察设计院，云南 昆明 650216)

通过外业调查和实验室测定，以单位面积热量为关键指标，研究了昆明西山国家森林公园的华山松、云南油杉、地盘松、麻栎和旱冬瓜5个主要林型地表可燃物的潜在燃烧性。结果表明，地表可燃物潜在燃烧性最强的是华山松，其次为地盘松，最弱的是旱冬瓜，云南油杉和麻栎的潜在燃烧性很接近。5种林型地表可燃物的潜在燃烧性从强到弱依次为华山松、地盘松、云南油杉、麻栎和旱冬瓜。

载量；单位面积热量；潜在燃烧性；地表可燃物；西山国家森林公园

可燃物是森林燃烧的物质条件，是林火行为的主体[1-3]。地表可燃物是地表火发生、扩展的主要物质条件，具有复杂性、多样性和动态变化的特征[4]。森林的燃烧性取决于森林可燃物的种类和数量，并与森林植被的特点及环境因子密切相关[5]。森林燃烧性研究集中于林型和树种，如北京八达岭林场森林燃烧性[6-7]，阿尔泰山8个主要林型的燃烧性[8]，黑龙江帽儿山地区主要树种燃烧性[9]，天山中部林区主要树种的燃烧性[10]，湘西南石漠化地区4种植被恢复模式早期林分燃烧性[11]，杨梅等6种常见经济树种的燃烧特性[12]，江西省造林树种燃烧性研究[13]等，以及24种主要地中海式森林可燃物的燃烧性评估[14]，美国西部干旱地区森林的燃烧性[15]，美国内华达山脉森林的燃烧性[16]等。

本文以昆明近郊受人为干扰较少的西山国家森林公园为研究对象，通过外业调查和实验室分析，测定了5种主要林型地表可燃物的载量、热值和灰分含量，以单位面积热量为关键指标来表征地表可燃物的潜在燃烧性，并按照大小进行排序。旨在揭示公园内主要林型地表火发生的难易程度，可能的火行为差异等，从而为国家森林公园的火管理提供有力的依据。

1 研究地概况

昆明西山国家森林公园地处102°37′—102°38′ E、24°57′—24°59′ N，海拔1890～2366 m，面积约16 km2，山势陡峭，山下至山上相对高差约460 m。山体中下部年均温14.7 ℃，最热月均温19.8 ℃，最冷月均温7.7 ℃，年平均气温在10～22 ℃之间，年较差12.1 ℃[17]。全年干湿季节分明，降水量1094.1 mm，每年5—10月为雨季(降水量占全年的88%)，11月—翌年4月为干季(降水量占全年的12% )，其中2—4月降水最少，年均相对湿度74%[18]。土壤类型复杂多样，垂直分异明显，主要有沼泽土、水稻土和红棕壤、棕壤(玄武岩地区)及红色石灰土(石灰岩地区)。该公园除罗汉崖外，均为繁茂的原始次生林，随海拔高度变化森林垂直带谱也十分明显，山体下部是以栎类为主的亚热带常绿阔叶林，山体上部以地盘松、华山松为主的针叶林。

2 研究方法

2.1 样地设置

于2012年3月11日、18日、29日及2013年4月21日、23日(云南省防火紧要期间为3—4月，这时森林火险等级最高，最具有代表性)，连旱天数(连续不下雨的天数，影响到细小可燃物的含水率和地下水位，还影响到粗大可燃物的含水率)分别为7 d、14 d、25 d、8 d、10 d，从山脚至山顶选择森林植被连续分布且具有代表性的林地设置样地。在华山松、地盘松、云南油杉、旱冬瓜和麻栎5个林型内，每个林型各设置3块样地(20 m×10 m)，共计15块样地。

在每个样地内测定树高、密度、胸径、郁闭度等林分因子，用明高海拔仪测海拔、坡度、坡向等地形要素。每个样地沿对角线设置3块1 m×1 m小样方。每个小样方内沿着4个角垂直往下挖至土壤母质，称每个小样方内的所有地表可燃物(包括腐殖质、分解物、草本和小灌木)。沿剖面取样后用便携式电子天平各称鲜重150 g左右装进封口袋密封备用。

2.2 燃烧性指标测定

2.2.1 含水率测定 把样品放入电热鼓风干燥箱内，在85 ℃下连续24 h烘至绝干，用电子天平称绝干质量，用公式计算出每个样方内不同种类可燃物绝干含水率(%)。绝干含水率=(鲜质量-绝干质量)/绝干质量×100%。

2.2.2 载量计算 根据样方内可燃物的鲜重和含水率计算出可燃物的载量(kg·m-2)。可燃物载量=样方内可燃物绝干质量/样方面积。

2.2.3 热值测定 用XRY-1C微机氧弹式热量计，采用量热法测定样品的热值(J·g-1)。计算公式为：Q=k[(T-T0)+△t]/G，式中：Q为预测可燃物的发热量(J·g-1)；k为水当量(J·℃-1)；T0为点燃前的温度(℃)；T为点燃后的温度(℃)；△t为温度校正值(℃)；G为样品质量(g)。

2.2.4 灰分含量的测定 采用干灰化法，即样品在箱式电阻炉(马弗炉)550 ℃下灰化5 h 后测定其灰分所占的比例。每个试样重复3次，取平均值。计算公式为：灰分含量=灰分质量/烘干样品质量×100%。

2.3 数据处理

用SPSS 18.0对数据进行处理，用Excel 2007作图。

3 结果与分析

3.1 主要林型的特征

经外业调查和样地设置，在西山国家森林公园东南坡，从山顶至山脚主要有华山松(PinusarmandiiFranch.)和云南油杉(KeteleeriaevelynianaMast.)，在西坡主要有地盘松(PiuusyunnanensisVar.Paamaea)、麻栎(QuercusacutissimaCarr.)和旱冬瓜(AlnusnepalensisD.Don)。从林分密度、林龄、郁闭度、树高和胸径等，以及坡度、坡向等地形因子都具有代表性，具备西山国家森林公园5个主要林型的基本特征。地盘松的主干不明显，紧贴地表，且非常茂密，无法进入，在此忽略不计密度[19]。详见表1。

表1 西山国家森林公园5种主要林型的特征

3.2 主要林型的燃烧性

3.2.1 含水率和载量 由表2可知，华山松地表可燃物含水率为11.78%～14.39%，平均(13.61±1.22)%；载量为(6.01±1.64) kg·m-2，在5种林型里最高。因为华山松样地为中龄林，基本完成了自然整枝，近年没有进行人工抚育，林下凋落物多，再加上近年持续干旱，林下的灌木和杂草大量死亡，也增加了地表可燃物的量。

表2 主要林型可燃物的含水率、载量、灰分含量和热值

云南油杉林地表可燃物含水率为13.72%～33.94%，平均(21.21±9.64)%；载量为(3.82±1.05) kg·m-2，达到了一个比较高的值。云南油杉林内较潮湿，生长较缓慢，林下有少量灌木和大量紫茎泽兰(植株死亡、干枯后，叶子挂在茎秆上，是地表火转换成树冠火的有效载体)。

旱冬瓜林地表可燃物含水率为10.19%～29.46%，平均(17.04±6.89)%；载量为(1.96±0.79) kg·m-2，在5种林型里最低。因为旱冬瓜喜温凉湿润的气候条件，要求年降水量800 mm 以上，相对湿度70% 以上[20]，干旱使林冠稀疏，林相较整齐，林分结构简单，多为单层林，叶片大而薄，极易分解，同时，林内比较干净，很少有灌木和草本。

麻栎林地表可燃物含水率为8.16%～29.28%，平均(15.59±7.12)%；载量为(2.66±1.37) kg·m-2。麻栎是落叶、喜光树种，喜欢在光线充足，土壤深厚的山坡地上生长，不能在林冠下生长，纯林多为中幼龄林或萌生矮林，单层林，林冠整齐，林下枯枝相对较少。

地盘松林地表可燃物含水率为3.69%～12.62%，平均(8.64±4.54)%；载量为(5.41±2.13) kg·m-2，在5种林型中居第二。这和地盘松的生长特性有关：无明显主干，近地表呈盘状，贴伏地面，林内多枯死的枝条，属耐旱植物，连片出现，林内干燥。同时，大量的灌木与地盘松竞争，高度已经超过地盘松。但干旱也使灌木部分死亡，增加了可燃物的量。

3.2.2 热值及单位面积热量 在燃烧的过程中，热值影响着火温度和火的蔓延过程，与火强度有关，热值越大，火强度也越大[21-22]。在美国的很多火行为模型里都用热值这个指标，如BehavePluse火行为模型[23-24]。灰分是可燃物中的矿物质，主要有钠、钾、钙、镁和硅等，各种矿物质通过催化纤维素的反应，增加木炭和减少焦油的形成，降低火强度，因此，灰分含量高的可燃物不容易燃烧[25]。干重热值与灰分含量具有极显著的线性相关，灰分含量越高，干重热值越小[26]。在本文中，用单位面积热量，即单位面积可燃物在绝干状态完全燃烧所释放出的所有热量(热值与载量的乘积)来比较不同林型地表可燃物在燃烧过程中可能释放的热量，并作为一个关键指标来评价地表可燃物的潜在燃烧性，也就是在理想状态下可能释放出的所有能量，以此来评估火影响和火损失等。

由图1可知，地表可燃物单位面积热量最高的是华山松林，达到了130549 kJ·m-2，约为地盘松林117392 kJ·m-2的1.11倍，约为最低的旱冬瓜林34224 kJ·m-2的3.81倍；麻栎林约为旱冬瓜林的1.65倍，而云南油杉林与麻栎林很接近，约为麻栎林的1.14倍。

华山松林地表可燃物的单位面积热值最高，与林分特征、生长特性有关：华山松为常绿针叶树种，较喜光，喜温凉湿润的气候和深厚肥沃、湿润排水良好的中、偏酸性土壤，由于近年连续干旱，华山松的叶子、小枝死亡较多，地表的灌木和草本也大量死亡，导致地表可燃物的载量大增，达到了(6.01±1.64) kg·m-2。燃烧性与地表可燃物的理化性质有关，尽管灰分含量最高，为(6.78±1.52)%，但热值达到了21722 kJ·kg-1，在5种林型里也最高。

云南油杉林地表可燃物单位面积热量为64184 kJ·m-2，与麻栎林差距不大，多了约12.17%；灰分含量为(6.33±1.26)%；热值最低，为16802 kJ·kg-1。云南油杉的树皮厚、含水率低，导热性差，内表面升温速率低，树皮对树干活组织有很强的保护作用[27]。但云南油杉林地表可燃物单位面积热量较高，原因可能为持续干旱下载量增加很快，特别是林下的紫茎泽兰(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单位面积热量最低，为34224 kJ·m-2，原因是旱冬瓜林的灰分含量较低，为(3.24～4.15)%，平均为(4.10±0.78)%；而热值也较低，为17461 kJ·kg-1；同时，地表可燃物的载量也最低，为(1.96±0.79) kg·m-2。

麻栎林地表可燃物单位面积热量较低，为56373 kJ·m-2，约为旱冬瓜林的1.65倍，但只有华山松林的43.18%，地盘松林的48.02%，云南油杉林的87.83%。麻栎是落叶阔叶林，3、4月份已经萌发大量的新叶，但地表仍有不少的可燃物，载量为(0.75～3.86) kg·m-2，平均为(2.66±1.37) kg·m-2。灰分含量为(4.54～7.04)%，平均为(5.92±1.28)%，热值较高，达到了21193 kJ·kg-1。

图1 5种主要林型单位面积热量

地盘松林地表可燃物的单位面积热值达到了117392 kJ·m-2，居第二。因为地盘松属耐旱植物，连片出现，林内干燥，密度极大，人几乎无法进入；主干不明显，贴伏地面，基部生多干，呈丛生状，叶易燃，常生长在干燥、瘠薄的阳坡，形成高山矮林或灌丛，林分易燃；地盘松多为“纯林”，林内枯死的枝条较多，载量达到了(5.41±2.13) kg·m-2，为5种林型中的第二。同时，灰分含量为(2.63～3.87)%，平均为(3.41±0.91)%，热值较高，平均为21699 kJ·kg-1(表2)。

4 结论与讨论

5种林型地表可燃物载量最高的是华山松林，达到(6.01±1.64) kg·m-2；最低是旱冬瓜林为(1.96±0.79) kg·m-2，相差3.07倍。这和各种林型的生长特性、林下植被有关，特别是地盘松林，呈盘状，贴伏地面，且连片出现，林内密度极大，可燃物丰富；而旱冬瓜林的叶片大而薄，极易分解，自身积累的可燃物不多。单位面积热量最高的是华山松林，达到了130549 kJ·m-2；最低为旱冬瓜林，为34224 kJ·m-2，相差3.81倍；麻栎林约为旱冬瓜林的1.65倍；云南油杉林约为麻栎林的1.14倍。

单位面积热量是可燃物着火后可能释放的热量，能够评估火烧的损失和火烧对森林生态系统的影响。运用单位面积热量对地表可燃物的潜在燃烧性进行比较，潜在燃烧性最强的是华山松林，最弱的是旱冬瓜林，而云南油杉林和麻栎林比较接近。因此，5种林型地表可燃物的潜在燃烧性从强到弱依次为华山松林、地盘松林、云南油杉林、麻栎林和旱冬瓜林。研究结果能够改进西山国家森林公园的林火管理：结合潜在燃烧性进行火险区划特别是重点火险监控区域的划分；防火期(防火紧要期)制定日常巡护、重点看守路线，专业扑火队力量的部署实现重点布防、快速出击、控制火灾的发生等。

本文基于云南省特别是昆明地区持续4 a(2009—2013年)干旱的背景，连续2 a对西山国家森林公园5个主要林型地表可燃物的潜在燃烧性进行研究。以后将继续进行系统研究，掌握森林可燃物潜在燃烧性的动态变化特征，从而为西山森林公园的火灾风险性评估和潜在的林火行为研究提供基础理论。

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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，FENG Ai1，LI Shi-you1，REN Jin-xin1

(1.CollegeofCivilEngineering，SouthwestForestryUniversity，YunnanKeyLaboratoryofForestDisasterWarningandControl，Kunming650224，Fujian，China； 2.CollegeofForestry，SouthwestForestryUniversity，Kunming650224，Fujian，China； 3.KumingExploration&DesignInstitute，StateForestryAdministration，Kunming650216，Fujian，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

云南省应用基础研究计划(2011FZ136);云南省教育厅科研项目(2011Y279)

王秋华(1978—)，男，福建长汀人，西南林业大学副教授，博士，从事森林防火教学、科研工作。E-mail:qhwang2010@163.com。

S762.1

A

1002-7351(2014)01-0040-05