水喷淋对森林公园防火林带小气候的影响研究

朱卫东+陈钰皓+何莹泉+陈雄伟+李小川+王振师

摘要：采用自动水喷淋系统对森林公园防火林带进行了喷淋试验，对喷淋样地与对照样地内的小气候因素：风速、大气压、空气相对湿度、空气温度等数据进行了观测分析。结果表明：经过喷淋的样地内风速、气压、空气相对湿度、空气温度等都有较为明显的变化。可见森林公园防火林带内的小气候通过喷淋系统喷洒后是有一定变化过程的。

关键词：水喷淋；防火林带；小气候

中图分类号：S762.3

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）07-0189-04

1 引言

森林小气候是由森林以及林冠下灌木丛和草被等形成的一种特殊小气候[1]。小气候对植物生长发育具有重要的作用，从而影响森林生态系统的结构与功能，而影响森林小气候的因素有很多，主要有林内的太阳辐射、风速风向、大气压、空气温度、空气相对湿度、降水量、蒸发量等。而森林火灾后，林地小气候的变化与火灾程度存在一定的相关性。

对于消灭森林火灾最有效可靠的方法之一是以水灭火[2]。通过自动水喷淋系统的喷洒，调节森林公园防火林带内的风速、大气压、空气温度、空气相对湿度等的数据变化，改变林带内的小气候，促进水喷淋对提高防火林带的防火作用和促进植物生长作用。

2 试验地概况

试验地位于东莞市大屏嶂森林公园内森林防火系统研究示范基地，地理坐标为东经113°59′7″～114°1′11″，北纬20°45′44″～22°49′25″之间。属南亚热带季风气候，受季风和气候影响，形成高温多雨的气候特点，年降雨量1500～2400 mm，有夏秋多雨，春冬干旱的特点。平均气温21.8 ℃，无霜期350 d以上。该防火研究示范基地郁闭度为0.6～0.8，主要森林植被为人工阔叶林，林分树种主要有马占相思林、荷木、罗浮栲、鸭脚木、香樟、腺叶樱、黎蒴、青冈、中华锥等。在山坑、沟谷阴坡保留少量的次生地带性植被-南亚热带季风常绿阔叶林（表1）。

3 试验材料与方法

3.1 试验仪器

AR-816希玛风速计；土壤温湿度检测仪；德国TESTO 610 空气湿度和温度测定仪；德图TESTO 606-2木材水份仪。

3.2 试验方法

在一条300 m长的给水喷淋防火带（表1）（专利号：ZL 2015 2 0845494.3）上设立A、B、C为喷淋测试点，另设立D、E、F为非喷淋测试点，每点分别在上坡位5 m，下坡位5 m和10 m设立调查样方。并在样地内进行了水喷淋前后试验，然后对样地的环境因素：太阳辐射照度、空气温度、土壤湿度和空气相对湿度、空气湿度、大气压、风速等进行数据观测采集。观察期为：2016年2月27日9点至3月3日11点，喷淋前（2016年2月27日9点至2月29日11点）、喷淋后（2016年2月29日13点至3月3日11点），样点布置如图1所示。

运用Microsoft excel 2010 进行数据整理，并采用SPS20.0软件对数据进行差异性分析和回归分析。

4 结果与分析

4.1 水喷淋对于森林公园防火林带内风速影响

风在林火预报中是一个十分重要的因子。它可以加快可燃物水分蒸发，加速干燥而使可燃物易燃，不断补充新的氧气，增加助燃条件，加速燃烧过程。此外，风能改变热对流，增加平热流，大大加快林火向前蔓延的速度，有时还会造成飞火，扩大火灾面积[3]。因此，风速是作为间接因子来考虑对可燃物含水率的影响（表2和表3）。

在试验样地内感觉有微风吹下即为可测风力，可使用风速仪举到测试高度，判断风向，转動风速仪正对来风方向，读取和记载稳定风速数值。

通过对2016年2月27日9时至3月3日11时的喷淋和对照各样地林内测定的风速平均值分析发现样地A点和F点处于山坳位置，明显风速平均值较高，样地B、C、D、E点处于林内，风速平均值持平，无明显变化。

从表2、3可知，观察期内喷淋前，喷淋样地林内风速-对照样地风速计算出的T统计值分别为-2.733、-4.552，其对应的临界置信水平均小于0.05，因此拒绝T检验的原假设，即表明喷淋前、后喷淋样地林内的风速-对照样地的风速之间无显著差异。但是对于山谷和山脊等地的风速是可以加快林火向前蔓延的速度，有时还会造成飞火，扩大火灾面积，在森林防火中，是值得重视的因素。

4.2 水喷淋对于森林公园防火林带内大气压影响

在诸种气象条件中，大气压的变化跟天气有密切的关系[4]，大气压随空气湿度的增大而减小。通过水喷淋增加空气湿度，降低空气压，抑制氮气、氧气及二氧化碳等多种气体散发，防止森林火灾的蔓延。

通过对2016年2月27日9时至3月3日11时的喷淋和对照各样地林内测定的大气压平均值的统计分析发现喷淋样地A、B、C点内的大气压数值有明显下降。对照样地D、E、F点内气压数值也有所下降， 足以证明水喷淋对于森林公园防火林带内的大气压是有影响的。

从表4、5可知，观察期内，喷淋样地林内气压-对照样地气压计算出的T统计值为58.208，其对应的临界置信水平小于0.05，因此拒绝T检验的原假设，既表明喷淋样地林内的气压-对照样地的气压之间有显著差异。喷淋样地林内的气压均高于对照样地的气压，喷淋前后，大气压的变化对于森林火灾的抑制是有一定作用的。

4.3 水喷淋对于森林公园防火林带内空气相对湿度影响

空气相对湿度是火险天气中的关键因素，相对湿度的大小，直接影响到可燃物的干湿程度，随着湿度的减少，可燃物的干燥速度不断加快（表6和表7）。

通过对2016年2月27日9时至3月3日11时的喷淋和对照各样地林内测定的空气相对湿度平均值的统计分析，发现对照时，喷淋样地A、B、C点的空气相对湿度值比对照样地D、E、F点的值高。经过喷淋后，喷淋样地A、B、C点的空气相对湿度平均值最高。

从表6、7可知，观察期内，喷淋样地林内空气平均相对湿度为57.0%，对照样地林内空气平均相对湿度为53.7%；喷淋前，喷淋样地林内空气平均相对湿度为61.9%，对照样地林内空气平均相对湿度为59.1%；喷淋后，喷淋样地林内空气平均相对湿度为53.0%，对照样地林内空气平均相对湿度为49.4%。

喷淋样地林内空气相对湿度-对照样地空气相对湿度计算出的T统计值为4.271，其对应的临界置信水平小于0.05。即表明喷淋前后喷淋样地林内空气相对湿度-对照样地空气相对湿度之间有显著差异。喷淋后，喷淋样地林内空气平均相对湿度高于对照样地3.6%。因此，水喷淋前后对于森林公园防火林带的空气相对湿度有直接影响。

4.4 水喷淋对于森林公园防火林带内空气温度影响

空气温度对森林可燃物的燃烧性具有重要的影响。高的空气温度能加速水分蒸发，使森林可燃物含水量减少，变得干燥，提高可燃物的燃烧性。因此，如果长时间的高温干燥对火险程度影响越大，越要更加严格控制用火。

通过对2016年2月27日9时到3月3日11时的喷淋和对照各样地林内测定的空气温度平均值的统计分析，发现喷淋样地A、B、C点和对照样地D、E、F点都是上午11∶00开始林内温度持续上升，一直保持到下午17∶00才下降。说明样地内持续温度高的时间较长，对森林防火不利（表8和表9）。

从表8、9可知，观察期内、喷淋后，喷淋样地林内空气温度-对照样地空气温度计算出的T统计值分别为-2.765、-3.202，其对应的临界置信水平小于0.05，因此拒绝T检验的原假设，既表明观察期内、喷淋后喷淋样地林内空气温度-对照样地空气温度之间有显著差异。林内空气温度变化与实时大气温度基本吻合；喷淋前后，喷淋样地林内空气温度均低于对照样地林内空气温度。因此，水喷淋对于森林公园防火林带内空气温度影响。

5 结论与讨论

通过水喷淋对森林公园防火林带喷淋前后的试验，并对样地内2016年2月27日9时至3月3日11时的环境因素：风速、大气压、空气相对湿度、空气温度等观测数据为基础，通過林内的小气候要素差异性来分析水喷淋是否会影响森林公园防火林带内的森林小气候结论如下。

（1）自动喷淋系统对于改变样地内的小气候：风速、大气压、空气相对湿度、空气温度是有一定的影响，它关系到森林火灾的预防和控制。

（2）样地内小气候数据直接关系着森林火灾智能控制系统，通过空气风速、大气压、湿度、温度以及烟感等数据来连接喷淋系统的启动关闭模块，最终形成森林火灾智能控制和预报系统。

（3）通过自动喷淋系统喷洒，改变防火林带内的风速、空气压力、空气相对湿度和温度等小气候环境，从而改善防火林带内植物生长环境，加快林木生长速度，同时，还防止土壤灰化，对促进枯落物的分解有积极作用。

参考文献：

[1]温 亮.辽东山区人工红松林小气候的影响特征研究[J].林业科学，2016，36（21）：74～78.

[2]赵晓霞，张自学，袁建新.森林火灾对林地小气候的影响[J].气象，2016，16（1）：50～52.

[3]陈亚锋.几种常见森林类型小气候特征研究[D].杭州：浙江农林大学，2011.

[4]刘海军，康跃虎，刘士平.喷灌对农田小气候的影响研究[J].中南林业科技大学学报，2003，11（4）：103～107.