油松辽东栎混交林分可燃物混合比例、载量及坡度对点烧蔓延速度的影响

乔虹，白晋华,南宏伟，李东昌，李浩培，郭晋平

(山西农业大学 林学院，山西 晋中 030801)

油松(Pinustabulaeformis)和辽东栎(Quercuswutaishanica)作为山西乃至黄土高原地区森林资源培育的重要乡土树种，因其有良好的耐寒、耐旱、耐贫瘠的生态学特性，被广泛应用于荒山造林及人工用材林营造。以油松人工林为主形成的森林生态系统，由于树种单一和难以全面及时间伐，导致大部分油松人工林生长情况较差，病虫害严重，林下植被稀少，地力衰退等，严重影响了森林生态系统生态效益和经济效益的发挥[1]，其林下枯落物分解难，可燃物积累较多且易燃性强，在华北地区春秋两个防火期内，遇到连续不降水的情况时，森林火灾发生的概率会大大增加[2]。油松辽东栎混交林作为暖温带地带性演替顶级群落，结构稳定，群落生物多样性高，具有良好的生态功能和经营价值[3，4]，通过对油松辽东栎混交林的营林抚育和经营管理，可以改善其生长环境，尤其是增加林内光照水平，进而改变林内草本、灌木及林下微生物多样性和林地凋落物的组成与分解特征，促进林下凋落物的分解和增加土壤酶活性和土壤碳能量等，并能有效降低其地表火发生的潜在危险性。为此，本试验通过室内点烧试验，模拟连续无降水条件下，研究可燃物混合比例、载量及坡度对油松辽东栎混合可燃物点烧蔓延速度的影响，以期为油松辽东栎针阔混交林的地表可燃物管理提供基础理论依据。

1 研究区概况

研究地位于山西省晋中市太谷县国营林场，地处太行山与太岳山交汇处，地理坐标112°37′30″ E，37°27′32″ N，东西长约22.5 km，南北长约21.0 km。林场境内地形起伏，由中度切割的石质山和土石山组成，海拔910～1 873 m，属于中低山天然林区。区域内气候温和干燥，年均温9.8 ℃，年降水量460 mm，年日照2 700 h，无霜期125 d。土壤多为石质土和褐土，林场主要树种为油松、辽东栎、刺槐、山杨、黄刺玫、沙棘、胡枝子等。

2 研究方法

本模拟试验在连续无降水条件下，研究油松和辽东栎凋落叶混合可燃物的火行为特征。试验因子为油松针叶与辽东栎阔叶的混合比例、可燃物载量和燃烧床的坡度。其中，混合比例设置6个水平，即0∶5(针叶∶阔叶，下同)、1∶4、2∶3、3∶2、4∶1、5∶0，为方便讨论，在后文中统一使用针叶比例来说明，即针叶比例依次为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0；载量设4个水平，分别为4 t·hm-2、6 t·hm-2、8 t·hm-2、10 t·hm-2，误差不超过±0.5%；坡度设3个水平，分别为0°、10°、20°，误差不超过±0.5°。共计进行6×4×3=72次点烧试验。

试验所需的油松和辽东栎凋落叶，采集于山西省太谷县国营林场，于2016年4月初一次性采样并带回储存在实验室内。在点烧试验开始前，先进行油松辽东栎凋落叶混合可燃物的室内失水试验，以含水率为10%作为控制的目标含水率。之后将准备好的材料均匀铺在燃烧床上进行点烧试验。试验中的蔓延速度R相邻两个标记点间的距离(0.2 m)除以火头前进时经过相邻两个标记点所用的时间，每一次点烧试验共计可以得到10个这样的测量值，为了避免测量误差引起的试验误差，在计算时去掉1个最大值和1个最小值，取剩余8次的平均值作为最终的点烧蔓延速度的观测值。最后试验数据用SPSS22.0软件对72次点烧试验的结果进行统计分析。

3 结果与分析

点烧试验蔓延速度基本情况如表1所示。从表1中能够看出油松辽东栎凋落叶可燃物点烧蔓延速度的范围从0.17～2.85 m·min-1，均值为1.04 m·min-1，从75%区间值来看，多数点烧试验蔓延速度不超过1.69 m·min-1。

表1 蔓延速度统计数据

3.1 针叶比例对蔓延速度的影响

不同可燃物混合比例点烧蔓延速度的方差分析结果见表2。从表2中可以看出，混合比例为0，与混合比例为0.2、0.4、0.6之间蔓延速度无显著差异，与混合比例为0.8、1.0之间蔓延速度有显著差异，火蔓延速度随着可燃物中混合比例的增加而加快；混合比例为0.2，与混合比例为0.4、0.6、0.8、1.0之间火蔓延速度无显著差异，蔓延速度随着可燃物中混合比例的增加而加快；混合比例为0.4，与混合比例为0.6、0.8、1.0之间蔓延速度无显著差异，火蔓延速度随着可燃物中混合比例的增加而加快；混合比例为0.6，与混合比例为0.8、1.0之间蔓延速度无显著差异，蔓延速度随着可燃物中混合比例的增加而加快；混合比例为0.8，与混合比例为1.0之间蔓延速度无显著差异，蔓延速度随着可燃物中混合比例的增加而加快。

表2 不同混合比例蔓延速度方差分析表

注：基于观测到的均值;误差项为均值方(误差)=0.052;*均值差值在0.05级别上显著，**均值差值在0.01级别上极显著差异

3.2 可燃物载量对火蔓延速度的影响

不同可燃物载量火蔓延速度的方差两两比较结果见表3，从表3中可以看出，载量4 t·hm-2与载量6 t·hm-2之间蔓延速度有显著差异，与8 t·hm-2、10 t·hm-2之间的蔓延速度有极显著差异，火蔓延速度随着可燃物载量的增加而加快；载量6 t·hm-2与载量8 t·hm-2、10 t·hm-2之间的蔓延速度有极显著差异，蔓延速度随着可燃物载量的增加而加快；载量8 t·hm-2与载量10 t·hm-2之间的蔓延速度有极显著差异，蔓延速度随着可燃物载量的增加而加快。

表3 不同载量蔓延速度方差分析表

注：基于观测到的均值。误差项为均值方 (误差) =0.052。*均值差值在 0.05 级别上极显著，**均值差值在0.01级别上极显著差异。

3.3 坡度对蔓延速度的影响

不同坡度点烧蔓延速度方差比较结果见表4，从表4中可以看出，坡度0°与坡度10°之间有显著差异，与20°之间的火蔓延速度有极显著差异，蔓延速度随着坡度的增加而加快；坡度10°与坡度20°之间的蔓延速度有极显著差异，火蔓延速度随着坡度的增加而加快。

表4 不同坡度火蔓延速度方差分析表

注：基于观测到的均值。误差项为均值方 (误差) =0.052。*均值差值在 0.05 级别上显著，**均值差值在0.01级别上极显著差异。

4 讨论与结论

4.1 模拟试验结果表明，不同可燃物混合比例、载量和坡度对油松辽东栎凋落物可燃物火烧蔓延速度的变化幅度影响非常大，最小蔓延速度为0.17 m·min-1，最大值为2.85 m·min-1，其中可燃物载量对蔓延速度起主要作用，其次是坡度，混合比例对蔓延速度影响最小。

4.2 可燃物的载量对蔓延速度有极显著的影响，可燃物载量对蔓延速度有极显著影响，载量越大，可燃物点烧蔓延速度越大，降低地表可燃物的载量，能显著降低点烧的蔓延速度，在生产实践中，可以结合可燃物载量调查的结果，对地表可燃物，特别是凋落物载量较多的地区，通过机械清除、计划火烧等途径减少地表可燃物，或采用林地施肥、松针利用等方法加速凋落物分解，使地表可燃物的载量下降，有效地降低林火蔓延速度，从而降低森林火险等级及轻易控制火灾。

4.3 坡度对火蔓延速度有显著影响，坡度越大蔓延速度越大。坡度在0°与10°存在显著差异外，其他各个坡度之间存在极显著差异。对坡度较大的林地，必须人为清理出一定宽度的防火隔离带，以有效地阻隔地表火的蔓延。

4.4 试验结果表明，混合比例对火烧蔓延速度的影响最小，但是混合比例的影响，不仅表现为单纯影响蔓延速度，更重要的是不同混合比例，通过影响林下凋落物的组成、层次结构、分解速度等从而进一步影响到载量[5]，进一步揭示油松凋落叶的分解机理及其动态过程，将具有更重要的意义。

[1] 朱松林. 吕梁山油松和辽东栎人工混交造林技术[J]. 山西林业科技, 2016(3):44-45

[2] 狄丽颖, 张爱国, 张艳丽,等. 山西省森林火灾的年变化特点和致灾原因分析[J]. 森林防火,2007(2):19-22

[3] 焦文婧, 郭东罡, 张婕,等. 灵空山自然保护区油松-辽东栎林建群种关联性[J]. 生态学杂志, 2012(12):3050-3057

[4] 霍萌萌, 郭东罡, 张婕,等. 灵空山油松-辽东栎林乔木树种群落学特征及空间分布格局[J]. 生态学报, 2014(20):5925-5935

[5] 李东昌, 白晋华, 南宏伟. 不同混合比例油松辽东栎凋落叶可燃物失水过程比较[J]. 山西农业科学, 2017(5)：795-798