马尾松林地表可燃物载荷及其影响因子分析

周绪佳，闫德民，2，王 鹏，徐 晗

（1.南京森林警察学院，江苏 南京 210023 2.南京森林警察学院 火烧迹地植被恢复与管理重点实验室，江苏 南京 210023）

可燃物载荷量作为可燃物重要的特性之一，是影响燃烧剧烈程度的主要因素之一，已成为森林火灾研究的焦点[1-3]。森林地表可燃物作为森林燃烧基础物质之一，其负荷量的多少直接影响着火蔓延和火强度[4]。迄今为止，许多学者都将目光投向了可燃物的载荷量及其分布特征、碳储量及生物量、燃烧性能及指标、分布及影响因子、可燃物含水率、负荷量建模等方面。

早在上世纪初期，Dubois、Harnby等就已经对林分的某种类型可燃物进行了比较粗犷的探索性研究，开启了森林可燃物研究的大门[5]。紧接着Robert等完成了利用遥感图像对可燃物载荷量等特征的研究；S.Saatchi等利用雷达遥感技术对森林可燃物载量进行了估测，极大程度地提高了精度[6-7]。我国对于森林可燃物负荷量的研究始于20世纪80年代[8]，邸雪颖、刘晓东、胡海清、周涧青[9-12]等对大兴安岭林区地表可燃物负荷量进行了调查，并建立了数学模型；郭利峰、牛树奎等[13]调查了北京八达岭人工油松林不同地形条件下地表枯死可燃物载量，用线性相关分析法对各因子和负荷量进行分析，并建立估测模型；金琳等[14]运用单样本的K-S检验法，对十三陵林场的调查数据进行正态分布检验；王叁等[15]对云南松林可燃物的垂直分布及影响因子进行了分析，并运用国际通用软件CANOCO 4.5完成CCA分析；李成杰[16]对宽甸地区森林类型和地表可燃物负荷量的分布情况进行了研究，发现地表可燃物负荷量的分布与林分密度和林龄有关；赵雪巍[17]对沈阳地区主要林型地表可燃物载荷量及分布进行了研究，发现当林分密度低于一定阈值时，地表可燃物载量明显要高于其他密度，针叶树比阔叶树表现更明显；刘志华、常禹等[18]利用统计学方法，依据时滞分类标准对大兴安岭呼中林区地表死可燃物进行了对比研究；张思玉等[19-20]对芒萁马尾松林下可燃物分布及其燃烧性进行了研究并且对杉木、马尾松人工林地表可燃物的利用潜力进行了分析。

虽然目前国内外在森林地表可燃物方面已经开展了较多研究，但在马尾松林地表可燃物载荷及其影响因子的研究方面仍存在着空白。众所周知，马尾松在我国的分布极广，北自河南，南至两广，东自沿海，西至四川中部，遍布于华中华南各地，是经济价值高，资源较丰富的速生丰产乡土针叶树种，在我国人工林生产中享有重要地位[21]。为了探究不同因子与马尾松林地表可燃物载量的相关性，本研究以南京老山国家森林公园和丁山为实验地点，对马尾松林地表可燃物的载量进行了测定，以期为我国马尾松林火灾预防及可燃物科学管理提供实测数据，为国家森林公园森林防火和可燃物管理提供参考。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究地区概况

样地位于南京市老山国家森林公园与丁山。南京市老山国家森林公园（30°40′N，118°30′E）位于南京市浦口区，横贯浦口区境内，东起浦口高新区，南临长江，北枕滁河，西达安徽和县，总面积80 km2，森林覆盖率高达80%。老山山势呈西南至东北走向，且西段较高，山体由震旦系灰岩、千枚岩及寒武系灰岩、白垩系砂岩等构成，土壤种类受成土母质影响，有石灰土、黄棕壤、紫色土等，气候温和，属于亚热带季风气候，年平均气温15.3℃，无霜期228天，年降水量1000 mm。公园境内植物资源十分丰富，自然植被类型属落叶阔叶与常绿阔叶混交林，主要树种有马尾松、湿地松、火炬松、黑松、水杉、毛竹、刚竹、槐、栎、朴、榉、椿等，林木蓄积量33万m3。

1.2 样地设置与调查

2018年5-12月，在南京市老山国家森林公园和丁山按照不同林龄（幼龄林、中龄林）、不同密度（低密度、中密度、高密度）和不同坡向（阴坡、阳坡）等因子进行踏查，选择符合要求的12种马尾松林样地。样地面积均为20 m×20 m，在每块样地内随机选择1 m×1 m的小样方4～8块不等，经过筛选，共设置了78块有效样方。按照Burrows等[22]提出的可燃物三级分类方法进行样品分类，即：1 h时滞可燃物（直径＜0.64 cm的小枝、树叶及杂草）、10 h时滞可燃物（直径0.64～2.54 cm的细小枝条、树皮、球果等）、100 h时滞可燃物（直径2.54～7.62 cm的枯枝、树皮等）。用塑料袋进行可燃物的分类采集，野外利用手称称量各类可燃物湿重、利用凋落物水分析仪（DUFFDMM600）测量1h时滞可燃物样品的含水率，利用生长锥测定样地内每株马尾松的林龄取平均值，分别记录数据，并用信封在每种样地内取样，带回实验室进行烘干测定其含水率。试验所选取样地的基本概况如表1所示。

1.3 室内分析

将野外采集的各类可燃物样品放入烘箱内，在105℃下连续烘干24 h至恒重，用电子天平称量其干质量（g）。计算样品含水率的公式[13]：

式中，RMC为相对含水率，WH为可燃物湿重（g），WD为可燃物烘干后的绝干重量（g）。

计算样地载荷量的公式[17]：

表1 不同种类马尾松林样地各因子的基本概况

式中，FL为总载荷量（g/㎡），WH为可燃物湿重（g），Q为含水量，S为样地面积（㎡）。

1.4 数据处理

运用Excel软件进行数据整理和统计，利用SPSS18.0软件进行相关性分析和显著性检验，用Pearson相关系数评价不同因子间的相关性，显著性水平设定为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同样地内马尾松林地表可燃物载荷量

根据公式（1）、（2）计算12种样地的各类地表可燃物载荷量，结果如表2所示。

由表2可知，不同林型的马尾松林地表可燃物载荷量差异较大。12种样地中1 h时滞地表可燃物载荷量的分布范围为421.56g/m2～1217.27g/m2，12种样地中10 h时滞地表可燃物载荷量的分布范围为46.12 g/m2～298.69 g/m2,100 h时滞地表可燃物载荷量的分布范围为37.5 g/m2～559.38 g/m2，地表可燃物总载荷量的分布范围为541.77 g/m2～1873.03 g/m2；单就地表可燃物总载荷量而言，超过1500 g/m2的只有3种样地，低于800 g/m2的只有2种样地，大部分样地的总载荷量分布在800 g/m2～1500 g/m2之间；12种样地中6号样地（样地类型为阳坡中龄林高密度）无论是1 h、10 h、100 h时滞地表可燃物载荷量，还是总载荷量都比较突出，而7号样地（样地类型为阴坡幼龄林低密度）无论是1 h、10 h、100 h时滞地表可燃物载荷量，还是总载荷量都最少。由此可以断定不同坡向、树种林龄、林分密度对马尾松林地表可燃物载荷量存在着不同程度的影响。

2.2 坡向对马尾松林地表可燃物载荷量分布的影响

对表1、表2的数据进行整理，利用控制变量法探究坡向、林龄、密度三种因子分别对马尾松林地表可燃物总载荷量的影响，结果分别见图1、图2、图3。

由图1可知，当控制林龄和密度两个变量一致时，无论是幼龄林低密度、幼龄林中密度、幼龄林高密度样地，还是中龄林低密度、中龄林中密度、中龄林高密度样地，对于马尾松林而言，总有阳坡地表可燃物总载荷量大于阴坡地表可燃物总载荷量这一现象。这个结果符合自然的客观规律，阳坡光照条件更充足，导致林内树木长势较好，凋落物相对较多，再加上阳坡林下草、灌植物受到的光照相对于阴坡较多，生长就相对旺盛，致使可燃物分解缓慢，总可燃物载荷量相对增多。

表2 不同影响因子下马尾松林各类地表可燃物载荷量

图1 不同坡向对马尾松林地表可燃物总载荷量的影响

2.3 林龄对马尾松林地表可燃物载荷量分布的影响

图2 不同林龄对马尾松林地表可燃物总载荷量的影响

由图2可知，当控制坡向和密度两个变量一致时，无论是哪种样地，中龄林地表可燃物总载荷量总是高于幼龄林地表可燃物总载荷量。主要原因是随着树种的生长，林分的平均胸径与平均树高相对增加，即林分的生长量相对加快，自然整枝能力增强，导致大量的枯枝落叶脱落，使地表可燃物总载荷量相对增加。

2.4 密度对马尾松林地表可燃物载荷量分布的影响

图3 不同密度对马尾松林地表可燃物总载荷量的影响

由图3可知，当控制坡向和林龄两个变量一致时，在阳坡幼龄林、阳坡中龄林、阴坡幼龄林、阴坡中龄林4种样地中，地表可燃物总载荷量均随着密度的增加而增加。主要原因是实验调查的马尾松林中，幼龄林树种年龄的平均值处于7～14年之间，中龄林树种年龄的平均值处于25～28年之间，两者正好属于马尾松林郁闭前和郁闭后的生长加速期，所以随着林分密度的增加和林分生长量的加快，林内的郁闭度提高，自然整枝能力加强，导致大量枯枝落叶的凋落，再加上枯枝落叶的理化性质不易分解，以及郁闭度的增加会影响林内的小气候，使林内相对湿度较大，风速较小，温度较低，枯落物分解的速度缓慢，大量的可燃物就会常年累积在林地内，使得地表可燃物总载荷量相对增加。

2.5 马尾松林内各因子与地表可燃物载量的相关性分析

由表3可看出，坡向这一因子除了与10 h时滞地表可燃物载荷量呈极显著负相关以外，与其他各类地表可燃物载荷量的相关性都较低；林龄与各类地表可燃物载荷量均呈极显著正相关；密度与10 h时滞地表可燃物载荷量呈极显著正相关，与地表总可燃物载荷量呈显著正相关。从整体上来看，马尾松林内各级地表可燃物载荷量与林龄这一因子的相关性和显著性都要更高，即林龄这一影响因子对于马尾松林内各级地表可燃物载荷量的影响要明显高于其他两种因子。

表3 马尾松林内各因子与地表可燃物载量的相关分析

3 讨论与结论

以往研究表明，当总地表可燃物载量小于2.5 t/hm2时，难以维持正常燃烧；而当总地表可燃物载量大于10 t/hm2时，有发展成大的森林火灾的可能性[23]。所以，研究林分内的地表可燃物载荷量是探究森林防火与探测森林火险的关键要素。在南京老山国家森林公园和丁山地区，马尾松林下地表总可燃物载荷量的平均值为1157.54 g/m2，其中1h时滞地表可燃物占67.95%，10 h时滞地表可燃物占11.8%，100 h时滞地表可燃物占20.25%。虽然相对于周涧青[12]、李成杰[16]等在大兴安岭和宽甸地区所测的数据而言，南京地区马尾松林内的地表可燃物载荷量水平相对较低，但是其仍有发展成大型森林火灾的可能性。

本项研究结果显示，阳坡地表可燃物载荷量要高于阴坡，这与以往研究的结果一致，但坡向只和10 h时滞地表可燃物载荷量呈极显著负相关，与其他各级地表可燃物载荷量的相关性都较低，这一结论与卢中波等[1]的研究结果存在差异。卢中波等的研究结果显示，坡向与1 h时滞和总地表可燃物载荷量呈极显著负相关。这主要是因为本次实验样地地理位置的海拔相对较低，处于阳坡和阴坡中的样地距离相对较近，山上植被没有高海拔山体中那么明显的梯度变化，所以我们虽然证实了马尾松林地表可燃物载量在阳坡比阴坡要高，但两者之间的差异并不显著。

国内有学者研究认为，地表可燃物载荷量有随林龄的增加而减少的趋势[5，16]，或地表可燃物载荷量与林龄相关性不大[12，17]，而本研究结果显示林龄与各类地表可燃物载荷量均呈极显著正相关。这可能是因为本研究所划分的树种林龄正好处于马尾松林的生长加速期阶段，所以会有地表可燃物载荷量随林龄增长而增加的趋势。李成杰[16]、卢中波[1]、李缙[5]等的研究认为地表可燃物载荷量随林分密度增加而减少，而本项研究结果显示，马尾松林下地表可燃物载荷量随林分密度增加而增加，这一结论与郭利峰[13]、赵雪巍[17]等的研究结果基本一致。周涧青等[12]的研究结果显示灌木、草本可燃物负荷量与林分密度呈极显著负相关，1 h、10 h、100 h时滞可燃物负荷量与林分密度呈正相关，地表总可燃物负荷量与林分密度呈负相关，由此可见，地表可燃物负荷量受灌木、草本的影响较大。而本实验调查的地表可燃物载荷量排除了灌木、草本两种可燃物，这也就减少了随着林分密度增加，郁闭度对于林下灌木、草本的影响，此时，随着林分密度的增加，自然整枝能力的增强，马尾松林下地表可燃物的载荷量主要受10 h时滞可燃物的影响，从而出现了密度与10 h时滞地表可燃物载荷量呈极显著正相关，与地表总可燃物载荷量呈显著正相关的结论。

从实验结果来看，在南京老山国家森林公园和丁山的12种样地中，阳坡中龄林高密度的样地载荷量最高，相对而言发生大型森林火灾的可能性较高，所以应注意该种样地内枯枝落叶的定期清理。此外，本研究只讨论了南京市老山国家森林公园与丁山范围内坡向、林龄、密度三大因子对于马尾松地表可燃物载荷量的影响情况，研究结论会存在一定的局限性。