昆明地区常见壳斗科植物鲜叶的燃烧性

张桥蓉，郭 毅，吕维志，骆书林

(西南林业大学 消防研究所 土木工程学院，云南 昆明650224)

森林火灾是世界八大自然灾害之一，因其突发性强、破坏性大、处置救助困难等而被广泛关注。如何有效地预防森林火灾的发生，在一定程度上减小森林火灾的危害，成为研究热点[1]。作为森林火灾物质基础的森林可燃物，其燃烧性质在很大程度上取决于构成森林的树种。树种不同，其燃烧性也不同。对于树种的燃烧性研究，从研究区域来看，我国已开展了黑龙江[2-4]、江西[5-9]、江苏[10]、广西[1]、云南[11-13]、新疆[14]等地主要树种的燃烧性研究；从研究方法上来看，有基于叶、小枝、树皮等的理化性质结合树种生物学和生态学特性利用生物统计分析方法进行间接研究[3-5]，有利用锥形量热仪[15-17]或热重[18]等热分析方法进行研究，有利用活叶、小枝直接燃烧方法进行研究[12-14]，还有基于高浓度氧条件下的直接燃烧试验[13，21-22]；从材料选择上来看，有研究活小枝叶[11-13]和死枯落物、树皮[15-18]等。但是对于同一科内不同树种的燃烧性比较研究较少，尤其是组成常绿阔叶林的四大科之一的壳斗科。昆明地处亚热带常绿阔叶林带，干湿季节分明，旱季时间长、降雨量少，是云南省和全国的森林火灾多发区和重灾区[13]。壳斗科植物是昆明森林的重要组成部分，常受到森林火灾的危害。研究昆明地区常见的壳斗科植物的燃烧性，可以为该地区的森林火灾预防、扑救等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品的采集

在滇中地区发生的树冠火灾中，活叶是燃烧的主体[13]，故选择老叶为试验对象。于2019年4月，在昆明西山区采集昆明地区常见的6种壳斗科植物鲜叶作为研究材料，即：高山栲(Castanopsis delavayi)、滇石栎(Lithocarpus dealbatus)、毛脉高山栎(Quercus rehderiana)、木姜叶柯(L.litseifolius)、长穂高山栎 (Q.longispica)、 滇青冈(Cyclobalanopsis glaucoides)。每种植物采集多株树木1m左右的带叶枝条，并进行编号，同时用湿布包裹好样品以减少水分的散失，立即带回实验室，选取每个枝条上外形相似、位置相邻、健康完整的两组老叶，一组用于直接燃烧实验，一组用于含水率测定，实验重复3次。剩余的老叶，用于理化性质的测定。

1.2 理化性质的测定

含水率测定采用105℃烘干恒重法，取相对含水率。抽提物含量测定采用索式残余法。热值测定采用微机氧弹式热量计法。灰分含量测定采用干灰化法。

1.3 样品的燃烧试验

试验前在白纸上用铅笔勾画出叶片的轮廓及叶脉，用1/10000的天平测定质量。燃烧试验结束后，将叶片残余部分的轮廓在原叶片轮廓上勾出，并测定其剩余质量。

试验采用自行设计的燃烧装置(见图1)。将样品以叶尖在上、叶柄在下的方式在燃烧罐样品夹上固定好。在燃烧罐的四方，分别接上氧气进气管，进气管连通流量计，将氧气的流速调节在15L/min，在向罐内稳定输入氧气30s后，用自制的点火器(在空气中火焰长度为30mm)从叶尖处点火，点燃后移开点火器，用秒表记录持续鲜叶的开始燃烧时间，记录燃烧现象。待燃烧熄灭后，记录燃烧时间，测定残余叶片质量。

采用文献[19-20]中的“不规则多边形面积测量”软件测定燃烧试验前后叶片的面积，并计算鲜叶单位面积质量。参照文献[21-22]计算鲜叶的燃烧速率和损毁程度。其中燃烧的速率用绝对线速率V1、绝对面积损失速率V2、绝对质量损失速率V3、相对线速率V4、相对面积损失速率V5、相对质量损失速率V6共6个指标表述，损毁程度用绝对损毁长度S1、绝对损毁面积S2、绝对损毁质量S3、相对损毁长度S4、相对损毁面积S5、相对损毁质量S6共6个指标表述。

图1 鲜叶燃烧试验装置示意图Figure 1 Schematic diagram of combustion test device

2 结果与分析

6种壳斗科植物鲜叶的理化性质测定结果见表1，鲜叶在纯氧条件下的燃烧试验结果见表2。

表1 鲜叶的理化性质测定结果Table 1 Determination of physical and chemical properties of fresh leaves

由表2可以看出，6种壳斗科植物鲜叶在纯氧中燃烧，其相对损毁程度都达到了100%，结合表1，表明无论是低含水率的滇青冈(40.17%)，还是含水率较高的高山栲(49.84%)，全部鲜叶都能够烧完。从燃烧速率来看，绝对线速率和绝对质量损失速率差别不是很大，但6种鲜叶的相对速率却有明显的差别，长穗高山栎、毛脉高山栎、高山栲、滇石栎的相对燃烧速率明显快于滇青冈和木姜叶柯。与以往使用相近方法研究结果相比，6种壳斗科植物鲜叶较中华猕猴桃(Actinidia chinensis)、藤三七(Anredera cordifolia)、三叶地锦(Parthencissus semicordata)、紫藤(Wisteria sinensis)、石岩枫(Mallotus repandus)、叶子花(Bougainvillea glabra)、三叶爬崖藤(Tetrastigma hemsleyanum)、常春藤(Hedera nepalensis var.sinensis)、常春油麻藤(Mucuna sempervirens)等昆明地区常见藤本植物鲜叶易燃[22]，也较大白花杜鹃(Rhododendron decorum)、水红木(Viburnum cylindricum)、野八角(Illicium simonsii)、云南野山茶(Camellia pitardii)、云南樟(Cinnamomum glanduliferum)5种昆明地区常见森林植物鲜叶易燃[13]。与同属壳斗科植物的元江栲(C.orthacantha)相比，6种鲜叶燃烧的相对面积损失速率较快，但相对线速率和相对质量损失速率较慢；与同属壳斗科的光叶石栎(L.mairei)相比，木姜叶柯和滇青冈的燃烧相对速率与其(1.8%/s)相近。

表2 鲜叶的燃烧试验结果Table 2 Combustion test results of fresh leaves

从可燃物理化性质角度讲，含水率高、抽提物含量和热值最小，不利于燃烧，而灰分含量少则有利于燃烧。从表1可以看出，6种壳斗科植物中，高山栲鲜叶具有含水率最高、抽提物含量和热值最小、灰分含量和鲜叶单位面积质量最小的特点。但其燃烧的绝对速率却最快，相对速率也较快，这与鲜叶单位面积质量最小有关。因为可燃物厚度小、表面积体积比大，有利于水分蒸发和热分解的进行，从而有利于燃烧。表明鲜叶的燃烧性除了与研究中常用到的含水率、抽提物含量、热值、灰分含量4个理化性质有关外，单位面积质量也是影响其燃烧性的一个重要物理性质。

3 结论与讨论

用自行设计的燃烧试验装置，对昆明地区常见的6种壳斗科植物鲜叶进行了纯氧条件下的直接燃烧试验，6种壳斗科植物鲜叶在纯氧中的损毁程度都达到了100%，且燃烧相对速率较快，均属于易燃植物。相对燃烧速率较快的有长穗高山栎、毛脉高山栎、高山栲、滇石栎，燃烧速率较慢的有滇青冈和木姜叶柯。单位面积质量是影响鲜叶燃烧性的一个重要物理性质。由于本研究取得实验数据较少，未定量分析鲜叶单位面积质量与燃烧性12个指标间的关系。今后可开展单位面积质量与水分蒸发速率、热分解速率的关系研究，从而为定量研究鲜叶单位面积质量与燃烧性的关系奠定基础。