滇中地区附生植物燃烧性的研究

2020-06-18张候飞

森林防火 2020年1期

张候飞

（西南林业大学土木工程学院，云南昆明 650224）

1 引言

云南省位于东经 97°31'～106°11'和北纬 21°8'～29°15'，北回归线贯穿云南省南部。云南年降水量充足，大部分山区潮湿密集，受地形、气候、植被、降雨量等多重因素影响主要呈现亚热带季风气候，同时部分地区呈亚热带、寒温带、高原气候和北方热带气候。云南有很多种植物和动物，被称为“动植物之乡”。历史文化悠久，风景独特，有丽江古城、玉龙雪山、苍山洱海和西双版纳热带雨林等为代表。

云南位于低纬高原，特殊的地形、气候，加上森林类型和火灾原因的复杂性导致了滇中地区消防的复杂性、突发性和艰巨性。云南也是全国各地森林火灾的常见地区。滇中地区为森林火灾的重点防护区，做好滇中地区的林火防护尤为重要[1-5]。开展森林可燃物的燃烧性的研究，可以为滇中地区森林火灾的防护提供有力的科学依据。研究附生植物的燃烧性，它可以更全面地了解云南森林火灾的可燃物及其发生规律，为重点火灾危险区域的管理提供科学依据[6-8]。

有些附生植物不需要土壤提供营养跟水分的需求，其根群附在其他的树干或枝蔓上生长，利用雨露、空气中的水分及有限的腐殖质（腐烂的枯枝残叶或动物排泄物）为生，比如蕨类、兰科的许多种类。附生植物自身可以进行光合作用，不会掠夺所附着的植物养分。附生植物在密闭的雨林中更容易获取阳光，因此在密闭的潮湿森林中生长得更好更快。苔藓类附生植物热值低，但极易燃，给林火的垂直发展提供了快速通道[9-12]。附生植物作为森林可燃物的一个种群，研究其燃烧性能就显得势在必行。

本文主要通过实验对附生植物的燃烧性开展研究，定量计算附生植物的热值、灰分含量、油脂含量，建立数学模型，直观地看出热值、油脂含量、灰分含量之间的关系，从而更好地了解附生植物所含能量以及在林火行为中的表现形式。

森林火灾存在许多引发条件和诸多影响因素，了解附生植物的燃烧性能，能更全面地找到森林火灾的预防措施，减小森林火灾的损失，更好地保护林区资源。

2 滇中地区附生植物燃烧性实验方法

影响附生植物燃烧性的因素有很多，随着对森林火灾的研究发展，逐渐将附生植物燃烧性影响因素归结为其热值、含水率以及油脂含量三个方面[13]。附生植物大多生长在阴暗潮湿的环境中。因此，地形、环境也对附生植物的燃烧性产生重要的影响。

本文主要实验研究附生植物的理化性质。主要实验有附生植物热值的测试，附生植物油脂含量的测试及附生植物灰分含量的测试[14-18]。

热值的含量测试，实验器材为氧弹热量计；油脂的测定，实验仪器为索氏提取器；灰分的测定，实验仪器为高温炉。

3 结果与分析

通过实验检测得到实验结果，如表1所示。

表1 实验结果

3.1 指标相关性分析

由于热量、灰分含量、抽提物含量存在一定的多重共线性，为了进一步研究指标间的相互关系，本文对热量、灰分含量、抽提物含量求相关系数，得到结果如表2所示。

通过表2可知，热值与灰分含量、抽提物含量三个指标间均存在显著的相关性：

表2 指标相关性

1）热值与灰分含量显著负相关，相关系数为-0.840；

2）热值与抽提物含量显著正相关，相关系数为0.643；

3）灰分含量与抽提物含量显著负相关，相关系数为-0.592。

3.2 回归分析

热值与灰分含量、抽提物含量存在显著的相关性，为了更好地研究三个指标间的关系，本文对热值与灰分含量、抽提物含量进行回归分析。将热值作为因变量，灰分含量、抽提物含量作为自变量，回归分析结果如表3所示。

表3 模型汇总

由表3可知，回归方程的R2为0.738，说明回归方程可以解释因变量73.8%的变异程度，具有一定的统计学意义。

通过表4可知，回归方程的F值为29.597，且显著性指标为0.000，小于0.05，说明回归方程的显著。

表4 方差分析结果

由表5可知，回归方程的自变量灰分含量、抽提物含量的回归系数显著性指标分别为0.000和0.021，均小于0.05，说明回归系数显著，具有良好的统计学意义。

表5 系数a

根据回归方程的非标准化系数得到回归方程如下：

由回归方程可知，灰分含量每提高一个单位，热值将下降168.395个单位，抽提物含量每提高一个单位，热值将提高228.077个单位。

3.3 附生植物可燃性指数评价

通过对热量、灰分含量、抽提物含量进行主成分提取，最终得到结果见表6。

由表6可知，热量、灰分含量、抽提物含量三个指标共计提取出一个主成分，且主成分可以解释79.631的方差变异程度，解释大部分的数据变异程度。

通过计算主成分的载荷量计算各指标的权重，主成分载荷量如表7所示。

3.4 指标隶属度计算

依据主成分因子负荷量值的情况，确定各个评价指标隶属函数分布的升降性。得到各个指标的隶属度情况，如表8所示。

3.5 可燃性指数计算

通过下述公式计算得到每个样本的可燃性综合指标值：可燃性指数=0.366×热值+0.351×灰分含量+0.283×油脂含量。最终得到各个样本的可燃性指标结果和排序情况，如表9所示。

3.6 宏观分析

这里将附生植物的热值、抽提物含量、灰分含量作均值，分别与华山松、云南松、藏柏的平均热值、平均抽提物含量、平均灰分作比较。

表6 解释的总方差

表7 主成分荷载量

表8 指标隶属度

由表10可知，附生植物的热值、抽提物含量均低于华山松、云南松、藏柏的热值、抽提物含量，附生植物灰分高于华山松、云南松、藏柏的灰分[19,20]。由此可知，附生植物的平均燃烧性没有其他树种的平均燃烧性高。

生长在黑荆林下，藏柏林下的附生植物，由于有阳光的直接照射，加上土壤的丰富营养，其热值相对较高，相同质量情况下，拥有的能量较高，林火条件下，会对林区造成很大的伤害[21]；生长在石头上的附生植物虽然有阳光的照射，却缺少土壤，相对来说，热值较低，相同质量下，拥有的能量较低，由于石头上有许多沙土，林火情况下，燃烧可能有所阻碍；生长在树干上的附生植物，有阳光照射，且有营养来源，热值也相对较高，林火条件下，会对其树干造成严重的伤害，烧死伤损树皮、树干。

4 结论与建议

4.1 结论

附生植物热值最高的为曲尾藓一种，为18 729 J/g；抽提物含量最高的为短月藓，为9%；灰分含量最低的为附生在华山松上的干蕨，为6%。附生植物的燃烧性最好的是短月藓。总体观之，附生植物的燃烧性没有华山松、云南松、藏柏的燃烧性高。但附生在黑荆林下，藏柏林下，华山松树干，华山松地衣等地方的附生植物由于阳光的直接照射，加上土壤提供的营养，其热值相对较高[22，23]。发生林火时容易给树干的树皮带来无法修补的创伤，严重的可能会烧死，烤死林木。