金岗库林场主要乔木树种抗火性研究

周 霄

（1.山西省五台山国有林管理局，山西 繁峙 034302；2.河北农业大学，河北 保定 071000）

树种是构成森林的主体，在森林防火过程中树种的抗火性能至关重要，因此对树种抗火性能的研究显得尤为重要。树种的抗火性能是指树种能够抵抗和忍耐火烧的能力。过去曾经有学者对树种的抗火性能进行过研究，但大都局限在用树种单纯的理化性指标去分析树种的抗火性上[1-3]，树种的抗火性除了取决于自身理化特性外，还受生物生态学特性的多方面综合影响[4-5]。郭文霞[4]等分析了北京地区主要乔木树种的抗火性，并结合生物生态学的特性，对树种抗火性进行了综合评价。本研究将结合树种的理化特性（绝对含水率、热值、灰分含量）和生物生态学特性（树冠结构、萌芽力、自然整枝、环境适应性、物候特征），运用隶属函数法，对金岗库林场林区内常见的4种乔木树种的抗火性能进行研究，旨在为金岗库林场及相似林分区域的护林防火工作和抗火树种选择提供科学依据。

1 试验地概况

金岗库林场位于五台山风景区南麓，东邻长原公路，西衔豆村林场，南和门限石林场相连，北与五台山风景区接壤。场部设在五台县石咀乡南坪村，林场总经营面积6238.7hm2，总蓄积量37.5万m3，森林覆盖率62.1%。

2 试验材料和方法

2.1 试验材料

2019年9月，在金岗库林场南梁营林区内，选取4种林区主要的造林树种，分别为油松（Pinus tabuliformisCarr.）、华北落叶松（Larix principisrupprechtiiMayr）、白桦（Betula platyphyllaSuk）、山杨（Populus davidiana）。

每种树种选取3株标准木，树龄均为30a以上，分别从标准木树冠的上、中、下3个部位，以及四周地面采集叶片，在树干1.5～2m处采集树皮。其中采集树皮500g左右，叶子500g左右，将采集好的样本放入编织袋内，分别称其鲜重之后，将样品带回实验室中进行进一步的研究。记录不同树种的相关生物和生态学特性。

2.2 试验方法

2.2.1 绝对含水率的测定

将已经称鲜重的材料带入实验室中，放入电热鼓风恒温烘箱内在100℃恒温烘干至样品恒重，计算绝对含水率。

式（1）中:H 为可燃物的绝对含水率（%）；W1为自然状态下采集到的样品的鲜重（g）；W2为烘干后样品的干重（g）。

2.2.2 灰分含量测定

取干燥后粉碎的样品1g左右，放入已经称重的坩埚内，记录总重。样品放在电炉上，碳化到试样不再冒烟，然后放在马夫炉650℃高温下，灰化至恒重。取出样品放在干燥器内，冷却后用电子秤称重。

式（2）中:A为单位可燃物中的灰分含量（%），W3是装有已经烘干的样品在碳化前的坩埚重量（g），W4是已经灰化之后，装有坩埚的样品重量；W5是坩埚本身的净重量。

2.2.3 热值测定

测定热值使用全自动氧弹式热量仪，取0.9～1.1g干燥并粉碎样品，压成饼状并用天秤称重，直接放入热量仪中点火，在样品燃烧充分后，读出试样的热值（WJ/kg）。

2.2.4 数据分析方法

根据模糊数学的相关原理，运用隶属函数法对树种的抗火性进行综合评价，对理化性质和生物生态学各项指标作出单项评估，然后对各单因素隶属度进行加权算数平均，计算出综合隶属度，得出综合评价指标值，最终得出4个树种的抗火性数值。

3 结果与分析

3.1 树种叶片、树皮理化性分析

金岗库林场4种常见乔木树种绝对含水率、热值、灰分含量的数值见表1、表2。

表1 树种叶片的理化性指标

表2 树种树皮的理化性指标

3个理化性指标中，白桦和山杨含水率和灰分含量较油松和华北落叶松高，热值较油松和华北落叶松低。一般来说，树种的绝对含水率和灰分含量与抗火性呈正相关，绝对含水率和灰分含量越高，则树种抗火性越强；热值为负相关，热值越低，树种抗火性越强。从理化性质分析，4个树种抗火性为山杨、白桦强于华北落叶松和油松。

3.2 树种理化性指标的抗火性分析

运用隶属函数法，对4种树种的3项理化性指标进行分析，得出4种树种抗火性隶属函数值。已知树种的绝对含水率、灰分含量为正相关，树种的热值为负相关。根据以下公式分别计算其平均隶属函数值。

其中与树种的抗火性呈正相关的指标i的隶属函数值的计算公式为:

与树种的抗火性呈负相关的指标i的隶属函数值的计算公式为:

不同抗火性指标的平均隶属函数值为:

（3）、（4）、（5）式中:i代表 3 项不同的理化性指标，分别为绝对含水率、热值、灰分含量，用1、2、3的编号来分别指代这些指标。Ti为第i个指标的隶属函数值，Ximix为同一指标不同树种中的最小测量值，Ximax为同一指标不同树种中的最大测量值。U指不同树种的抗火性的平均值。依据以上方法计算叶片和树皮抗火性数值，并综合进行分析（表3）。

表3 不同树种理化特性的抗火性数值

从表3可以看出:根据树种理化性指标的抗火性进行排序，抗火性数值最高的是山杨，其次分别是白桦、华北落叶松和油松。油松的抗火性最差，含水率和灰分最低，热值较高。

3.2 树种生物学、生态学特性分析

树种的抗火性除了和理化性特性有关之外，也和树种自身的生物生态学特性有关。抗火树种一般都具有较强的耐火性和阻火性。一般而言，树冠的结构越是浓密，林内的风速小，则抗火性就较强；自然整枝能力强的树种，树上也没有过多的枯枝落叶，往往发生树冠火的可能性就较小，抗火性也就较强；树种环境适应性越强，发生火灾之后能尽快更新过来，也是树种抗火性的一个指标；萌芽力强，在发生火灾后能迅速恢复过来，再次成林，因此有利于灾后植被恢复。

根据以上指标，采取打分法的方式（3分制）来确定树种生物生态学特征的分值（表4）。

表4 树种生物生态学特征打分

查阅了《山西省树木志》，结合文献资料[6-10]、专家意见，对4种树种的5种生物生态学特性进行打分，得出最终的打分结果（表5）。由表5可看出:山杨在4项指标中得分较高，其次为白桦，得分排序为山杨＞白桦＞油松＞华北落叶松。

山杨的生物生态学特征更利于抗火，发生火灾后也易于进行更新。华北落叶松和油松的抗火性能、火后更新能力均较差，不建议进行大面积纯林造林。

表5 4种树种生物生态学特征打分结果

3.3 树种综合抗火性能分析

运用隶属函数法，结合树种的理化性指标和树种的生物生态学特征，对4种树种的8项指标进行综合分析，得出4种乔木树种的综合抗火性数值（表 6）。

从表6可以看出:金岗库林场4种主要乔木树种中，抗火性综合得分最高的是山杨（1.19），白桦次之（0.84），而油松（0.3）和华北落叶松（0.26）的抗火性均较弱。4种树种的抗火性综合排序为山杨＞白桦＞油松＞落叶松。

表6 树种的综合抗火性数值

4 结论与讨论

在金岗库林场4种主要乔木树种的8项抗火性指标的分析中可以很明显的看出，4种树种抗火性强弱排序依次是山杨、白桦、油松、华北落叶松。将这些树种分为三类:第一类是抗火性强的树种，为山杨；第二类是抗火性一般的树种，为白桦；第三类是抗火性差的树种，为油松和华北落叶松。

在金岗库林场以及相似主要造林树种区域的护林防火工作中，要着重注意油松和落叶松林的巡护，在这些树林外围死看硬守，确保这些林内不发生森林火灾。同时在以后的造林树种的选取上，要分区划多选取抗火性强的树种，如:山杨等进行混交林的搭配或者营建绿色防火林带，能够进行生物阻隔，有效的为护林防火、林火区划和生物防火带树种选择提供理论依据。