昆明森林可燃物燃烧机理研究

2022-05-27张运生刘柯珍闫德民

林业机械与木工设备 2022年5期

张运生，陈锋，刘柯珍，闫德民

(1.中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所，北京100091；2.南京森林警察学院，江苏南京 210023；3.北京林业大学生态与自然保护学院，北京 100083)

森林火灾对森林、生态环境带来严重危害，给人民的生命财产和社会经济造成巨大损失[1]。随着气候变暖的加剧，全球森林火灾发生的频率与强度亦随之增加，森林火灾潜在危险将长期存在，严重程度也将大幅提高[2]。森林可燃物是森林火灾的物质基础，其含水率的大小是影响森林火灾发生的重要因素之一，且影响燃烧的难易程度，进而影响林火行为[3-5]。

1 研究区概况

云南森林自然中心位于云南省中部昆明市东北郊，行政区划属盘龙区，南北长约14.2 km，东西宽约13.8 km，地理坐标为东经102°43′～102°53′，北纬25°04′～25°11′，区域总面积1 872.0 hm2，属亚热带西南季风气候，干湿季分明[6]，年平均气温11.2 ℃～13.8 ℃，气温最高月份为7月(月平均18.2 ℃)，最低月份为1月(月平均6.8 ℃)，年降水集中在5-10月，11月至次年4月为旱季，植被干燥，易发森林火灾。中心植被属亚热带常绿阔叶林区域的高原亚热带北部常绿阔叶林带，林地以人工林为主，有林地面积1 671.6 hm2，灌木林地面积1.1 hm2，无立木林地面积29.6 hm2，宜林荒山75.0 hm2，其他用地106.5 hm2；活立木总蓄积101 380 m3；森林覆盖率达89.33%。

2 样品采集与处理

可燃物燃烧性研究样品选自云南森林自然中心，选取9个乔木树种和1个草本植物紫茎泽兰为研究对象，之所以选择紫茎泽兰作为研究对象，是因为紫茎泽兰已成为全球性的入侵物种，是多年生草本植物，其繁殖力强，经常在防火线、生土带和火烧迹地上入侵，已在云南等省广泛分布并产生危害[6，7]。紫茎泽兰茎与乔木树枝类似，本研究将其枯茎与9个乔木树种的枯枝一并研究，为了方便，后面将紫茎泽兰枯茎统称为枯枝。

样品中的枯叶和枯枝采集于纯林林下，鲜枝和鲜叶采集于活树，样品均用密封袋封装。把各树种部分枯叶、枯枝、鲜叶和鲜枝称重，然后进行首次烘干，设置烘干箱温度为80 ℃，烘干 48 h 后称质量并记录；接着再次烘干，比较两次烘干后的质量，若质量无差异，则为绝干，然后计算绝对含水率和相对含水率。

3 结果与分析

3.1 可燃物含水率的概念

可燃物含水率分为相对含水率和绝对含水率，相对含水率被定义为可燃物水含量鲜重减去干重与可燃物鲜重的比值，也就是可燃物水含量占整个可燃物体鲜重的百分比，绝对含水率为可燃物水含量鲜重减去干重与可燃物干重的比值，也就是可燃物水含量占整个可燃物干重的百分比[8]，含水率是纲量，没有单位。相对含水率计算公式如公式(1)，绝对含水率计算公式如公式(2)。

(1)

(2)

式中：RMC(Relative moisture content)为相对含水率；AMC(Absolute moisture content)为绝对含水率；FW(Fresh weight)为鲜重；DW(Dry weight)为干重。

鲜重即包含了水分质量的植被体总重，干重是烘干水分后的植被体总重，单位均为g。把植物鲜重在80 ℃下烘干24 h以上直到恒重，就得到植物的干重。

3.2 可燃物含水率分析

选取研究区10个植物的鲜叶、鲜枝、枯叶、枯枝，通过测定鲜重和烘干测定干重，分别计算10个植物的鲜叶、鲜枝、枯叶、枯枝的相对含水率和绝对含水率，使用Origin Lab公司开发的Origin 8.1软件进行绘图分析，各树种鲜叶、鲜枝、枯叶和枯枝相对含水率如图1所示，各树种鲜叶、鲜枝、枯叶和枯枝绝对含水率如图2所示。

图1 各树种鲜叶、鲜枝、枯叶和枯枝相对含水率

图2 各树种鲜叶、鲜枝、枯叶和枯枝绝对含水率

由图1和图2可以看出，桉树鲜叶相对含水率和绝对含水率最高，圆柏鲜叶相对含水率和绝对含水率最低。鲜叶含水率由大到小依次为：桉树(相对含水率68.34%，绝对含水率215.87%)>桤木(相对含水率66.09%，绝对含水率194.86%)>华山松(相对含水率63.20%，绝对含水率171.74%)>灯台树(相对含水率60.20%，绝对含水率151.26%)>冲天柏(相对含水率59.32%，绝对含水率145.82%)>银荆(相对含水率59.30%，绝对含水率145.70%)>云南松(相对含水率57.20%，绝对含水率133.64%)>紫茎泽兰(相对含水率54.09%，绝对含水率117.80%)>藏柏(相对含水率51.69%，绝对含水率106.99%)>圆柏(相对含水率33.92%，绝对含水率51.33%)。

灯台树的鲜枝相对含水率和绝对含水率最高，圆柏鲜枝相对含水率和绝对含水率最低。鲜枝含水率由大到小依次为：灯台树(相对含水率58.01%，绝对含水率138.11%)>桤木(相对含水率55.58%，绝对含水率125.11%)>华山松(相对含水率52.88%，绝对含水率112.24%)>藏柏(相对含水率50.40%，绝对含水率101.58%)>紫茎泽兰(相对含水率50.39%，绝对含水率101.57%)>云南松(相对含水率49.76%，绝对含水率99.04%)>桉树(相对含水率48.67%，绝对含水率94.81%)>银荆(相对含水率47.54%，绝对含水率90.63%)>冲天柏(相对含水率30.09%，绝对含水率44.72%)>圆柏(相对含水率16.00%，绝对含水率19.05%)。

桉树的枯叶相对含水率和绝对含水率最高，草本植物紫茎泽兰的枯叶相对含水率和绝对含水率最低。枯叶含水率由大到小依次为：桉树(相对含水率27.93%，绝对含水率38.76%)>银荆(相对含水率20.30%，绝对含水率25.47%)>华山松(相对含水率19.20%，绝对含水率23.76%)>桤木(相对含水率18.20%，绝对含水率22.25%)>灯台树(相对含水率15.60%，绝对含水率18.48%)>冲天柏(相对含水率13.92%，绝对含水率16.17%)>云南松(相对含水率12.30%，绝对含水率14.03%)>藏柏(相对含水率12.20%，绝对含水率13.90%)>圆柏(相对含水率7.23%，绝对含水率7.79%)>紫茎泽兰(相对含水率6.90%，绝对含水率7.41%)。

华山松的枯枝相对含水率和绝对含水率最高，圆柏的枯枝相对含水率和绝对含水率最低。枯枝含水率由大到小依次为：华山松(相对含水率18.20%，绝对含水率22.25%)>桉树(相对含水率15.63%，绝对含水率18.53%)>桤木(相对含水率14.79%，绝对含水率17.35%)>灯台树(相对含水率13.07%，绝对含水率15.03%)>云南松(相对含水率9.97%，绝对含水率11.07%)>紫茎泽兰(相对含水率9.50%，绝对含水率10.50%)>银荆(相对含水率7.33%，绝对含水率7.91%)>冲天柏(相对含水率5.90%，绝对含水率6.27%)>藏柏(相对含水率5.04%，绝对含水率5.30%)>圆柏(相对含水率4.84%，绝对含水率5.09%)。