不同混合比例油松遼東櫟凋落葉可燃物失水過程比較

李東昌，白晉華，南宏偉

（山西農業大學林學院，山西太谷030801）

不同混合比例油松遼東櫟凋落葉可燃物失水過程比較

李東昌，白晉華，南宏偉

（山西農業大學林學院，山西太谷030801）

試驗設6個組，各組中遼東櫟闊葉的生物量占總生物量的比例依次為0%（組1），20%（組2），40%（組3），60%（組4），80%（組5），100%（組6）。通過室內風干試驗，比較研究不同混合比例的油松遼東櫟凋落葉混合可燃物的失水特性。結果表明，隨著混合物中闊葉比例的提高，各組24 h持水率整體呈增加趨勢；在風干過程中，各組失水率隨時間的延長呈上升趨勢，失水速率隨時間的延長先增大后減小，組間總體上隨著混合物中闊葉比例的增加，失水率和失水速率呈增加趨勢；各組達到同一含水率時所用的時間，隨著闊葉比例的增加顯著增長，但存在時間滯后現象，至達到穩定狀態后，各組的平衡含水率之間差距不大，但仍表現為隨闊葉比例增大而增大的趨勢。綜合比較，隨著混合物中闊葉比例的增加，混合物的潛在火災危險性出現下降趨勢。

混合可燃物；失水率；失水速率

油松和遼東櫟作為山西省乃至黃土高原地區森林資源培育重要的鄉土樹種，因其具有良好的耐寒、耐旱、耐貧瘠的生態學特性[1]，特別是油松，被作為營林時的主要樹種而被廣泛使用。而在長期的荒山造林、退耕還林等植被恢復工作中，以油松人工林為主的森林生態系統，樹種單一，林分結構不合理，大部分油松林生長較差，病蟲害嚴重，生態效益和經濟效益差[2]。油松-遼東櫟針闊混交林作為一種演替頂級群落，具有很好的撫育經營價值[3-9]。油松純林及油松混交林，林下可燃物負荷量往往較高，凋落物積累較多，地表火潛在危險性較大，尤其是在北方春秋2個防火期內，遇到連續不降水的情況時，林火發生的概率就會大大增加[10-15]。

森林可燃物的含水率極大程度上影響著森林火災的發生、蔓延和強度，是進行林火監測的重要因子，同時也作為一個核心指標被廣泛地運用于各類森林可燃物模型和含水率預測模型中，同等條件下，可燃物的含水率越低，其潛在的火災危險性越高[16-20]。

本研究通過在實驗室內模擬不同混合比例下油松針葉和遼東櫟闊葉凋落葉混合可燃物的失水過程，研究其失水特征，為油松-遼東櫟針闊混交林營林技術及林火預測和管理提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為于2016年4月初從山西太谷縣國營林場選擇林齡在30 a左右的油松人工林和遼東櫟，采集林下凋落葉帶回實驗室進行測定。

1.2 方法

試驗共設6個處理組，各組中遼東櫟闊葉的生物量占總生物量的比例分別為0%（組1），20%（組2），40%（組3），60%（組4），80%（組5），100%（組6），每組3次重復，共計18個樣本。結合野外調查的情況，每個樣本以總生物量0.7 kg/m2（7 t/hm2）為準，即在試驗時每個樣本均取175 g的烘干質量，浸泡吸水后置于50 cm×50 cm的塑料泡沫上（塑料泡沫大小為60 cm×60 cm，已經提前在上面用記號筆標出50 cm×50 cm的邊界）。

將野外采集的油松和遼東櫟凋落葉分別置于大型烘箱中進行烘干，105℃下連續烘干48 h至絕干，選擇破碎程度相近的凋落物取出后迅速按照既定比例配成混合可燃物，充分攪拌使之混合均勻，分別收集在塑料網袋里放在水桶中，加水至完全沒過塑料網袋。浸泡24 h后，將塑料網袋取出，靜置幾分鐘至塑料網袋不再滴水，把網袋剪開，將混合可燃物倒出并均勻鋪在已準備好的塑料泡沫上，并稱質量記為初始（0 h）質量，之后每2 h稱質量一次，從98 h后每4 h記錄一次，至各組均達到其平衡含水率時為止，收集各樣本于塑料袋中，在烘箱中連續烘干48 h（105℃）至絕干，取出稱質量并計算各樣本絕干質量。考慮到在浸泡過程中可能造成混合物質量的損失，故在配制時各樣本均多取3 g。1.3失水性各指標計算方法

混合物持水率＝（浸泡t時間的凋落物質量－試驗后樣本烘干質量）/試驗后樣本烘干質量× 100%；混合物失水率＝（初始質量－風干t時間的凋落物質量）/試驗后樣本烘干質量×100%；混合物失水速率＝（初始質量－風干t時間的凋落物質量）/（試驗后樣本烘干質量×風干時間）×100%。

2 結果與分析

2.1 混合物持水率比較分析

多組重復測量方差分析結果顯示，同一時間點各組間持水率差異極顯著（F＝11.180，P＜0.001），各組間持水率不全相同；同組各時間點持水率差異極顯著（F＝1 721.140，P＜0.001），各時間點持水率不全相同；組間和時間點對變化率的影響存在交互作用（F＝10.820，P＜0.001）。

表1 持水率組間方差分析結果

由圖1和表1可知，隨著闊葉比例的提高，各組浸泡24 h后混合物持水率總體呈現增加趨勢，但組2的持水率略低于組1，表現為組6（237.49%）＞組5（226.47%）＞組4（195.20%）＞組3（194.57%）＞組1（172.60%）＞組2（168.98%）。在整個風干過程中，各組混合物含水率首先經歷了一個快速下降期，之后逐漸變緩，并于80～100 h陸續達到穩定；在40 h之前，各組達到同一含水率時所用的時間，隨闊葉比例的增加，呈現組6＞組5＞組4＞組3＞組1＞組2的趨勢，所用時間顯著增加，有一個較為明顯的時間滯后現象，且各組之間的差異幅度（滯后時間）基本穩定；在40 h以后，這種滯后時間逐漸縮短，直至到達穩定狀態后，各組的平衡含水率之間差距不大，但仍表現為組6＞組5＞組4＞組3＞組1＞組2的趨勢。結合圖1與表1可以看出，當混合物中闊葉比例達到80%以上時，即組6和組5與剩余4組之間差異顯著，但組6與組5之間差異不顯著；組4與組3和組1之間差異不顯著，與組2之間差異顯著；組3與組2和組1之間差異不顯著；組2與組1之間差異不顯著，組1的持水率整體上略高于組2。

2.2 混合物失水率比較分析

多組重復測量方差分析結果顯示，同一時間點各組間的失水率差異極顯著（F＝20.592，P＜0.001），各組間失水率不全相同；同組各時間點的失水率差異也極顯著（F＝1 537.703，P＜0.001），各時間點失水率不全相同；組間和時間點對失水率的影響存在交互作用（F＝10.506，P＜0.001）。

表2 失水率組間方差分析結果

在整個風干過程中，各組的失水率均隨時間的延長逐漸增大，并最終達到一個穩定的水平，在此過程中，隨著混合物闊葉比例的增加，6組之間的失水率總體呈增加趨勢，各組到達最大失水率也隨闊葉比例的增加而呈現相同的趨勢。從圖2、表2可以看出，組6和組5與其余各組之間差異明顯，說明當闊葉比例增加到80%以上時，其混合物的失水率、最大失水率均顯著高于其他各組，且組6高于組5，但組6與組5之間差異不顯著；組4和組3均與組1和組2之間差異明顯，說明當闊葉比例增加到60%和40%時，其混合物的失水率、最大失水率及到達最大失水率所用時間仍顯著高于剩余2組，但組4和組3之間失水率差異不顯著，二者失水率隨時間變化的線圖大致重疊，在失水率迅速上升期，在6～82 h階段，組3的失水率略高于組4，之后組4高于組3，但差距極小；組2和組1的失水率處于最低水平，二者之間差異不顯著，2～44 h組2的失水率略高于組1，但44 h之后，組1高于組2，表明當闊葉的摻混比例較低時混合物的失水率和最大失水率并沒有隨闊葉比例的增加而變大。

2.3 混合物失水速率比較分析

多組重復測量方差分析結果顯示，同一時間點各組間的失水速率差異達極顯著水平（F＝18.034，P＜0.001），即各組間失水速率不全相同；同組各時間點的失水速率差異達極顯著水平（F＝1 247.806，P＜0.001），各時間點失水速率不全相同；組間和時間點對變化率的影響不存在交互作用（F＝1.398，P＞0.01）。

在整個風干過程中，各組的失水速率隨時間的變化呈先增大后減小，在觀測開始后，組1、組3、組4、組5的失水速率先上升在4 h達到最大，然后逐漸減小，組2、組6的失水速率則是在6 h達到最大再減小，總體表現為隨著闊葉比例的增加，失水速率有增加的趨勢。從圖3和表3可以看出，組6和組5與其余各組之間差異顯著，說明當闊葉比例增加到80%以上時，混合物的失水速率均顯著高于其他各組，組6與組5之間差異不顯著，在整個時間序列中，組6失水速率高于組5；組3與組4之間差異不顯著，與組1和組2之間差異均顯著，組3的失水速率在6～82 h時間段內大于組4的失水速率，從84 h后小于組4，但二者之間差距極小（不足0.01%），組4與組2之間差異不顯著，與組1之間差異顯著，組4的失水速率在4～24 h時段低于組2，但從26 h以后逐漸高于組2并逐漸穩定地保持有一定的差距，總體上看，隨闊葉比例的增加，混合物的失水速率有增大的趨勢；組1和組2的失水速率處于最低水平，二者之間差異不顯著，組2的失水速率在觀測前期高于組1，從44 h以后開始逐漸低于組1，且與組1的失水速率之間保持較為穩定的差距。

表3 失水速率組間方差分析結果

3 結論與討論

本研究結果表明，隨著混合可燃物中遼東櫟闊葉比例的增加，混合物的持水率、失水率、失水速率均有增加的趨勢。當闊葉比例達到80%以上時，混合物的持水率、失水率、失水速率均顯著增加，雖然不能顯著提高混合可燃物平衡含水率，但是能顯著延長持水率下降所用的時間，使混合物的時滯時間有所增加，較大程度上降低了凋落物潛在的火災危險性；當闊葉比例增加到40%和60%時，混合物的持水率、失水率、失水速率均有所增加，失水率和失水速率隨著風干過程呈現相同的變化趨勢，即在風干前中期，闊葉比例為40%的混合物的失水率和失水速率均高于闊葉比例60%的混合物，總體上并沒有表現出絕對的增加趨勢，能夠在一定程度上降低凋落物潛在的火災危險性；當闊葉混合比例較低為20%時，與全針葉可燃物相比，非但沒有使持水率有所提高，反而有所下降，其失水率、失水速率也只是在風干前期高過全針葉的凋落物，隨后出現下降并與之保持一定幅度的差距，并不能有效地改變潛在的火災危險。

本試驗結果表明，在針闊混交林的經營和改造過程中，就其凋落物的組成比例而言，可能存在某種臨界點，當闊葉比例超過此臨界點后，可燃物的地表火潛在危險性會顯著降低，可以有效提高群落的火穩定性，而低于此臨界點時，則會加重其火災的潛在危險性。

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Comparative Study on Dehydrating Characteristics in Litter Leaves Fuel ofPinus tabuliformisCarrière andQuercus wutaishanseaMary with Different Proportions

LI Dongchang，BAI Jinhua，NANHongwei
（College ofForestry，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The paper set six processing,the proportion ofbroadleaves′s biomass oftotal biomass in different groups were 0%（group 1）,20%（group 2）,40%（group 3）,60%（group 4）,80%（group 5）,100%（group 6）.Based on the indoor drying test,the water loss characteristics of mixed leaf litter of Pinus tabuliformis Carrière and Quercus wutaishansea Mary were studied.The result showed that with the improvement of broadleaf proportion in mixture,each group 24 hours′s water-holdup showed an increasing trend.In the drying process,the water-losing rate ofeach group showed an upward trend with the increase oftime,the water-losing speed increased first and then decreased with the increase of time,with the increase of the proportion of broadleaf,the water-losing rate and wate-losing speed increased overall among groups.When groups reached with the same moisture content,with the higher proportion of broadleaf,the time taken for them remarkable growth,there was time lag phenomenon,until achieving a steady state,gap between groups of equilibrium moisture content was not big,but it still showed the trend of increasing with the increase of the proportion of broadleaf.Comprehensive comparison,with the increase ofmixture proportion ofbroadleaf,its potential fire hazard is in a downward trend.

mixed fuel;water-losingrate;wate-losingspeed

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.31

S718.5

：A

：1002-2481（2017）05-0795-04

2016-12-19

國家自然科學基金項目（31470630）；山西農業大學引進人才博士科研啟動費項目（2013YJ17）

李東昌（1991-），男，山西靜樂人，在讀碩士，研究方向：林火管理。白晉華為通信作者。