油松遼東櫟混交林分可燃物混合比例、載量及坡度對點燒蔓延速度的影響

喬虹，白晉華,南宏偉，李東昌，李浩培，郭晉平

(山西農業大學 林學院，山西 晉中 030801)

油松(Pinustabulaeformis)和遼東櫟(Quercuswutaishanica)作為山西乃至黃土高原地區森林資源培育的重要鄉土樹種，因其有良好的耐寒、耐旱、耐貧瘠的生態學特性，被廣泛應用于荒山造林及人工用材林營造。以油松人工林為主形成的森林生態系統，由于樹種單一和難以全面及時間伐，導致大部分油松人工林生長情況較差，病蟲害嚴重，林下植被稀少，地力衰退等，嚴重影響了森林生態系統生態效益和經濟效益的發揮[1]，其林下枯落物分解難，可燃物積累較多且易燃性強，在華北地區春秋兩個防火期內，遇到連續不降水的情況時，森林火災發生的概率會大大增加[2]。油松遼東櫟混交林作為暖溫帶地帶性演替頂級群落，結構穩定，群落生物多樣性高，具有良好的生態功能和經營價值[3，4]，通過對油松遼東櫟混交林的營林撫育和經營管理，可以改善其生長環境，尤其是增加林內光照水平，進而改變林內草本、灌木及林下微生物多樣性和林地凋落物的組成與分解特征，促進林下凋落物的分解和增加土壤酶活性和土壤碳能量等，并能有效降低其地表火發生的潛在危險性。為此，本試驗通過室內點燒試驗，模擬連續無降水條件下，研究可燃物混合比例、載量及坡度對油松遼東櫟混合可燃物點燒蔓延速度的影響，以期為油松遼東櫟針闊混交林的地表可燃物管理提供基礎理論依據。

1 研究區概況

研究地位于山西省晉中市太谷縣國營林場，地處太行山與太岳山交匯處，地理坐標112°37′30″ E，37°27′32″ N，東西長約22.5 km，南北長約21.0 km。林場境內地形起伏，由中度切割的石質山和土石山組成，海拔910～1 873 m，屬于中低山天然林區。區域內氣候溫和干燥，年均溫9.8 ℃，年降水量460 mm，年日照2 700 h，無霜期125 d。土壤多為石質土和褐土，林場主要樹種為油松、遼東櫟、刺槐、山楊、黃刺玫、沙棘、胡枝子等。

2 研究方法

本模擬試驗在連續無降水條件下，研究油松和遼東櫟凋落葉混合可燃物的火行為特征。試驗因子為油松針葉與遼東櫟闊葉的混合比例、可燃物載量和燃燒床的坡度。其中，混合比例設置6個水平，即0∶5(針葉∶闊葉，下同)、1∶4、2∶3、3∶2、4∶1、5∶0，為方便討論，在后文中統一使用針葉比例來說明，即針葉比例依次為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0；載量設4個水平，分別為4 t·hm-2、6 t·hm-2、8 t·hm-2、10 t·hm-2，誤差不超過±0.5%；坡度設3個水平，分別為0°、10°、20°，誤差不超過±0.5°。共計進行6×4×3=72次點燒試驗。

試驗所需的油松和遼東櫟凋落葉，采集于山西省太谷縣國營林場，于2016年4月初一次性采樣并帶回儲存在實驗室內。在點燒試驗開始前，先進行油松遼東櫟凋落葉混合可燃物的室內失水試驗，以含水率為10%作為控制的目標含水率。之后將準備好的材料均勻鋪在燃燒床上進行點燒試驗。試驗中的蔓延速度R相鄰兩個標記點間的距離(0.2 m)除以火頭前進時經過相鄰兩個標記點所用的時間，每一次點燒試驗共計可以得到10個這樣的測量值，為了避免測量誤差引起的試驗誤差，在計算時去掉1個最大值和1個最小值，取剩余8次的平均值作為最終的點燒蔓延速度的觀測值。最后試驗數據用SPSS22.0軟件對72次點燒試驗的結果進行統計分析。

3 結果與分析

點燒試驗蔓延速度基本情況如表1所示。從表1中能夠看出油松遼東櫟凋落葉可燃物點燒蔓延速度的范圍從0.17～2.85 m·min-1，均值為1.04 m·min-1，從75%區間值來看，多數點燒試驗蔓延速度不超過1.69 m·min-1。

表1 蔓延速度統計數據

3.1 針葉比例對蔓延速度的影響

不同可燃物混合比例點燒蔓延速度的方差分析結果見表2。從表2中可以看出，混合比例為0，與混合比例為0.2、0.4、0.6之間蔓延速度無顯著差異，與混合比例為0.8、1.0之間蔓延速度有顯著差異，火蔓延速度隨著可燃物中混合比例的增加而加快；混合比例為0.2，與混合比例為0.4、0.6、0.8、1.0之間火蔓延速度無顯著差異，蔓延速度隨著可燃物中混合比例的增加而加快；混合比例為0.4，與混合比例為0.6、0.8、1.0之間蔓延速度無顯著差異，火蔓延速度隨著可燃物中混合比例的增加而加快；混合比例為0.6，與混合比例為0.8、1.0之間蔓延速度無顯著差異，蔓延速度隨著可燃物中混合比例的增加而加快；混合比例為0.8，與混合比例為1.0之間蔓延速度無顯著差異，蔓延速度隨著可燃物中混合比例的增加而加快。

表2 不同混合比例蔓延速度方差分析表

注：基于觀測到的均值;誤差項為均值方(誤差)=0.052;*均值差值在0.05級別上顯著，**均值差值在0.01級別上極顯著差異

3.2 可燃物載量對火蔓延速度的影響

不同可燃物載量火蔓延速度的方差兩兩比較結果見表3，從表3中可以看出，載量4 t·hm-2與載量6 t·hm-2之間蔓延速度有顯著差異，與8 t·hm-2、10 t·hm-2之間的蔓延速度有極顯著差異，火蔓延速度隨著可燃物載量的增加而加快；載量6 t·hm-2與載量8 t·hm-2、10 t·hm-2之間的蔓延速度有極顯著差異，蔓延速度隨著可燃物載量的增加而加快；載量8 t·hm-2與載量10 t·hm-2之間的蔓延速度有極顯著差異，蔓延速度隨著可燃物載量的增加而加快。

表3 不同載量蔓延速度方差分析表

注：基于觀測到的均值。誤差項為均值方 (誤差) =0.052。*均值差值在 0.05 級別上極顯著，**均值差值在0.01級別上極顯著差異。

3.3 坡度對蔓延速度的影響

不同坡度點燒蔓延速度方差比較結果見表4，從表4中可以看出，坡度0°與坡度10°之間有顯著差異，與20°之間的火蔓延速度有極顯著差異，蔓延速度隨著坡度的增加而加快；坡度10°與坡度20°之間的蔓延速度有極顯著差異，火蔓延速度隨著坡度的增加而加快。

表4 不同坡度火蔓延速度方差分析表

注：基于觀測到的均值。誤差項為均值方 (誤差) =0.052。*均值差值在 0.05 級別上顯著，**均值差值在0.01級別上極顯著差異。

4 討論與結論

4.1 模擬試驗結果表明，不同可燃物混合比例、載量和坡度對油松遼東櫟凋落物可燃物火燒蔓延速度的變化幅度影響非常大，最小蔓延速度為0.17 m·min-1，最大值為2.85 m·min-1，其中可燃物載量對蔓延速度起主要作用，其次是坡度，混合比例對蔓延速度影響最小。

4.2 可燃物的載量對蔓延速度有極顯著的影響，可燃物載量對蔓延速度有極顯著影響，載量越大，可燃物點燒蔓延速度越大，降低地表可燃物的載量，能顯著降低點燒的蔓延速度，在生產實踐中，可以結合可燃物載量調查的結果，對地表可燃物，特別是凋落物載量較多的地區，通過機械清除、計劃火燒等途徑減少地表可燃物，或采用林地施肥、松針利用等方法加速凋落物分解，使地表可燃物的載量下降，有效地降低林火蔓延速度，從而降低森林火險等級及輕易控制火災。

4.3 坡度對火蔓延速度有顯著影響，坡度越大蔓延速度越大。坡度在0°與10°存在顯著差異外，其他各個坡度之間存在極顯著差異。對坡度較大的林地，必須人為清理出一定寬度的防火隔離帶，以有效地阻隔地表火的蔓延。

4.4 試驗結果表明，混合比例對火燒蔓延速度的影響最小，但是混合比例的影響，不僅表現為單純影響蔓延速度，更重要的是不同混合比例，通過影響林下凋落物的組成、層次結構、分解速度等從而進一步影響到載量[5]，進一步揭示油松凋落葉的分解機理及其動態過程，將具有更重要的意義。

[1] 朱松林. 呂梁山油松和遼東櫟人工混交造林技術[J]. 山西林業科技, 2016(3):44-45

[2] 狄麗穎, 張愛國, 張艷麗,等. 山西省森林火災的年變化特點和致災原因分析[J]. 森林防火,2007(2):19-22

[3] 焦文婧, 郭東罡, 張婕,等. 靈空山自然保護區油松-遼東櫟林建群種關聯性[J]. 生態學雜志, 2012(12):3050-3057

[4] 霍萌萌, 郭東罡, 張婕,等. 靈空山油松-遼東櫟林喬木樹種群落學特征及空間分布格局[J]. 生態學報, 2014(20):5925-5935

[5] 李東昌, 白晉華, 南宏偉. 不同混合比例油松遼東櫟凋落葉可燃物失水過程比較[J]. 山西農業科學, 2017(5)：795-798