淺析廣西地區造林樹種的燃燒特征

李康康 楊玉澤 周子杰 張乾坤 張映晗

摘要：防火樹種燃燒性能的研究一直是眾多科研人員的研究重點，其對于森林防火工作的開展具有重要意義。不同樹種的枝葉作為森林火災中的主要燃料，其決定著森林火災的強度、蔓延趨勢等各種因素。本文利用錐形量熱儀實驗研究了火力楠、云南松、華山松樹種的燃燒過程，測定了三種樹種的熱釋放速率、總釋放熱以及火發生指數等燃燒特性參數，從而分析比較了三種樹種的抗火能力。結果表明，火力楠相對于另外兩種樹種不易燃燒，其抗火能力好，更適合作為防火樹種。

關鍵詞：錐形量熱儀;熱釋放速率;總釋放熱;火發生指數;抗火能力

一、序言

（一）研究背景

森林是地球上最大的生態系統，是全球生物圈中最重要的一環。對維系整個地球的生態平衡起著至關重要的作用，是人類賴以生存和發展的資源和環境。隨著人們對環境問題的重視和提升，森林所發揮的生態效益也逐漸被人們所關注。森林火災是森林所面臨的主要嚴重問題之一，因其突發性強、破壞性大、處置救助較為困難而被廣泛關注。如何有效地預防森林火災的發生，在一定程度上減小森林火災的危害，是當代學者研究的一大熱點。火力楠、云南松、華山松是我國南部地區主要的造林樹種，本文通過對這三種樹種的燃燒特征分析，對比其抗火性，以便于更好的防范森林火災。

火力楠：醉香含笑（學名：Michelia macclurei Dandy）：喬木，喜溫暖濕潤的氣候，喜光稍耐蔭，喜土層深厚的酸性土壤。耐旱耐瘠，萌芽力強，耐寒性較強，具有一定的耐陰性和抗風能力。生長迅速，壽命長（百年以上）。有一定的耐蔭性和抗風能力。

華山松（學名：Pinus armandii Franch.）是松科中的著名常綠喬木品種之一。原產于中國，因集中產于陜西的華山而得名。華山松是一種大喬木，幼樹樹皮灰綠色或淡灰色，平滑，老時裂成方形或長方形厚塊片。球果幼時綠色成熟時淡黃褐色;種鱗先端不反曲或微反曲;鱗臍不明顯。華山松產于中國山西南部中條山（北至沁源海拔1200-1800米）、河南西南部及嵩山、陜西南部秦嶺（東起華山，西至辛家山，海拔1500-2000米）甘肅南部（洮河及白龍江流域）、四川、湖北西部、貴州中部及西北部、云南及西藏雅魯藏布江下游海拔1000-3300米地帶。江西廬山、浙江杭州等地有栽培。

云南松（Pinus yunnanensis），又稱“飛松”“青松”“長毛松”，為松科松屬的常綠喬木。為喜光性強的深根性樹種，適應性能強，能耐冬春干旱氣候及瘠薄土壤，能生于酸性紅壤、紅黃壤及棕色森林土或微石灰性土壤上。但以生于氣侯溫和、土層深厚、肥潤、酸質砂質壤土、排水良好的北坡或半陰坡地帶生長最好。在干燥陽坡或山脊地帶則生長較慢。在強石灰質土壤及排水不良的地方生長不良。

以上三種樹種，因其生長特性，成為廣西地區造林首要考慮樹種。本次實驗以此為例，通過對目標樹種的燃燒特征的分析，可以更加準確地了解其在森林防火中的作用，對于廣西地區森林防火工作的進行具有參考性意義。本次實驗，我們主要借助錐形量熱儀對目標樹種進行點燒實驗，通過對實驗中所獲得的數據，即熱釋放速率（HRR）、總釋放熱（THR）、火災發生指數（FPI）等燃燒性指標分析目標樹種的燃燒性。

（二）國內外研究現狀

防火樹種燃燒性能的研究一直是眾多科研人員的研究重點，其對于森林防火工作的開展具有重要意義。不同樹種的枝葉作為森林火災中的主要燃料，其決定著森林火災的強度、蔓延趨勢等各種因素。同時，不同樹種在相同輻射熱流作用下其總釋放熱、熱釋放速率以及著火感應的時間存在差異，通過錐形量熱儀對不同樹種進行點燒實驗有助于掌握不同樹種燃燒特性的差異。因此，對此進行研究可以更好的掌握不同常見樹種的燃燒條件以及燃燒特性，對森林火災的預防工作有著極其重大的意義。

雖然目前我國已經有相關研究的內容，但是相應的文章以及探索尚不全面。本文基于前人對可燃物燃燒性研究的基礎上開展該項目的實驗進行研究探索，可以從更科學的角度來認識和開展森林火災預防工作，為我國森林防火工作盡綿薄之力。

（三）研究目的與發展趨勢

項目運用錐形量熱儀，觀測特定強度熱輻射作用下樹種樣品的燃燒特性，通過對錐形量熱儀所獲得的數據進行分析，對比在相同輻射熱流作用下，不同樹種的總釋放熱、熱釋放速率、著火感應時間三種因素，對比不同樹種的燃燒特性，得到三個目標樹種的燃燒特征差異性，再以此為根據比較和鑒別三個目標樹種之間的著火難易程度。

輻射熱流下樣品的燃燒實驗，在相同的輻射強度下樹葉的樣品會表現出迥然不同的著火模式，通過對不同樹種燃燒特征的觀察，可以了解到不同目標樹種的燃燒特性。對于森林防火工作中選取防火樹種，構建生物防火林帶，以及不同樹種間的防火措施選擇有著很大的意義。

二、實驗介紹

相對于傳統的測試方法，錐形量熱儀具有能夠的到更豐富的數據，試驗結果更加貼近真是火場環境，關聯性更大等優點。本文利用錐形量熱儀對樣品樹枝進行點燒實驗中所得到的著火感應時間（FPI）、總釋放熱（THR）、熱釋放速率（HRR）來進一步鑒別樣品的燃燒特征，進而對比其防火性能。實驗操作步驟如下：

1.在進行點燒實驗之前，先要對樹枝樣品進行一定的處理。首先把樣品按照不同直徑進行分類，實驗將樣品分類，利用游標卡尺具體測量每個枝條的直徑，之后將樣品全部修剪成長度為10cm的樣枝，裝入樣品袋，并且標注（如：云南松8mm），以便后期工作。

2.烘干，本次實驗使用的烘干箱為LHG-9245A干燥箱，該干燥箱適用各種材料在恒溫情況下做干燥或其他恒溫性實驗，將樣品置于烘箱內進行烘干處理。烘干分為兩次，首次烘干完成后對樣枝進行稱重，記錄，之后再次烘干，進行稱重，待兩次樣品重量一致，則視為絕對干重，此時可以進行點燒實驗。

3.點燒，將烘干過后的三種樹木枝條拿出，根據枝條的直徑大小，取不同樹種同一直徑的樹枝樣品進行實驗，本次實驗采用的是直徑為8mm的中枝。首先將樣品放入100 mm×100 mm×25 mm的樣品盤里，擺放過程中將樹枝整齊放好，要使樹枝完全覆蓋樣品盤，放至錐形加熱器下方進行燃燒實驗，實驗結束后對樣品拍照，處理，保證樣品完全熄滅，進行下一組實驗。

三、實驗結果與分析

（一）熱釋放速率（HRR）

單位時間單位面積內目標樹種燃燒所釋放熱量的速度，HRR的最大值是熱釋放速率峰值（pkHRR）。HRR越大或pkHRR越大，單位時間內燃燒反饋給材料單位表面積的熱量就會越多，使材料熱解速度加快和揮發性可燃物生成量增多，從而加速火焰傳播。在森林火災發生過程中，熱釋放速率和熱釋放速率峰值越大，則說明火災危險性就越大。圖1是三種樹種的HRR變化曲線圖。根據對這三種樹種點燒實驗獲得的數據來看，云南松的熱釋放速率峰值最大，其次是華山松，火力楠最低。達到峰值所需要的時間，華山松最先達到峰值，其次是云南松和火力楠。因此，可以判定三個目標樹種的抗火性能分別是：火力楠>華山松>云南松。

（二）總熱釋放量（THR）

單位面積的材料在燃燒全過程中所釋放的熱量總和。森林火災中植物所釋放出的熱量越多，為燃燒所提供的能量就越多，燃燒就會更劇烈。從圖2可以看出，THR的值云南松>華山松>火力楠，因此火力楠在森林火災發生過程中釋放的總熱量更少，其阻燃性能更好，相對于另外兩種樹種，更不利于燃燒。

（三）火發生指數（FPI）

表示火險程度。它是著火感應時間和熱釋放速率峰值的比值。對于燃燒材料而言，火災發生指數越大，則燃燒材料的抗火性越好。對于森林火災中的植物燃燒來說，火災發生指數越大，植物的抗火性越好，越不易燃燒。實驗中三個樹種的火災發生指數表明，火力楠的抗火能力要優于云南松和華山松，更適合作為造林防火樹種。

四、結語

本文利用錐形量熱儀對三種樹種進行實驗，對這三種樹種燃燒特征進行分析比較，結果表明火力楠的抗火性能要優于云南松和華山松。其熱釋放速率、總熱釋放量、火發生指數三項均表明，火力楠更適合廣西地區的防火生物林帶的構建。本次實驗利用錐形量熱儀設定輻射量50KW/m2，其輻射量要遠遠低于森林火災中所產生的輻射量，又考慮到森林火災中火環境變化多端，因此需要更多的實驗多方面進行點燒測試，以便更加綜合的進行考量。

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