昆明地區常見殼斗科植物鮮葉的燃燒性

張橋蓉，郭 毅，呂維志，駱書林

(西南林業大學 消防研究所 土木工程學院，云南 昆明650224)

森林火災是世界八大自然災害之一，因其突發性強、破壞性大、處置救助困難等而被廣泛關注。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，成為研究熱點[1]。作為森林火災物質基礎的森林可燃物，其燃燒性質在很大程度上取決于構成森林的樹種。樹種不同，其燃燒性也不同。對于樹種的燃燒性研究，從研究區域來看，我國已開展了黑龍江[2-4]、江西[5-9]、江蘇[10]、廣西[1]、云南[11-13]、新疆[14]等地主要樹種的燃燒性研究；從研究方法上來看，有基于葉、小枝、樹皮等的理化性質結合樹種生物學和生態學特性利用生物統計分析方法進行間接研究[3-5]，有利用錐形量熱儀[15-17]或熱重[18]等熱分析方法進行研究，有利用活葉、小枝直接燃燒方法進行研究[12-14]，還有基于高濃度氧條件下的直接燃燒試驗[13，21-22]；從材料選擇上來看，有研究活小枝葉[11-13]和死枯落物、樹皮[15-18]等。但是對于同一科內不同樹種的燃燒性比較研究較少，尤其是組成常綠闊葉林的四大科之一的殼斗科。昆明地處亞熱帶常綠闊葉林帶，干濕季節分明，旱季時間長、降雨量少，是云南省和全國的森林火災多發區和重災區[13]。殼斗科植物是昆明森林的重要組成部分，常受到森林火災的危害。研究昆明地區常見的殼斗科植物的燃燒性，可以為該地區的森林火災預防、撲救等提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

在滇中地區發生的樹冠火災中，活葉是燃燒的主體[13]，故選擇老葉為試驗對象。于2019年4月，在昆明西山區采集昆明地區常見的6種殼斗科植物鮮葉作為研究材料，即：高山栲(Castanopsis delavayi)、滇石櫟(Lithocarpus dealbatus)、毛脈高山櫟(Quercus rehderiana)、木姜葉柯(L.litseifolius)、長穂高山櫟 (Q.longispica)、 滇青岡(Cyclobalanopsis glaucoides)。每種植物采集多株樹木1m左右的帶葉枝條，并進行編號，同時用濕布包裹好樣品以減少水分的散失，立即帶回實驗室，選取每個枝條上外形相似、位置相鄰、健康完整的兩組老葉，一組用于直接燃燒實驗，一組用于含水率測定，實驗重復3次。剩余的老葉，用于理化性質的測定。

1.2 理化性質的測定

含水率測定采用105℃烘干恒重法，取相對含水率。抽提物含量測定采用索式殘余法。熱值測定采用微機氧彈式熱量計法?；曳趾繙y定采用干灰化法。

1.3 樣品的燃燒試驗

試驗前在白紙上用鉛筆勾畫出葉片的輪廓及葉脈，用1/10000的天平測定質量。燃燒試驗結束后，將葉片殘余部分的輪廓在原葉片輪廓上勾出，并測定其剩余質量。

試驗采用自行設計的燃燒裝置(見圖1)。將樣品以葉尖在上、葉柄在下的方式在燃燒罐樣品夾上固定好。在燃燒罐的四方，分別接上氧氣進氣管，進氣管連通流量計，將氧氣的流速調節在15L/min，在向罐內穩定輸入氧氣30s后，用自制的點火器(在空氣中火焰長度為30mm)從葉尖處點火，點燃后移開點火器，用秒表記錄持續鮮葉的開始燃燒時間，記錄燃燒現象。待燃燒熄滅后，記錄燃燒時間，測定殘余葉片質量。

采用文獻[19-20]中的“不規則多邊形面積測量”軟件測定燃燒試驗前后葉片的面積，并計算鮮葉單位面積質量。參照文獻[21-22]計算鮮葉的燃燒速率和損毀程度。其中燃燒的速率用絕對線速率V1、絕對面積損失速率V2、絕對質量損失速率V3、相對線速率V4、相對面積損失速率V5、相對質量損失速率V6共6個指標表述，損毀程度用絕對損毀長度S1、絕對損毀面積S2、絕對損毀質量S3、相對損毀長度S4、相對損毀面積S5、相對損毀質量S6共6個指標表述。

圖1 鮮葉燃燒試驗裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of combustion test device

2 結果與分析

6種殼斗科植物鮮葉的理化性質測定結果見表1，鮮葉在純氧條件下的燃燒試驗結果見表2。

表1 鮮葉的理化性質測定結果Table 1 Determination of physical and chemical properties of fresh leaves

由表2可以看出，6種殼斗科植物鮮葉在純氧中燃燒，其相對損毀程度都達到了100%，結合表1，表明無論是低含水率的滇青岡(40.17%)，還是含水率較高的高山栲(49.84%)，全部鮮葉都能夠燒完。從燃燒速率來看，絕對線速率和絕對質量損失速率差別不是很大，但6種鮮葉的相對速率卻有明顯的差別，長穗高山櫟、毛脈高山櫟、高山栲、滇石櫟的相對燃燒速率明顯快于滇青岡和木姜葉柯。與以往使用相近方法研究結果相比，6種殼斗科植物鮮葉較中華獼猴桃(Actinidia chinensis)、藤三七(Anredera cordifolia)、三葉地錦(Parthencissus semicordata)、紫藤(Wisteria sinensis)、石巖楓(Mallotus repandus)、葉子花(Bougainvillea glabra)、三葉爬崖藤(Tetrastigma hemsleyanum)、常春藤(Hedera nepalensis var.sinensis)、常春油麻藤(Mucuna sempervirens)等昆明地區常見藤本植物鮮葉易燃[22]，也較大白花杜鵑(Rhododendron decorum)、水紅木(Viburnum cylindricum)、野八角(Illicium simonsii)、云南野山茶(Camellia pitardii)、云南樟(Cinnamomum glanduliferum)5種昆明地區常見森林植物鮮葉易燃[13]。與同屬殼斗科植物的元江栲(C.orthacantha)相比，6種鮮葉燃燒的相對面積損失速率較快，但相對線速率和相對質量損失速率較慢；與同屬殼斗科的光葉石櫟(L.mairei)相比，木姜葉柯和滇青岡的燃燒相對速率與其(1.8%/s)相近。

表2 鮮葉的燃燒試驗結果Table 2 Combustion test results of fresh leaves

從可燃物理化性質角度講，含水率高、抽提物含量和熱值最小，不利于燃燒，而灰分含量少則有利于燃燒。從表1可以看出，6種殼斗科植物中，高山栲鮮葉具有含水率最高、抽提物含量和熱值最小、灰分含量和鮮葉單位面積質量最小的特點。但其燃燒的絕對速率卻最快，相對速率也較快，這與鮮葉單位面積質量最小有關。因為可燃物厚度小、表面積體積比大，有利于水分蒸發和熱分解的進行，從而有利于燃燒。表明鮮葉的燃燒性除了與研究中常用到的含水率、抽提物含量、熱值、灰分含量4個理化性質有關外，單位面積質量也是影響其燃燒性的一個重要物理性質。

3 結論與討論

用自行設計的燃燒試驗裝置，對昆明地區常見的6種殼斗科植物鮮葉進行了純氧條件下的直接燃燒試驗，6種殼斗科植物鮮葉在純氧中的損毀程度都達到了100%，且燃燒相對速率較快，均屬于易燃植物。相對燃燒速率較快的有長穗高山櫟、毛脈高山櫟、高山栲、滇石櫟，燃燒速率較慢的有滇青岡和木姜葉柯。單位面積質量是影響鮮葉燃燒性的一個重要物理性質。由于本研究取得實驗數據較少，未定量分析鮮葉單位面積質量與燃燒性12個指標間的關系。今后可開展單位面積質量與水分蒸發速率、熱分解速率的關系研究，從而為定量研究鮮葉單位面積質量與燃燒性的關系奠定基礎。