3種南方防火樹種理化性質的試驗研究*

彭徐劍 何 晨 詹慶斌

（1.南京森林警察學院，江蘇 南京 210023； 2.江西省林業科技推廣和宣傳教育中心，江西 南昌 330038）

樹種燃燒性指樹種著火蔓延和燃燒的程度，不同 樹種的燃燒性差異很大，主要分為易燃、不易燃和難燃3 種。樹種的燃燒性主要取決于其理化性質，包括含水率、纖維素、木質素、粗脂肪等物質含量及熱值、燃點等[1]。森林可燃物抗火性研究在1959 年由Byram[2]提出，國內外學者通過樹種理化性質測定試驗和比較分析，對不同地區的樹種燃燒性進行排序[3-12]。Dickinson等[13]通過對塔斯馬尼亞地區部分典型樹種的研究，得出闊葉樹種比針葉樹種難燃的結論。Van等[14]選用生物量、樹種的大小和生物分布和理化性質指標對南非樹種的抗火性進行研究。張恒等[15]運用主成分分析法對內蒙古大興安嶺主要喬灌樹種理化性質進行分析，得出興安落葉松屬于強抗火性樹種，白樺屬于可抗火性樹種，黑樺、山楊、蒙古櫟屬于弱抗火性樹種，二色胡枝子、平榛屬于可抗火性樹種，興安杜鵑屬于弱抗火性樹種。Engstrom等[16]對具有代表性的加州半枝蓮樣品進行定性和定量燃燒，結果表明：點火次數受形狀效應的影響較大，而點火溫度則受化學成分的影響較大。胡海清等[17]采用錐形量熱儀測定分析了小興安嶺8 種闊葉樹的燃燒性，結果顯示：白樺阻火能力最差，青楷槭阻火能力最強。裴建元等[18]對江西南昌10 種常見的常綠闊葉樹種理化性質進行測試，并利用聚類分析法進行篩選，結果表明:冬青、油茶、山杜英是較好的防火樹種。李艷芹等[19]應用主成分分析法和專家打分法，對帽兒山19 種喬木進行綜合研究，認為水曲柳、黃波羅、胡桃楸等可作為防火樹種。然而現有關于樹種燃燒性的諸多研究均著眼于單一季節的樹種燃燒性，而缺乏全季節樹種燃燒性方面的研究。因此，本文以火力楠、木荷、油茶3 種防火樹種為研究對象，通過試驗測定其含水率、燃點、熱值、灰分含量、粗脂肪含量、木質素含量、粗纖維含量等理化性質，比較分析3 種樹種不同季節的燃燒特征，為防火樹種的防火效能評價和南方地區防火樹種選擇提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

火力楠（Michelia macclurel）、木荷（Schima superba Gardn. et Champ）、油茶（Camellia oleifera Abel）3 種防火樹種。樣品采集：樹皮（樹高1.2 m處），樹枝（直徑1～2 cm），樹葉（理化性質穩定的新鮮老葉），各250 g；采集時間：2015 年春、秋、冬3 個季節（江西省森林防火重點期為10 月1 日至翌年4 月30 日）；采集地點為江西省南昌市灣里區。

1.2 設備

PARR 6400 全自動氧彈量熱儀，美國PARR公司；F47900/F48000 通用臺式馬弗爐，美國Thermo Fisher Scientific公司；FIWE6 纖維素測定儀，意大利VELP公司；DHG-9070A電恒溫熱干燥箱，濟南歐萊博科學儀器有限公司；DW-02 點著溫度測定儀，南京上元分析儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試樣制備

將樹皮、樹枝（直徑1～2 cm）、樹葉（理化性質穩定的新鮮老葉）采集后用封口袋帶回實驗室用電子天平稱重記錄（W1）。將樣品在室內風干，放置烘箱烘干至恒重（W2），用于含水率計算。然后每種樣品取5 g左右進行粉碎，60 目過篩，制成試樣，裝瓶備試。

1.3.2 理化性質檢測

選用含水率、燃點、熱值、灰分含量、粗脂肪含量、木質素含量和粗纖維含量7 個理化因子作為3 種防火樹種燃燒性評價指標。含水率、燃點、熱值、含量等均依據LY/T 2013—2012《森林可燃物的測定》進行測定；灰分依據LY/T 1268—1999《森林植物與森林枯枝落葉層粗灰分的測定》測定；木質素含量、粗纖維含量采用Van Soest法進行測定；粗脂肪含量采用索氏抽取法進行測定。

2 結果與分析

2.1 3 樹種不同部位在不同季節的含水率

含水率是決定樹木燃燒性的重要指標。含水率越高，越不易燃，抗火、阻火能力也越強。圖1 顯示了3 種防火樹種樹枝、樹皮、樹葉在春季、秋季、冬季的含水率，總體表現為木荷＞油茶＞火力楠；冬季各樹種的樹枝、樹皮、樹葉含水率最低，此時油茶樹皮含水率僅為47.83%，因此冬季可列為防火緊要期。

圖1 3樹種不同部位春季、秋季、冬季的含水率比較 Fig.1 Comparison of moisture content of different parts in spring, autumn and winter

2.2 3 樹種不同部位在不同季節的燃點

燃點是反映樹木易燃程度的重要指標，高燃點樹木不易燃，低燃點樹木易燃。圖2 顯示了 3 種防火樹種樹枝、樹皮、樹葉各季節的燃點變化，總體為木荷＞油茶＞火力楠；春季3 種防火樹種樹皮燃點均高于其他季節，而樹葉燃點低于其他季節。

圖2 3樹種不同部位春季、秋季、冬季的燃點比較 Fig.2 Comparison of ignition points of different parts in spring, autumn and winter

2.3 3 樹種不同部位在不同季節的熱值

樹木熱值越高，釋放能量越多，火強度越大，撲救難度更大，破壞程度更高；反之，則火強度越小，破壞程度越輕。從圖3 可以看出，春季3 種防火樹種樹枝、樹皮、樹葉熱值為油茶＞木荷＞火力楠；秋冬兩季總體為火力楠＞油茶＞木荷。

圖3 3樹種不同部位春季、秋季、冬季的熱值比較 Fig.3 Comparison of calorific value of different parts in spring, autumn and winter

2.4 3 樹種不同部位在不同季節的灰分含量

植物體內灰分含量越高，燃燒性能越差，抗火性越強；反之抗火性越弱。圖4 顯示，各季節3 種防火樹種樹枝、樹皮、樹葉灰分含量總體為木荷＞油茶＞火力楠 ，在秋季灰分含量達到高峰期。

圖4 3樹種不同部位春季、秋季、冬季的灰分含量比較 Fig.4 Comparison of ash content of different parts in spring, autumn and winter

2.5 3 樹種不同部位在不同季節的粗脂肪含量

圖5 3樹種不同部位春季、秋季、冬季的粗脂肪含量比較 Fig.5 Comparison of crude fat content of different parts in spring, autumn and winter

粗脂肪含量是可燃物易燃性的重要指標，粗脂肪含量越高的植物越易燃，含量越低越不易燃，抗火性也越強。圖5 顯示了各季節3 種防火樹種樹枝、樹皮、樹葉粗脂肪含量總體變化趨勢，火力楠＞油茶＞木荷，最高為秋季火力楠的樹葉（5.49%），最低為秋季木荷樹枝（0.26%）。

2.6 3 樹種不同部位在不同季節的木質素含量

木質素是樹木的重要成分，不易燃燒，但燃燒時卻能釋放出大量的熱量，含量越高著火感應時間越長，可提高火場溫度，增大火災撲救難度。從圖6 可以看出，各季節3 種防火樹種樹枝、樹皮、樹葉木質素含量總體為木荷＞油茶＞火力楠，且秋季總體最高。木質素含量最高為秋季木荷的樹枝（47.62%），最低為秋季火力楠的樹葉（26.28%）。

圖6 3樹種不同部位春季、秋季、冬季的木質素含量比較 Fig.6 Comparison of lignin content of different parts in spring, autumn and winter

2.7 3 樹種不同部位在不同季節的粗纖維含量

粗纖維素是樹木的重要組分，其含量對植物燃燒性起到關鍵作用。圖7 顯示，各季節3 種防火樹種樹枝、樹皮、樹葉粗纖維含量總體為油茶＞火力楠＞木荷，最高為秋季油茶的樹枝（61.66%），最低為春季木荷樹葉（17.65%）。

圖7 3樹種不同部位春季、秋季、冬季的粗纖維含量比較 Fig.7 Comparison of crude fiber content of different parts in spring, autumn and winter

3 結論

通過對南方3 種典型防火樹種理化性質測定分析，得出各季節3 種防火樹種樹枝、樹皮、樹葉的含水率、燃點、灰分含量、木質素含量總體為木荷＞油茶＞火力楠；熱值為春季油茶＞木荷＞火力楠，秋冬兩季火力楠＞油茶＞木荷；粗脂肪含量為火力楠＞油茶＞木荷；粗纖維含量油茶＞火力楠＞木荷。

然而，樹種燃燒性是由其理化性質、生物生態學特征等共同決定的[20-21]，本研究僅考慮了部分理化性質。因而在下一步樹種燃燒性試驗及評價時，還需結合樹種的生物學特征（如樹冠整枝、樹皮、根系、萌芽等）和生態學特征（如耐旱性、喜肥性、耐陰性等），考慮不同初含水率、孔隙率對木材溫度變化速率的影響[22]，結合不同功率下錐形量熱儀對可燃物熱釋放速率和熱重分析儀對熱解性能的測定進行綜合評價[23-25]，以構建完善的樹種燃燒性評價體系，從而做到全面客觀地評價樹種燃燒性，為南方地區生物防火林帶建設工作提供數據支持。