思茅松林的可燃物与火行为研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇思茅松林的可燃物与火行为研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：通过野外调查，基于森林亚类型，以主要伴生树种或下层植被为基础，对思茅松林内可燃物进行划分，并在林内进行试验火烧，得到相应的火行为参数.结果表明,思茅松林的火行为强度比较弱，主要为中低强度的火，这与林内的可燃物有关，也和所处的生境和立地条件有关；火烧后的树木死亡率比较低，表明思茅松在长期的演替中已经适应了火烧.
关键词：火行为可燃物林火强度火烈度烧损量思茅松林
中图分类号：S791.25911S762 文献标识码：A 文章编号：1671-3168（2011）03-0065-04
Research on Combustible Material and Fire Behaviors of Pinus kesiya
ZHANG Wen-jie【sup】1【/sup】, WANG Qiu-hua【sup】2【/sup】, XIAO Hui-juan【sup】2【/sup】, LI Shi-you【sup】2【/sup】,CHEN Long【sup】2【/sup】
（1 Forest Inventory and Planning Institute of Yunnan, Kunming 650021, China2 Faculty of Civil Engineering,
Southwest Forestry University, Yunnan Key Laboratory of Forest Disaster Warning and Control, Kunming 650224, China）
Abstract: Through field surveys, based on forest sub-types, mainly associated species and lower vegetation, combustible material types can be classified within Pinus kesiya forest. Fire behaviors index was induced from burning experiment. Results showed that the fire behavior intensity of Pinus kesiya was relatively weak, mainly in low-intensity fire, which was due to forest combustible material, habitat and the site conditions Trees death rate was relatively low after fire, indicating Pinus kesiya have been adapted to fire in long-term succession.
Key words: fire behavior combustible material forest fire intensity fire intensity burning capacity Pinus kesiya
收稿日期：2011-05-31；修回日期：2011-06-16.
基金项目：西南林业大学科研启动金（111101），云南省森林灾害预警与控制重点实验室开放基金（ZK09A209）.
作者简介：章文杰（1975-），男，福建大田人，工程师.从事森林资源调查规划设计工作.省略
通信作者:王秋华（1978-）,男,福建长汀人,博士,讲师.从事森林防火的教学与科研工作.
森林可燃物是森林中一切可以燃烧的植物体，是森林燃烧的物质基础，对林火的发生、发展、控制均有明显的影响.林火行为的强度取决于可燃物层的物理、化学特性和生物因素 【sup】［1］【/sup】.森林可燃物的配置结构对林火行为有着重要的影响，是林火管理的关键【sup】［2］【/sup】.可燃物类型表示不同可燃物的分布位置，即在一个区域内不同可燃物的所在位置，也是一个区域火险大小的标志【sup】［3］【/sup】.由于森林的复杂性，可燃物存在地域性与区域性的差异，需要将可燃物进行分类和划分.相关的研究，如陕西针叶林下可燃物类型【sup】［4］【/sup】北京市八达岭林场4种针叶林型易燃可燃物负荷量及空间分布对林火种类、火行为 【sup】［5］【/sup】而云南针叶林可燃物的调查仅见于云南松，对思茅松林的则很少【sup】［6，7］【/sup】.思茅松面积59.02万hm【sup】2【/sup】，占全省针叶林面积的10.09%，蓄积量6 100.22万m【sup】3【/sup】，占全省针叶林蓄积的10.68%【sup】［8］【/sup】,其火灾状况影响到云南火灾的严重程度.研究思茅松林可燃物与火行为有利于更好地进行火管理，安全扑救森林火灾. 1研究地区概况
普洱市位于云南省西南部，北纬22°02′～24°50′，东经99°09′～102°19′，总面积45 3385 km【sup】2【/sup】，是云南省土地面积最大的市.普洱市地处低纬带，北回归线从本区中部通过，常年受印度洋季风影响，热量高，降雨量大.年均温15.3～20.2℃，绝对高温35℃，绝对低温0℃，年日照数1 900～2 200 h，大于10℃的年活动积温为6 000～7 000℃；夏热酷暑，冬凉无严寒.区内年均降雨量1 200～1 500 mm，但分配不均.冬春季干凉少雨，蒸发旺盛；夏秋季湿热多雨，相对湿度大，干湿季明显，呈典型的南亚热带气候特征.海拔由景东无量猫头山的最高点3 037 m，降至江城土卡河口的最低点317 m，相对高差达到2 900 m.由于海拔高差变化大，气候在垂直方向上的表现有明显差异，有北热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、温带、南温带等各种类型.土壤以红壤为主，占土地面积的77.2%，一般土层厚度在1 m以上，有机质含量高.
思茅松（Pinus kesiya var. langbianensis）林是云南特有的森林类型,集中分布于景东、墨江、普洱、思茅、景谷、镇沅等地的宽谷盆地周围的低山丘陵以及江河两岸山地.其分布的海拔范围一般为700～1 800 m，个别下降到澜沧江边600 m左右，最高可达海拔2 000 m.分布的上限与山地常绿阔叶林和云南松林衔接，下连干热河谷灌丛，有着明显的垂直地带性【sup】［9］【/sup】.
思茅松林绝大多数为纯林，约占林分的90%，混交林仅占10%，林相整齐，为单层林，在个别地段与其他阔叶树种混交的林分出现复层的现象，是同世代林 【sup】［9］【/sup】.由于山区在历史上就沿用“刀耕火种”、毁林开荒的耕作方式，且分布区内林火频繁，这都为阳性树种思茅松的天然更新和扩展创造了适宜条件.因此，目前的思茅松林绝大部分都是在原有常绿阔叶林遭受破坏后的林地上天然更新形成的次生林.思茅松林成长后，林内透光干燥，地表火经常发生. 2研究方法 2.1可燃物的分类
分别于2002、2007年、2010年2、3月份森林火险等级最高时在思茅松连续分布区进行野外调查.根据野外调查，基于森林亚类型，从森林可燃物的角度，以主要伴生树种或下层植被为基础，根据思茅松林分布区的自然条件与林分结构特点以及可燃物的各种特征对思茅松林可燃物进行划分.根据思茅松林的生态习性、可燃物的配置结构等将可燃物类型进行简化，以便于量化研究其火行为. 2.2试验火烧
试验火烧选择在火险等级较高的防火期进行，目的是为了确定林分、地表可燃物、地形因子与火行为之间的关系.为了得到不同火险天气条件下的火行为数据,在2002年2、3月份进行了10次火烧试验.其中的4次点火分设在同一天的上午火险等级较低,下午火险等级较高的时间段内进行.
设置30 m×30 m的思茅松林试验样地，并沿四周开设5～10 m宽的防火线，派扑火队员守卫以防止跑火.在火烧中采集火的蔓延速度、火焰高度、火焰倾角等火行为指标，火烧过后测定烧黑高度、烧焦高度，通过火烧前后的可燃物载量变化来计算烧损量.对试验火烧的全程进行录像，用于对比研究. 2.3火烧结果评估
2003年6月回访试验地，测定林木烧死高度、落叶高度以及树木的死亡率等，计算林火烈度，评估火烧后果. 3结果与分析 3.1可燃物分析
思茅松林可燃物可简化为灌木―思茅松、草类―思茅松2个主要类型.具体特征如下.
1）灌木―思茅松林（Pinus kesiya var.langbianensis -with shrub）
在表1的12个灌木―思茅松林的样地中， 1 h可燃物的载量为12.6t/hm【sup】2【/sup】，灌木的载量为7.2 t/hm【sup】2【/sup】，可见载量比较大，这与思茅松的生境有关.思茅松自然分布于云南热带北缘和亚热带南部半湿润地区，气候主要受西南季风的影响和控制，具有平均温度较高、年温差小、雨量较充沛的特点,林木生长季长.思茅松林木生长迅速，特别是树高生长，1年可出现2次抽梢现象，1次为春梢，1次秋梢，每抽1次梢就形成1个轮枝.思茅松林的灌木组成种类和结构都比较复杂，林下有下木53种，草本植物117种，藤本植物10种，尚有少量附生和寄生植物.常见有圆锥水锦树（Wendlandia paniculata）、乌饭树、珍珠花等.在中幼龄林中，下木种类较多，覆盖度多在30%～40%.除成熟林中的种类外，尚有渐光五月茶（Antidesma calvescens）、假木荷（Craibiodendron sp.）、密花树（Rapanea neriifolia）、大叶千斤拔（Flemingia macrophylla）、地桃花（Urena lobata）、黑面神（Breynia patens）、渐尖算盘子（Glochidion acuminatum）等，这些种类具有较明显的季相变化.同时，由于思茅松林区温度较高，湿度也较大，可燃物腐烂、分解较快，雨季积累较少，但干季可燃物的载量较大.思茅松林的灌木大部分终年常绿，水分含量较高，为85.7%～121.1%，平均为118.5%.
2）草类―思茅松林（Pinus kesiya var.langbianensis -with grasses）
在表1的5个草类―思茅松的样地中， 1h可燃物的载量为14.4 t/hm【sup】2【/sup】，活草本7.6 t/hm【sup】2【/sup】，可燃物的载量也较大，主要原因是思茅松林的草类较多，常以菊科、禾本科、豆科植物为主，如石芒草、姜花、紫茎泽兰、中国宿苞豆（Shuteria sinensis）、野姜（Zingiber striolatum）、长节耳草（Hedyotis uncinella）、山菅兰（Dianella ensifolia）、红果莎、金发草（Pogonatherum paniceum）、细柄草（Capillipedium parviflorum）、翅柄兔儿风、地胆草（Elephantopus scaber）、蔓生葫芦茶（Desmodium pseudotriquetrum）等.有的地段禾本科和菊科种类甚至可以呈现背景化，它们非常清楚地指示林内环境中的干湿季节变化和旱生程度.在干季，草类的地上部分枯萎，与外界的水分交换较快，形成有效可燃物，但思茅松仍在旺盛地生长，枯枝较少.
表1 思茅松林分因子与可燃物特征
Tab.1 Forest factors of Pinus kesiya var.langbianensis
and fuel characteristics 注：载量、林龄、郁闭度、树高和胸径的单位分别为kg/m【sup】2【/sup】、a、%、m、cm. 3.2火行为分析
火行为表征火从引燃、着火、发展、传播直至熄灭一系列连锁过程的总体，也就是经过一定时间后火的强度、蔓延速度、火焰长度和深度等方面【sup】［10］【/sup】.火行为研究每次林火在时间和空间上的变化【sup】［11］【/sup】.火行为的参数包括火蔓延速率、火强度、火烈度等以及火焰高度、火焰深度、火场形状、火场面积、周长等.研究林火行为有利于更好地预测林火的发生、发展和变化，从而更有效、安全地扑救林火，避免事故的发生【sup】［12］【/sup】. 3.2.1林火强度
林火强度指森林可燃物燃烧时的热量释放速度，包括辐射强度、对流强度、反应强度和火线强度.火线强度是在单位时间内单位火线长度上产生的热量，即单位火线长度.向前推进发出的热量用白兰公式计算，公式为：
I【sub】L【/sub】0.007WHR
式中：I【sub】L【/sub】为火线强度（kw/m）；W为单位面积的可燃物重量（t/hm【sup】2【/sup】）,H为可燃物的平均发热量（J/g）R为火线前进速度（m/min）.
表2 试验火烧的火行为参数
Tab.2 Indexes of experimental fire behaviors
林火强度是林火行为的重要标志之一.但火强度的变化幅度很大，相差能达到5 000倍.森林燃烧时，只有火强度小于4 000 kW/m时才有生态意义.一般将火强度分为：低强度（750 kW/m以下），中强度（750～3 500 kW/m），高强度（3 500 kW/m）.在计划烧除时，应把火强度控制在750 kW/m以下，并根据树种、树高、树龄来调节用火强度.
火焰是可燃物在气相状态下发生燃烧的外部表现，不仅具有放热、发光的特征，还有电离、自行传播等特点.火焰高度是林火中较容易观测到的数值，但火焰是随意的、动乱的和暂时的.因此用多次观测取平均值来表示.表2中火焰高度为0.9～2.2 m，表明全部是低中强度的火灾，可以用人工与机具扑灭.80%的试验火烧的火强度都在750～3 500 kW/m，为中强度的火烧，其余的为低强度火烧.这与思茅松林的可燃物有关，思茅松生长迅速，且所处地区干湿季节明显.在干季，可燃物分解慢，积累较多，同时含水率又低，有利于火灾的蔓延，但在湿季，由于水分充足，几乎没有火灾发生. 3.2.2火烈度
森林火灾是失去人为控制、自由蔓延的森林燃烧，是释放能量的过程.对森林生态系统破坏的程度取决于释放能量的多少、释放速度的快慢和释放时间的长短.火烈度是火对森林生态系统的破坏程度，可用烧入有机土壤的垂直深度、可观察到的烧焦程度和植物可燃物消耗的比例来描述 【sup】［13］【/sup】.依据火烧后的可燃物变化，可分为未烧、烧焦、轻度、中度和深度5个等级【sup】［14］【/sup】.火烈度灾变阈值与林火面积有关，一般大面积林火持续时间愈长其破坏力愈大，带来的损失也越严重，使森林在较短时间内难以恢复【sup】［15］【/sup】.火烈度有2种表达方法：以火烧前后蓄积量变化或火烧前后林木死亡株数变化来表示.在此用火烧前后林木死亡株数的变化来计算：
P ［ （ n【sub】0【/sub】-n【sub】1【/sub】 ）/n【sub】0【/sub】 ］×100%,
式中: n【sub】0【/sub】 为火烧前林木株数 n【sub】1【/sub】为火烧后林木株数.
当n【sub】0【/sub】n【sub】1【/sub】 时,相当于森林火烧后无损失,此时火烈度P0
当P>50%时,为大火 当20% ≤P ≤50%时,为中等火 当P
表2中思茅松林10%的火是大火，40%的火是中等火，剩下的50%为轻度火.也就是90%的火是轻度和中度火，火行为较弱，这与所处的区域高温、高湿有关，不利于火灾的蔓延. 3.2.3烧损量
可燃物烧损量是在一定的火环境条件下实际被烧掉的可燃物数量，包括地下层、地表层和树冠层的烧损量，烧损量的大小直接影响燃烧能量释放的多少【sup】［3］【/sup】，是表征林火行为特别是火强度和火烈度的重要参数.烧损量主要决定于可燃物负荷量，受火环境因子的影响也较大 【sup】［16］【/sup】.烧损量是可燃物消长变化的参数，是研究林火强度和林火烈度的一个重要参数【sup】［17］【/sup】.在试验火烧前后详细记录可燃物的变化，采用花脸率、灌木去除率和凋落物去除率作为评价指标.花脸率过大，表明没有被火烧的地方太多，可能连很多细小可燃物也没有烧掉，导致林分内残留的可燃物载量过大，达不到烧除的目的；花脸率太小，表明地表的可燃物烧损过多，在雨季来临时也不利于水土保持.表3的10次火烧试验中，花脸率都比较小，都低于20%；同时，去除率也比较高，特别是凋落物的去除率更高，都在70%以上，表明在试验火烧中，凋落物都被烧掉，但灌木的去除率都低于30%.主要是因为试验火烧是在干季进行，这时思茅松林内地表可燃物含水率较低，容易燃烧和蔓延，但灌木基本上都是常绿的，燃烧较难.
表3 试验火烧的可燃物烧损量
Tab.3 Fuel consumptions of fire sites 4结论与讨论
根据思茅松林的生境特征、林分特征以及林内的可燃物配置结构等，把可燃物类型简化为灌木―思茅松，草类―思茅松2个主要类型，但也不是绝对的.
思茅松林的火行为基本都是中、低强度的，大火较少，这和林内的可燃物有关，也和所处的生境条件、立地有关.由于水热条件好，生长迅速，干季时可燃物多，分解慢，载量大，很容易着火.在旱季即森林防火期特别是紧要期内加强可燃物的管理可以降低森林火险.
思茅松林的火行为较弱，火强度也较小，火烧后的树木死亡率比较低，这也表明思茅松在长期的演替中已经适应了火，且把火视为更新的一个重要影响因子.因此可以在思茅松林内开展计划烧除.但如何科学、合理地利用火降低森林火险，并减少病虫害，增加林分质量，使思茅松达到最佳状态，需要继续深入研究.
参考文献:
［1］文定元.森林防火基础知识［M］.北京:中国林业出版社,1995：73-90.
［2］董广生,葛学林,金晓钟，等.林火学［M］.哈尔滨:东北林业大学出版社,1997,35-76.
［3］单延龙,张敏,于永波.森林可燃物研究现状及发展趋势［J］.北华大学学报（自然科学版）,2004,5（30）：264-269.
［4］韩恩贤,薄颖生,韩刚.陕西针叶林下可燃物分布状况调查研究［J］.陕西林业科技,2003（2）:38-39.
［5］王晓丽,牛树奎,马钦彦，等.北京地区主要针叶林易燃可燃物垂直分布［J］.北京林业大学学报,2009,31（2）:31-35.
［6］唐荣逸,周汝良.云南松可燃物载量预测模型研究［J］.山东林业科技,2007（1）:1-4.
［7］李世友,张桥蓉,蔡德稳，等.滇中云南松和华山松林林窗与林缘主要易燃植物的调查［J］.安徽农业科学,2009,37（6）:2489-2490.
［8］国家林业局中南森林资源监测中心，云南省林业厅.云南省森林资源连续清查第五次复查成果（2002-2007）［R］.2008:19-61.
［9］云南森林编写委员会.云南森林［M］.昆明：云南科技出版社,北京:中国林业出版社,1986：69-175.
［10］骆介禹.森林燃烧能量学［M］.哈尔滨:东北林业大学出版社，1992:22-101.
［11］Chandler Craig, Cheney Phillip, Thomas Philip, Trabaud Louis, Williams Dave .Fire in forestry, VolumeⅠ, Forest fire behavior and effects［M］.New York: John Wiley & sons, 1983:21-68.
［12］朴金波.林火行为研究［M］.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,2002:22-89.
［13］K. C. Ryan. Dynamic Interactions between Forest Structure and Fire Behavior in Boreal Ecosystems［J］.Silva Fennica, 2002, 36（1）: 13-39.
［14］B. Pérez and J.M. Moreno. Methods for Quantifying Fire Severity in Shrubland Fires［J］.Plant Ecology, 1998, 139: 91-101.
［15］郑焕能,温广玉,柴一新.林火灾变阈值［J］.火灾科学,1999,8（3）:1-5.
［16］袁春明,文定元.马尾松人工林可燃物负荷量和烧损量的动态预测［J］.东北林业大学学报,2000,28（6）:24-27.
［17］A.M.Paulo and C.A.Oureiro. Fire Behaviour and Severity in a Maritime Pine Stand under differing Fuel Conditions［J］.Ann. For. Sci. 2004,61:537-544.