王志鵬，張文文，李 巖，康宣勇，閆想想，龍騰騰，王秋華,2

(1.西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224；2.云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224)

森林火災(zāi)不僅會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，而且會(huì)燒毀森林，影響社會(huì)和諧安寧，是世界重大自然災(zāi)害之一。近年來(lái)，全球頻發(fā)森林火災(zāi)：2018年11月8日，美國(guó)加利福尼亞州發(fā)生史上最具破壞性的大火，火場(chǎng)過(guò)火面積約5.7萬(wàn)hm2；2019年3月30日中國(guó)四川省涼山木里縣發(fā)生森林火災(zāi)，導(dǎo)致30名消防指戰(zhàn)員壯烈犧牲；7月18日澳大利亞發(fā)生全國(guó)性火災(zāi)，過(guò)火面積超過(guò)630萬(wàn)hm2，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間210 d，近5億動(dòng)物喪生；7月29日俄羅斯西伯利亞地區(qū)發(fā)生森林大火，過(guò)火面積超過(guò) 15 800 km2；8月“地球之肺”亞馬遜熱帶雨林發(fā)生大火，近百萬(wàn)公頃的森林被毀。2020年5月9日下午安寧市青龍街道辦事處雙湄村委會(huì)山神壩發(fā)生森林火災(zāi)，受火場(chǎng)高溫大風(fēng)、植被易燃等不利因素的影響，火場(chǎng)多次出現(xiàn)飛火情況，形成多條火線，火頭數(shù)次越過(guò)隔離帶，嚴(yán)重威脅周邊企業(yè)村莊，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間6d，過(guò)火面積共170.1 hm2。全球森林火災(zāi)越來(lái)越頻繁，大片森林在大火的侵蝕下化為一片灰燼。盡管森林系統(tǒng)的恢復(fù)力穩(wěn)定性強(qiáng)大，大火過(guò)后，樹(shù)木會(huì)重新長(zhǎng)出，用不了多久就會(huì)恢復(fù)原貌。但事實(shí)上，森林一旦被燒毀，很可能永遠(yuǎn)無(wú)法完全恢復(fù)。通過(guò)對(duì)昆明地區(qū)的林區(qū)可燃物進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期得到可燃物載量、含水率變化的規(guī)律及重大森林火災(zāi)可燃物的基礎(chǔ)規(guī)律，為預(yù)防重大森林火災(zāi)的發(fā)生提供理論基礎(chǔ)。

重大森林火災(zāi)發(fā)生的物質(zhì)能量基礎(chǔ)為可燃物。森林可燃物包括森林中的所有喬木、灌木、草類、地衣、苔蘚，以及地表的枯枝落葉和地表以下的腐殖質(zhì)和泥炭等，其影響森林火災(zāi)的發(fā)生、控制、撲救及用火安全、火燒后的損失[1-5]。森林可燃物的能量分析有利于林業(yè)部門制定科學(xué)有效的防火措施。

1 研究地概況

滇中地區(qū)的安寧市，行政區(qū)劃上屬于昆明市，位于東經(jīng) 102°10′～102°37′，北緯 24°31′～25°06′，總面積 1 321 km2，兼具低緯氣候、高原山地氣候、季風(fēng)氣候的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為降水充沛、干濕分明、分布不均。受西南季風(fēng)影響，冬無(wú)嚴(yán)寒、夏無(wú)酷暑，年均溫14～17 ℃，年均日照時(shí)數(shù)為 2 054 h，森林防火期長(zhǎng)達(dá)6～7個(gè)月[6]。系滇東高原盆地，地形以山地及山間盆地(壩子)為主，大面積土地高低參差、縱橫起伏。由于緯度低，海拔高，垂直地域分異明顯，動(dòng)植物種類多，物種多樣性豐富。

森林植被類型主要有常綠闊葉林、暖溫性針葉林和灌木林。針葉樹(shù)種主要有分布最廣的云南松(Pinusyunnanensis)，華山松(Pinusarmandii)人工林、云南油杉(Keteleeriaevelynian)、地盤松(Pinusyunnanensis.var.pygmaea)等。闊葉樹(shù)主要有旱冬瓜(Alnusnepalensis)、滇青岡(Cyclobalanopsisglaucoides)、云南樟(Cinnamanumglanduliferum)、元江栲(Castanopsisorthacanth)。常見(jiàn)灌木包括南燭(Lyoniaovalifoli)、光葉石櫟(Lithocarpusmaire)、大白花杜鵑(Rhododendrondecorum)、大樹(shù)楊梅(Myricaesculenta)等。2006年“3·29”重大森林火災(zāi)，過(guò)火面積達(dá) 1 695.4 hm2，損失大、影響廣[7]。

2 研究方法

2.1 外業(yè)調(diào)查

2019年5月2日對(duì)位于安寧市交界的西山區(qū)團(tuán)結(jié)鄉(xiāng)2006年“3·29”重大森林火災(zāi)跡地進(jìn)行外業(yè)調(diào)查。地盤松林、光葉石櫟林樣地各設(shè)置2個(gè)10 m×10 m的樣地，在樣地內(nèi)按對(duì)角線的方式各設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的樣方；在紫莖澤蘭樣地內(nèi)按四角及中心的方式設(shè)置5個(gè)1 m×1 m的樣方。

在設(shè)置的地盤松林、光葉石櫟林樣地中，用卷尺測(cè)高度，然后用尼龍網(wǎng)收集袋收集每個(gè)樣方內(nèi)的地表可燃物，取樣后用便攜式電子天平稱其鮮質(zhì)量，貼上標(biāo)簽后裝袋備用。樣方內(nèi)的可燃物收集后并稱量，寫上標(biāo)簽后帶回實(shí)驗(yàn)室，用以模擬火燒。

2.2 數(shù)據(jù)測(cè)定

1)絕對(duì)含水率的計(jì)算

(1)

2)載量的計(jì)算

(2)

3)熱值的測(cè)定

采用量熱法測(cè)定熱值,計(jì)算公式如下：

(3)

式中：Q為預(yù)計(jì)可燃物的發(fā)熱量(kJ/kg)；K為水當(dāng)量(kJ/℃)；To為點(diǎn)燃前的溫度(℃)；T為點(diǎn)燃后的溫度(℃)；△t為溫度校正值(℃)；M為樣品質(zhì)量(g)。

將取樣放入電熱鼓風(fēng)干燥箱后，105℃連續(xù)烘制24 h至絕干狀態(tài)，放入XRY-1C微機(jī)氧彈式熱量計(jì)內(nèi)，各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)步驟準(zhǔn)備完畢，啟動(dòng)電腦開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用Word 2010和Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)計(jì)算得出數(shù)據(jù)的平均值、最大值、最小值和標(biāo)準(zhǔn)差等，并進(jìn)行相關(guān)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 可燃物特征

在海拔約為 2 300 m、坡度約為10°的地區(qū)設(shè)置樣地，其地表可燃物能夠代表火燒跡地：地盤松主要為幼林，郁閉度為95%，高度不到1 m；光葉石櫟郁閉度為85%，高度約3 m；紫莖澤蘭為多年生菊科草本植物，高度約1.5 m，蓋度達(dá)75%(表1)。

表1 火燒跡地主要可燃物特征

3.2 可燃物的理化特征

3.2.1可燃物含水率

可燃物含水率用于表示可燃物水分多少，與林火發(fā)生、蔓延和強(qiáng)度息息相關(guān)，影響可燃物達(dá)到點(diǎn)著溫度的時(shí)間以及釋放熱量的多少[8]。地盤松幼林、光葉石櫟和紫莖澤蘭的絕對(duì)含水率分別為13%、11%和12%(圖1)。

圖1 火燒跡地可燃物的絕對(duì)含水率Fig.1 Absolute moisture content of combustibles in burned area

可見(jiàn)，5月的滇中地區(qū)仍然很干燥，可燃物易燃，要采取相應(yīng)措施，嚴(yán)格火源管理、嚴(yán)控火種進(jìn)山，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。本研究中，地盤松幼林和光葉石櫟均取林下凋落物，其含水率代表了林內(nèi)可燃物的干燥狀態(tài)，能為營(yíng)林用火、營(yíng)林措施提供基本依據(jù)，也能為地表火的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)。而紫莖澤蘭憑借強(qiáng)大的根狀莖在火燒跡地大量生長(zhǎng)，但采樣時(shí)也處于干枯狀態(tài)，且枯死的葉子不落到地面，仍然密集懸掛在莖稈上，如果發(fā)生火災(zāi)，將成為良好的“過(guò)火通道”。在昆明森林防火期內(nèi)，風(fēng)大、氣溫高且可燃物的含水率接近10%時(shí)，森林可燃物可以被快速引燃，且林火蔓延迅速，很有可能再次發(fā)生重大森林火災(zāi)。

3.2.2可燃物載量

可燃物的載量是影響著火速度、火勢(shì)蔓延速度和火強(qiáng)度的重要因素之一，是估測(cè)潛在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的重要參數(shù)。地表凋落物的累積和分解速度，氣象、地形條件等因素影響載量的數(shù)值，并隨時(shí)間和空間而動(dòng)態(tài)變化[9]。地盤松幼林、光葉石櫟和紫莖澤蘭的可燃物載量分別為0.4、0.5和1.1 kg/m2(圖2)。

圖2 火燒跡地可燃物載量Fig.2 Combustibles load in burned area

地盤松幼林和光葉石櫟的可燃物載量不大，但紫莖澤蘭的載量超過(guò)1.0 kg/m2，超過(guò)前兩種可燃物的2倍，如若發(fā)生火災(zāi)，發(fā)展為高強(qiáng)度火的概率較大。同時(shí)，由于紫莖澤蘭占據(jù)了大火后開(kāi)設(shè)的生土隔離帶、火燒跡地的陽(yáng)面山坡和溝箐，不但本身易著大火，而且有助于火的快速蔓延，應(yīng)引起足夠的重視，在防火期也應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

3.2.3可燃物熱值

可燃物熱值是指單位可燃物在絕干狀態(tài)下完全燃燒之后釋放出來(lái)的能量值，是可燃物燃燒的重要特征，是可燃物有機(jī)化合物組成及其含量的綜合反映，能有效評(píng)價(jià)植物化學(xué)能積累效率的高低，影響著火溫和火的蔓延過(guò)程，與火強(qiáng)度也有關(guān)，熱值越大，火強(qiáng)度越大[10]。一般情況下，森林可燃物中樹(shù)葉的熱值最高。地盤松幼林、光葉石櫟和紫莖澤蘭熱值分別為20 700、20 600和19 100 kJ/kg(圖3)。

圖3 火燒跡地可燃物熱值Fig.3 Calorific value of combustibles in burned area

林分特征、生長(zhǎng)特性一定程度上決定了熱值的差異性：地盤松屬耐旱植物，在火燒跡地的山脊上連片出現(xiàn)，形成密度極高的高山矮林或灌叢，其主干不明顯，貼伏地面，基部生多干，呈叢生狀，葉及林分易燃，適應(yīng)力強(qiáng)；光葉石櫟生于海拔 1 500～2 500 m較為干燥的山地雜木林地，與針葉林混生。

3.2.4可燃物單位面積熱量

單位面積的熱量指火頭內(nèi)單位面積釋放的熱量,它不受風(fēng)、坡度和蔓延方向的影響(單位面積熱量為熱值與可燃物載量的乘積)[11]。地盤松幼林、光葉石櫟和紫莖澤蘭的單位面積熱量分別為 8 280、10 300和21 010 kJ/m2(圖4)。

圖4 火燒跡地可燃物的單位面積熱量Fig.4 Heat per unit area of combustibles in burned area

由圖4可知，地盤松幼林的單位面積熱量最低，原因是幼林中可燃物載量較小，高度較低。紫莖澤蘭的熱值雖然不高，但可燃物載量最大，且生長(zhǎng)密集，連續(xù)性好，導(dǎo)致單位面積能量最高。

4 結(jié)論與討論

13年后，2006年“3·29”重大森林火災(zāi)火燒跡地內(nèi)主要可燃物地盤松幼林、光葉石櫟和紫莖澤蘭單位面積熱量分別為8 280 kJ/m2、10 300 kJ/m2和 21 010 kJ/m2，達(dá)到了較高水平?？扇嘉锏暮瘦^低，熱值較大，說(shuō)明火燒跡地的可燃物干燥易燃，在防火期有可能再次發(fā)生火災(zāi)，并產(chǎn)生人為難以控制的中高強(qiáng)度火，加重?fù)p失?；馃E地中地盤松林分易燃、垂直分布良好且密度大，如果發(fā)生火災(zāi)將可能由地表火轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚?qiáng)度火?？梢?jiàn)，火燒跡地內(nèi)可燃物豐富、能量較大，一旦著火，仍然有可能發(fā)展為重大森林火災(zāi)?；馃E地的更新、恢復(fù)，值得深入研究[12]。

重大森林火燒跡地的管理應(yīng)引起足夠的重視[13]。在不嚴(yán)重破壞林地原有生態(tài)系統(tǒng)的情況下，可在非防火期清理部分林下可燃物，降低林地內(nèi)可燃物載量，減少可燃物的水平垂直連續(xù)性；結(jié)合火燒跡地的地形、地貌和箐溝、山溝等[14]，加強(qiáng)防火林帶營(yíng)造的力度，形成閉合的環(huán)線，起到阻隔作用；加大紫莖澤蘭的除治力度，降低林內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性。

由于本次研究的采樣有限，建議將來(lái)增加采樣的量和時(shí)間，特別是在火險(xiǎn)等級(jí)最高的3—4月，多采樣，獲得更多的數(shù)據(jù)，使研究更有說(shuō)服力和代表性，提高研究的準(zhǔn)確度。