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作者简介:张文博,男,林业助理工程师,主要从事林业公益林建设工作。
通讯作者简介:王俊明,男,(1966-),林业高级工程师,主要从事成人教育和科技推广工作。
摘要:依据不同的分类方式划分秦岭林区可燃物的分类,分析各类可燃物的特点,找到共性和内在规律,指导森林火灾的扑救和预防工作。
关键词:秦岭林区;可燃物;分类;特点
Qinling Mountains forest combustible classification and characteristics
【Abstract】Based on the classification of different division of Qinling Mountains forest combustible classification, analysis of the characteristics of all kinds of combustibles, find the commonalities and internal rules, guide the forest fire fighting and prevention.
【Key words】Qinling Mountains forest;combustible;classification;characteristics
森林可燃物是指森林中所有的有机物都属于可燃物,包括森林中的乔木、灌木、草本、苔藓、蕨类、地衣、枯枝落叶、腐殖质和泥炭等。分析可燃物的特点,对指导森林火灾的扑救和预防有着深刻意义。
1 秦岭林区可燃物的分类
1.1 按可燃物分布的空间位置分为三类。
依据森林火灾发生、蔓延程度,森林可燃物可以概括地分成三类。第一类,下层可燃物(地表可燃物),包括林内枯枝落叶和未分解的粗糙腐殖质、草本植物、林地上的枯立木、风倒木、天然整枝自然脱落或采伐的枝桠与梢头、困山材、树高5m或胸径5cm以下的幼树、矮树、灌木、竹子、亚乔木等;第二类,地上高层可燃物,即树高5m以上的林木,秦岭林区一般是针叶材,主要有油松、华山松、铁杉、冷杉、云杉等;第三类,地下可燃物,包括没有腐朽的栓皮、枯树根等。在这三类可燃物中,对火险等级影响最大的是第一类。
森林可燃物的层次体系结构
1.2 按生活力分为二类。
即活可燃物和死可燃物。活可燃物含水率是预测林火发生、林火行为、能量释放、估计火险大小的主要指标,是确定计划火烧、实施营林用火的依据。死可燃物是引起森林火灾的重要原因,掌握森林地表死可燃物载量的分布,对预防火灾和可燃物管理有重要意义。有焰燃烧可燃物又称明火,能挥发可燃性气体产生火焰,占森林可燃物总量85%~90%,其特点是蔓延速度快,燃烧面积大,消耗自身的热量仅占全部热量的2%~8%。无焰燃烧可燃物又称暗火,不能分解足够可燃性气体,没有火焰,如泥炭、朽木等,占森林可燃物总量的6%~10%。
1.3 按易燃程度可分三类。
分为易燃可燃物、燃烧缓慢可燃物和难燃可燃物。难燃类主要有冬瓜杨、落叶松、野核桃、山杨、锐齿栎、枫杨、河柳、铁杉、青榨槭、以及阔叶混交林。可燃类有冷杉、云杉、落叶松、水杉、山杨、苦楝、刺槐、桦类、漆树、杜仲、厚朴、以及针阔叶混交林。易燃类有马尾松、华山松、油松、柏木、杉木、柳杉、栓皮栎等落叶栎类以及针叶混交林,针阔(落叶)混交林。
2 秦嶺林区可燃物的特点
森林可燃物的特性包括森林可燃物的理化性质和空间组合特征。可燃物的理化性质描述可燃物植物部分的特性,包括可燃物的化学性质以及密度、燃点、热值、含水率等物理性质,主要用来解释燃烧现象(能量释放大小、火线强度和火焰长度等);可燃物空间组合特征描述可燃物组合的各种特性,包括可燃物的数量、大小、形状、密实度及连续性等,主要影响火行为(扩散速率与强度)。
2.1 天气等气象因子变化时,可燃物易燃程度、可燃物载量、可燃物含水率等都会随之发生变化。风:风能加速可燃物水分蒸发,促使地被物干燥,风也能助燃。坡向:燃烧物质向着太阳和风时,易干燥,阳坡易引起火灾并使传播速度快,阴坡则正好相反。坡度:坡度大小影响可燃物温度的变化,坡度大可燃物易干燥。很明显,当坡度大时,一个燃烧中心所产生向上的对流柱越靠近燃烧物质,这时物质受到对流和辐射热量的加热从而加快干燥和燃烧。上山火燃烧强度传播速度快,同时由于存在斜坡,燃烧物可能滑动滚下,从而点燃新的燃烧点。下山火燃烧较缓慢,有利于扑救。坡位:坡位不同,地被物多少及干旱程度不同,火灾蔓延速度不同,低凹地多草丛,火燃烧猛烈。山顶及陡坡岩石裸露处,可燃物稀少,不易燃烧,火烧到自灭,但山顶部燃烧的球果、枝条下滑后,又能引起新的着火点。海拔高度:海拔高度影响森林植物组成和燃烧物质的水分。通常是山高风大,有利于林火传播。
2.2 森林可燃物是森林火灾的基础因素,其含水率的多少与火灾的强度、蔓延速度密切相关。森林可燃物的含水率、相对湿度等气象要素与林火之间的关系,通过实验发现,含水率小于5%极易燃,含水率6%~10%很易燃,含水率11%~20%易燃,含水率21%~30%难燃或可燃,含水率大于30%不燃。
2.3 森林中干燥的细小的可然物是易燃物质,森林燃烧首先从细小可燃物开始,然后逐步引燃其他可燃物。不同森林可燃物的燃点温度各异,干枯杂草燃点为150~200℃,当温度达到260~305℃时干木材可以燃烧,要达到这样高的温度,必须要有外来火源。森林细小可燃物接触烟头火种后,其引燃时间长短与可燃物的特点有关,一般草类最短,其次是阔叶(桦、柞)类、针叶类和针阔类的枯枝落叶较草类可燃物引燃时间长。林内草本植物含水率较低、燃点较低、生长茂密,最易着火,但传播迅速、火势不大。冬季林内的木本植物含水率稍高、燃点较高、在草木的引燃下着火,传播慢、火势大。引燃时间长短与可燃物的特点有关,一般草类最短,其次是阔叶类、针叶类和针阔类的枯枝落叶较草类可燃物引燃时间长。 2.4 可燃物的载量、聚积与林区的立地条件有关。坡度大,聚积少,可燃物载量小。植物生长阳坡不如阴坡强盛,可燃物载量小,但含水率低,易燃易蔓延,耐燃性不如阴坡,山体阳坡或半阳坡,林内草本、灌木发达,林内环境干燥,起火的可能性较高。一般而言,高海拔地区,立地条件相对差,林内温度低,土壤相对干燥,林内生物多样性要比低海拔地区低,地表死可燃物则少;陡坡地区一般物种多样性亦低,林内草本和灌木不发达,而且受坡度影响大部分地表死可燃物在水流、风等的作用下容易往缓坡转移并汇集,从而死可燃物载量低。
2.5 可燃物的含油率与可燃性、耐燃性密切相关。林分结构包括树种的组成及比例。一般来说,针叶林燃烧性大,而阔叶林较小。在针阔混交林中,森林燃烧性的大小主要取决于针阔叶树的比例。针叶树多,森林燃烧性大;阔叶树多,燃烧性小。人工林树种组成单一,纯林和不合理人工片状混交林居多,林分密度过大,火险隐患就多。
2.6 小枝含水率都超過30%,在森林可燃物中最易燃。地被物下层含水率都较高,此层结构紧密,为分解和半分解状,保水性强,不易燃烧。
2.7 从蔓延速度来看:栎类林分最快,易产生急进地表火;油松和华山松林蔓延速度中等,易形成稳进地表火,杂木林经较长时间干燥后也可产生稳进地表火,山杨和白桦林在经较长时间干燥后,在可然物积累很多的地方也能产生稳进地表火。纯落叶松林难发生地表火。一是急进树冠火,也称狂燃大火,火焰跳跃前进,蔓延速度快,每小时8~25km,火舌向前伸展,烧毁树冠的枝条,烧焦树皮使树木致死,火烧迹地呈长椭圆形。二是稳进树冠火,火焰全面扩展,又称遍燃火。火前进速度较慢,一般每小时2~4km,顺风每小时可达5~8km。地下可燃物起火燃烧,火燃烧速度缓慢,每小时仅为4~5m,一昼夜可以烧几十米至几百米左右,火烧迹地呈现弯弯曲曲马蹄形向四周伸展,这类火灾,只有在特别干旱的年代才能发生。
2.8 同一类型各层含水率不同,下木和树冠层含水率都较高,地被物含水率低,枯枝落叶常常附着地表水分,随天气条件变化而明显发生变化,应以地被物的含水率为指标。同一时期不同类型地被物的含水率不同,针叶林大于落叶阔叶林;阴坡大于阳坡,所以应以含水率最低的那种地被物作为潜在火险的指标。将几种林型燃烧性化为三等:危险林型为油松林、华山松林和竹类林分,中等危险林型为杂木林,低危险林型为山杨林、白桦林和落叶松人工纯林。
2.9 冰冻、大风、雪压等灾害可造成林区可燃物剧增。枯枝落叶短时间内即可大量聚积,可燃物载量增大。
2.10 国际上公认的发生森林大火的界限为林区可燃物积累已达到每公顷30t以上,即每667m22t以上。秦岭林区有林地都可达到这个标准。
2.11 秦岭林区最危险的可燃物是田边地头的柴草,春耕生产时,农民为了收拾地,最容易放火点燃。老坟头的可燃物以草本为主,燃点低,含水率低,清明时见火即燃。对于这些地区的可燃物可按照野外用火管理条例计划烧除。
2.12 燃烧要有助燃物。空气中的氧气就是燃烧助燃物,森林燃烧必须有足够的氧气才能进行,通常情况下空气中的氧气占21%,如果切断或隔绝空气使空气中氧气的含量减少到14~18%时,燃烧就会停止。1kg木材燃烧需3.2~4m3空气的氧气,森林燃烧时产生的空气不断流动,不燃气体随风飘散,氧气不断补充,氧气是保持燃烧的关键。
2.13 秦岭可燃物燃烧规律。见下表。
3 秦岭林区可燃物的管理
3.1 计划火烧。可燃物越积越多,危险林区在防火禁严期外,计划火烧,清除隐患。在燃烧时严格按照野外用火管理工作办法实施。
3.2 防火林带。借助生物技术营造防火林带,借助物理技术营造防火线,切断可燃物连片连块通道。科学选择防火树种,防火线位置、宽窄等。
3.3 目的清除。清除林区民房周围、坟墓周围、公路两侧、旅游场设施周围的危险可燃物。
小结:研究秦岭林区可燃物内在共性、规律,弄清楚火灾三大因素之一的可燃物的特点,提出合理科学的森林火灾扑救和预防方案,以期护好秦岭一片绿、为生态文明建设做出贡献。
参考文献
[1] 贺红士,常禹,胡远满,刘志华.森林可燃物及其管理的研究进展与展望植物生态学报,2010,34(6):741-752.
通讯作者简介:王俊明,男,(1966-),林业高级工程师,主要从事成人教育和科技推广工作。
摘要:依据不同的分类方式划分秦岭林区可燃物的分类,分析各类可燃物的特点,找到共性和内在规律,指导森林火灾的扑救和预防工作。
关键词:秦岭林区;可燃物;分类;特点
Qinling Mountains forest combustible classification and characteristics
【Abstract】Based on the classification of different division of Qinling Mountains forest combustible classification, analysis of the characteristics of all kinds of combustibles, find the commonalities and internal rules, guide the forest fire fighting and prevention.
【Key words】Qinling Mountains forest;combustible;classification;characteristics
森林可燃物是指森林中所有的有机物都属于可燃物,包括森林中的乔木、灌木、草本、苔藓、蕨类、地衣、枯枝落叶、腐殖质和泥炭等。分析可燃物的特点,对指导森林火灾的扑救和预防有着深刻意义。
1 秦岭林区可燃物的分类
1.1 按可燃物分布的空间位置分为三类。
依据森林火灾发生、蔓延程度,森林可燃物可以概括地分成三类。第一类,下层可燃物(地表可燃物),包括林内枯枝落叶和未分解的粗糙腐殖质、草本植物、林地上的枯立木、风倒木、天然整枝自然脱落或采伐的枝桠与梢头、困山材、树高5m或胸径5cm以下的幼树、矮树、灌木、竹子、亚乔木等;第二类,地上高层可燃物,即树高5m以上的林木,秦岭林区一般是针叶材,主要有油松、华山松、铁杉、冷杉、云杉等;第三类,地下可燃物,包括没有腐朽的栓皮、枯树根等。在这三类可燃物中,对火险等级影响最大的是第一类。
森林可燃物的层次体系结构
1.2 按生活力分为二类。
即活可燃物和死可燃物。活可燃物含水率是预测林火发生、林火行为、能量释放、估计火险大小的主要指标,是确定计划火烧、实施营林用火的依据。死可燃物是引起森林火灾的重要原因,掌握森林地表死可燃物载量的分布,对预防火灾和可燃物管理有重要意义。有焰燃烧可燃物又称明火,能挥发可燃性气体产生火焰,占森林可燃物总量85%~90%,其特点是蔓延速度快,燃烧面积大,消耗自身的热量仅占全部热量的2%~8%。无焰燃烧可燃物又称暗火,不能分解足够可燃性气体,没有火焰,如泥炭、朽木等,占森林可燃物总量的6%~10%。
1.3 按易燃程度可分三类。
分为易燃可燃物、燃烧缓慢可燃物和难燃可燃物。难燃类主要有冬瓜杨、落叶松、野核桃、山杨、锐齿栎、枫杨、河柳、铁杉、青榨槭、以及阔叶混交林。可燃类有冷杉、云杉、落叶松、水杉、山杨、苦楝、刺槐、桦类、漆树、杜仲、厚朴、以及针阔叶混交林。易燃类有马尾松、华山松、油松、柏木、杉木、柳杉、栓皮栎等落叶栎类以及针叶混交林,针阔(落叶)混交林。
2 秦嶺林区可燃物的特点
森林可燃物的特性包括森林可燃物的理化性质和空间组合特征。可燃物的理化性质描述可燃物植物部分的特性,包括可燃物的化学性质以及密度、燃点、热值、含水率等物理性质,主要用来解释燃烧现象(能量释放大小、火线强度和火焰长度等);可燃物空间组合特征描述可燃物组合的各种特性,包括可燃物的数量、大小、形状、密实度及连续性等,主要影响火行为(扩散速率与强度)。
2.1 天气等气象因子变化时,可燃物易燃程度、可燃物载量、可燃物含水率等都会随之发生变化。风:风能加速可燃物水分蒸发,促使地被物干燥,风也能助燃。坡向:燃烧物质向着太阳和风时,易干燥,阳坡易引起火灾并使传播速度快,阴坡则正好相反。坡度:坡度大小影响可燃物温度的变化,坡度大可燃物易干燥。很明显,当坡度大时,一个燃烧中心所产生向上的对流柱越靠近燃烧物质,这时物质受到对流和辐射热量的加热从而加快干燥和燃烧。上山火燃烧强度传播速度快,同时由于存在斜坡,燃烧物可能滑动滚下,从而点燃新的燃烧点。下山火燃烧较缓慢,有利于扑救。坡位:坡位不同,地被物多少及干旱程度不同,火灾蔓延速度不同,低凹地多草丛,火燃烧猛烈。山顶及陡坡岩石裸露处,可燃物稀少,不易燃烧,火烧到自灭,但山顶部燃烧的球果、枝条下滑后,又能引起新的着火点。海拔高度:海拔高度影响森林植物组成和燃烧物质的水分。通常是山高风大,有利于林火传播。
2.2 森林可燃物是森林火灾的基础因素,其含水率的多少与火灾的强度、蔓延速度密切相关。森林可燃物的含水率、相对湿度等气象要素与林火之间的关系,通过实验发现,含水率小于5%极易燃,含水率6%~10%很易燃,含水率11%~20%易燃,含水率21%~30%难燃或可燃,含水率大于30%不燃。
2.3 森林中干燥的细小的可然物是易燃物质,森林燃烧首先从细小可燃物开始,然后逐步引燃其他可燃物。不同森林可燃物的燃点温度各异,干枯杂草燃点为150~200℃,当温度达到260~305℃时干木材可以燃烧,要达到这样高的温度,必须要有外来火源。森林细小可燃物接触烟头火种后,其引燃时间长短与可燃物的特点有关,一般草类最短,其次是阔叶(桦、柞)类、针叶类和针阔类的枯枝落叶较草类可燃物引燃时间长。林内草本植物含水率较低、燃点较低、生长茂密,最易着火,但传播迅速、火势不大。冬季林内的木本植物含水率稍高、燃点较高、在草木的引燃下着火,传播慢、火势大。引燃时间长短与可燃物的特点有关,一般草类最短,其次是阔叶类、针叶类和针阔类的枯枝落叶较草类可燃物引燃时间长。 2.4 可燃物的载量、聚积与林区的立地条件有关。坡度大,聚积少,可燃物载量小。植物生长阳坡不如阴坡强盛,可燃物载量小,但含水率低,易燃易蔓延,耐燃性不如阴坡,山体阳坡或半阳坡,林内草本、灌木发达,林内环境干燥,起火的可能性较高。一般而言,高海拔地区,立地条件相对差,林内温度低,土壤相对干燥,林内生物多样性要比低海拔地区低,地表死可燃物则少;陡坡地区一般物种多样性亦低,林内草本和灌木不发达,而且受坡度影响大部分地表死可燃物在水流、风等的作用下容易往缓坡转移并汇集,从而死可燃物载量低。
2.5 可燃物的含油率与可燃性、耐燃性密切相关。林分结构包括树种的组成及比例。一般来说,针叶林燃烧性大,而阔叶林较小。在针阔混交林中,森林燃烧性的大小主要取决于针阔叶树的比例。针叶树多,森林燃烧性大;阔叶树多,燃烧性小。人工林树种组成单一,纯林和不合理人工片状混交林居多,林分密度过大,火险隐患就多。
2.6 小枝含水率都超過30%,在森林可燃物中最易燃。地被物下层含水率都较高,此层结构紧密,为分解和半分解状,保水性强,不易燃烧。
2.7 从蔓延速度来看:栎类林分最快,易产生急进地表火;油松和华山松林蔓延速度中等,易形成稳进地表火,杂木林经较长时间干燥后也可产生稳进地表火,山杨和白桦林在经较长时间干燥后,在可然物积累很多的地方也能产生稳进地表火。纯落叶松林难发生地表火。一是急进树冠火,也称狂燃大火,火焰跳跃前进,蔓延速度快,每小时8~25km,火舌向前伸展,烧毁树冠的枝条,烧焦树皮使树木致死,火烧迹地呈长椭圆形。二是稳进树冠火,火焰全面扩展,又称遍燃火。火前进速度较慢,一般每小时2~4km,顺风每小时可达5~8km。地下可燃物起火燃烧,火燃烧速度缓慢,每小时仅为4~5m,一昼夜可以烧几十米至几百米左右,火烧迹地呈现弯弯曲曲马蹄形向四周伸展,这类火灾,只有在特别干旱的年代才能发生。
2.8 同一类型各层含水率不同,下木和树冠层含水率都较高,地被物含水率低,枯枝落叶常常附着地表水分,随天气条件变化而明显发生变化,应以地被物的含水率为指标。同一时期不同类型地被物的含水率不同,针叶林大于落叶阔叶林;阴坡大于阳坡,所以应以含水率最低的那种地被物作为潜在火险的指标。将几种林型燃烧性化为三等:危险林型为油松林、华山松林和竹类林分,中等危险林型为杂木林,低危险林型为山杨林、白桦林和落叶松人工纯林。
2.9 冰冻、大风、雪压等灾害可造成林区可燃物剧增。枯枝落叶短时间内即可大量聚积,可燃物载量增大。
2.10 国际上公认的发生森林大火的界限为林区可燃物积累已达到每公顷30t以上,即每667m22t以上。秦岭林区有林地都可达到这个标准。
2.11 秦岭林区最危险的可燃物是田边地头的柴草,春耕生产时,农民为了收拾地,最容易放火点燃。老坟头的可燃物以草本为主,燃点低,含水率低,清明时见火即燃。对于这些地区的可燃物可按照野外用火管理条例计划烧除。
2.12 燃烧要有助燃物。空气中的氧气就是燃烧助燃物,森林燃烧必须有足够的氧气才能进行,通常情况下空气中的氧气占21%,如果切断或隔绝空气使空气中氧气的含量减少到14~18%时,燃烧就会停止。1kg木材燃烧需3.2~4m3空气的氧气,森林燃烧时产生的空气不断流动,不燃气体随风飘散,氧气不断补充,氧气是保持燃烧的关键。
2.13 秦岭可燃物燃烧规律。见下表。
3 秦岭林区可燃物的管理
3.1 计划火烧。可燃物越积越多,危险林区在防火禁严期外,计划火烧,清除隐患。在燃烧时严格按照野外用火管理工作办法实施。
3.2 防火林带。借助生物技术营造防火林带,借助物理技术营造防火线,切断可燃物连片连块通道。科学选择防火树种,防火线位置、宽窄等。
3.3 目的清除。清除林区民房周围、坟墓周围、公路两侧、旅游场设施周围的危险可燃物。
小结:研究秦岭林区可燃物内在共性、规律,弄清楚火灾三大因素之一的可燃物的特点,提出合理科学的森林火灾扑救和预防方案,以期护好秦岭一片绿、为生态文明建设做出贡献。
参考文献
[1] 贺红士,常禹,胡远满,刘志华.森林可燃物及其管理的研究进展与展望植物生态学报,2010,34(6):741-752.