孙永明，张文恒，姚丽敏，王东升，孙向宁

(1.山西省林业科学研究院，山西 太原 030012； 2.山西省森林防火预警监测中心，山西 太原 030012；3.山西省桑干河杨树丰产林实验局油坊林场，山西 右玉 037200)

·试验研究·

山西省生物防火树种选择研究

孙永明1，张文恒2，姚丽敏1，王东升3，孙向宁1

(1.山西省林业科学研究院，山西 太原 030012； 2.山西省森林防火预警监测中心，山西 太原 030012；3.山西省桑干河杨树丰产林实验局油坊林场，山西 右玉 037200)

笔者测定了山西省30个主要造林树种树叶的燃烧热值、含水率和燃点3个理化性质指标，并对其物候期、树冠特性、树皮状况、萌芽力、林分卫生状况和耐瘠薄性6个生物学、生态学特性指标进行野外观察和定性评判赋值，采用层次分析法对山西省主要造林树种的防火能力进行综合评判排序。选择出了26个防火树种，其中，优秀防火树种6个，优良防火树种9个，一般防火树种11个，不适于作防火林带的易燃树种4个。

山西省；生物防火；防火树种；防火林带

生物防火就是利用植物抗火性、燃烧性的差异性和植物的生物学、生态学及森林的林学特性，选择防火树种，营造防火林带，进行林分改造，以降低森林自身的燃烧性，提高森林阻火能力，改变火环境，从而达到阻火、隔火、断火的作用，减少森林火灾损失。筛选防火树种是营造防火林带的基础，防火树种要求具有较强的抗火能力、适宜的生物学特性和生态学特性。

舒立福、田晓瑞等研究表明，叶的苯乙醇抽取物含量最高，苯乙醇抽取物可在较低温度下分解，是引发火灾和火势蔓延的主要物质。同时，这些挥发物的燃烧释放出大量的能量，也会促进其它成分燃烧。叶是最易燃烧的器官。因此，可将叶的燃烧热值、含水率、燃点(点着温度)3个理化性质指标作为各树种的抗火能力特性指标。而不同树种物候期对林木防火的影响主要体现在该树种发叶的早晚。

笔者在野外调查的基础上，选择了在山西省造林工作中被大范围使用且育苗栽培技术成熟的30个树种，测定其理化性质，调查其生物学特征、生态学特征，利用层次分析法筛选出适合山西省地理气候条件的防火树种，以期为山西省防火林带的构建、营造林防火树种的选择提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料及处理

在山西省太岳山国有林管理局选择30个具有代表性、育苗栽培技术成熟的树种，作为山西省生物防火树种选择的研究对象，其分别为油松(Pinustabulaeformis)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、华山松(Pinusarmandii)、华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)、银杏(Ginkgobiloba)、侧柏[Platycladusorientalis(L.)Franco]、白杄(PiccameyeriRehd.et Wils.)新疆杨(Populusalbavar.pyramidalis)、旱柳(SalixmatsudanaKoidz.)、核桃(JuglansregiaL.)、白桦(Betulaplatyphylla)、辽东栎(QuercusliaotungensisKoidz)、白榆(Ulmuspumila)、桑树(Morusalba)、山楂(Crataeguspinnatifida)、杜梨(PyrusbetulifoliaBunge)、山杏(Prunusarmeniacavar.ansuMaxim)、合欢(AlbiziajulibrissinDurazz.)、皂荚(GleditsiasinensisLam.)、国槐(SophorajaponicaL.)、刺槐(RobiniapseudocaciaL.)、香花槐(Robiniapseudoacaciacv. Idaho)、黄栌(Cotinuscoggygriavar.pubescensEngl)、五角枫(AcermonoMaxim)、枣(ZiziphusjujubeMill.)、柿树(DiospyroskakiL.f.)、白蜡(Fraxinuschinensis)、臭椿[Ailanthusaltissima(Mill.)Swingle]、沙棘(HippophaerhamnoidesL.)和紫穗槐(AmorphafruticosaL.)。这30个树种除樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)系当地公园引种外，其它都是当地重要的乡土树种。

分别于2014年5月和2015年5月，对每个被列入山西省生物防火树种选择研究对象的树种，选定2株～3株生长良好的树木为样株，在其阳面树冠的上、中、下3层取叶，每层采集树叶0.8 kg，混合后装入密封塑料袋中带回室内。部分样品用于叶片含水率的测定，部分样品在80 ℃下烘16 h至恒重，粉碎后备用。

1.2 研究方法

1.2.1 燃烧热值测定

燃烧热值采用GR 3500型氧弹卡计测定，其计算公式如下：

Q=(W卡×ΔT)/M.

式中：Q——燃烧值，J；

W卡——蒸馏水的克当量，J/g；

ΔT——温差；

M——样品绝对干重，g.

1.2.2 叶片含水率的测定

采样后立即称样品鲜重，烘干至恒重后称其干重，含水率计算公式如下：

含水率(%)=(鲜重-干重)/干重×100%.

1.2.3 点着温度测定

采用国产NS13-DW-02型点着温度测试仪测定。

1.2.4 生物学特性和生态学特性调查

分别于2014年5月和2015年5月，对被列入山西省生物防火林带树种选择研究范围内的30个树种的生长速度、长势、萌发情况、物候期、树皮厚度、不同年龄树冠状况、不同树种的林地凋落物性质及数量、各树种的分布范围等进行调查。同时查阅《山西省树木志》、《山西省古稀树木志》、《山西植物志》等文献资料，对野外调查数据进行补充。采用Fuzzy方法，对各特征进行定性评判，见表1.

表1 基于生物学和生态学的树木防火能力赋分值

1.2.5 树种防火性能评判体系的构建

采用层次分析法将影响树种防火性能的各因素进行综合评判，评判体系和各因子间重要性标度见表2和第3页表3.

表2 树种防火性能综合评判体系

2 结果与分析

2.1 树叶的主要理化性质分析

自然条件下，可燃物燃烧的热值是影响火灾蔓延的主要因子，热值大的树种能瞬间释放巨大能量，在热量辐射下毗邻树木水分散失快，迅速着火。树叶含水率和燃点是影响火灾发生与蔓延的重要因子。防火林带树种的树叶不燃烧，就能阻挡树冠火的蔓延。因此，在考虑防火树种燃烧性能时，主要依据树叶的含水率、热值与燃点。供试树种树叶的燃烧性能测定结果见表4.

表4 供试树叶的主要燃烧性能

2.2 树种的生态学和生物学特性分析

供试树种的生态学和生物学特性得分见表5.

表5 供试树种的生态学和生物学特性得分

2.3 因子重要性的判定分析

树种防火性能影响评价体系分为A，B，C 3层。访问山西省森林防火研究者、造林学研究者、造林规划人员和基层防火工作人员等7名专家，他们根据对树种防火性能影响的认识和相关知识经验，对第4页表6～表8的判断矩阵进行赋值，同时引用了相同领域3名专家在北京、广西和云南地区防火树种选择研究中对防火树种的指标赋值。再根据表6，7，8求得各层次权重赋值，得到第5页表9.

2.4 树种防火能力的综合分析

把不同量纲的目标项目换算成同一效用单位,根据各指标对防火性能的作用,选择公式(1)或(2)对原始数据进行归一化处理。公式如下：

U=1-0.9(Vmax-V)/(Vmax-Vmin)，

(1)

U=1-0.9(V-Vmin)/(Vmax-Vmin).

(2)

式中：U——各指标归一化处理后的值；

V——各指标的实际值；

Vmax——各指标的最大值；

Vmin——各指标的最小值。

(1)式为递增关系，(2)式为递减关系。在防火树种的评判指标中，热值采用递减关系式标准化,其它指标如含水率、树皮厚度等采用递增关系式标准化。

表6 判断矩阵ABn赋值

表7 判断矩阵B1Cn(n=1，2，3)赋值

根据以下公式计算各树种的综合评价值：

式中：ωi——各树种的综合评价值；

λj——各指标的权重，根据其对抗火性能的贡献率确定；

Uij——各指标归一化处理后的值。

依据ωi值的大小确定各树种的抗火次序,结果见第5页表10.

表8 判断矩阵B2Cn(n=4，5…9)赋值

表9 各指标相对于目标层的权重

2.5 树种防火能力等级分析

根据30个供试树种防火能力的综合得分，将其划分为4个防火能力等级，见表11.

3 结论与讨论

1) 笔者的研究成果在山西省几次森林火灾中得到了验证，符合实际。在2007年4月11日扑救安泽县府城林场森林大火时，大火燃至刘卜庄刘卜岭刺槐林带时，火势减小，扑救人员依托该刺槐林带截断了火头，为扑救该场大火赢得了机会。火灾现场调查时，作者发现散生分布的臭椿、新疆杨、国槐、香花槐、旱柳和山杏95%没有被烧死。油松林无论地表火还是林冠火，过火后100%都被烧死。太原市林场消防队员2010年4月6日在太原市西山森林扑救火灾时，火头燃至杨树林带，火势骤然减小。该杨树林都为高大山杨，树干通直，下木很少，结构疏散，消防人员迅速穿过林带，在杨树林旁布好风力灭火机，点起迎面火，在3台风力灭火机作用下迎面火逆势与燃来火头相遇，余火燃尽剩余的小块松树林后熄灭。作者在火灾现场调查发现零星分布的山杏、山杨、辽东栎、山楂树虽然树皮有大面积烧疤，但依然生长良好。

表10 供试树种防火能力综合得分

表11 供试树种防火能力等级

2) 虽然绝大部分研究在山西省太岳山进行，但研究成果可以在山西省全境应用。刺槐、柿树、新疆杨、臭椿、国槐、香花槐、皂荚、旱柳、白蜡、白榆、沙棘、核桃、山杏、紫穗槐、银杏、合欢、桑树、枣、杜梨、五角枫、黄栌、白桦、山楂、辽东栎、华北落叶松、白杄、油松、华山松、侧柏在山西省中南部分布广泛。山西省同朔地区树种分布少，但樟子松、刺槐、新疆杨、白榆、沙棘、山杏、紫穗槐、华北落叶松是该地区的主要造林树种。在具体应用时，可以根据树种的自然分布和防火能力等级进行选择。

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Study on Selection of Biological Fire Resistant Tree Species in Shanxi

Sun Yongming1, Zhang Wenheng2, Yao Limin1, Wang Dongsheng3, Sun Xiangning1

(1.ShanxiAcademyofForestSciences,Taiyuan030012,China；2.ShanxiForestFirePreventionandWarningMonitoringCente,Taiyuan030012,China；3.YoufangForestryFarm,ShanxiProvincePoplarHigh-yieldForestBureau,Youyu037200,China)

Combustion calorific value, moisture content and ignition point 3 physical and chemical indexes of 30 main afforestation tree species leaves in Shanxi province were determinated. And their phenophase, canopy characteristics, bark, germination, forest health status and barren tolerance 6 biological and ecological characteristics indexs were qualitative evaluated and assigned by field observation. Then the fire prevention ability of main afforestation tree species in Shanxi province was comprehensive evaluated and sorted by using the analytic hierarchy process (AHP). 26 fire resistant species were elected in which there were 6 excellent fire resistant species, 9 fine fire resistant species and 11 general fire tree species. There were also 4 flammable species which were not suitable for fire-resistant forest belts.

Shanxi province; Biological fire resisitance; Fire resistant tree species; Fire-resistant forest belts

2016-12-29

国家林业局“948”项目(2014-4-01)

孙永明(1972— )，男，山西介休人，1995年毕业于西北农林科技大学，高级工程师。

S762.3

A

1007-726X(2017)02- 0001- 06