李康康 杨玉泽 周子杰 张乾坤 张映晗

摘要：防火树种燃烧性能的研究一直是众多科研人员的研究重点，其对于森林防火工作的开展具有重要意义。不同树种的枝叶作为森林火灾中的主要燃料，其决定着森林火灾的强度、蔓延趋势等各种因素。本文利用锥形量热仪实验研究了火力楠、云南松、华山松树种的燃烧过程，测定了三种树种的热释放速率、总释放热以及火发生指数等燃烧特性参数，从而分析比较了三种树种的抗火能力。结果表明，火力楠相对于另外两种树种不易燃烧，其抗火能力好，更适合作为防火树种。

关键词：锥形量热仪;热释放速率;总释放热;火发生指数;抗火能力

一、序言

（一）研究背景

森林是地球上最大的生态系统，是全球生物圈中最重要的一环。对维系整个地球的生态平衡起着至关重要的作用，是人类赖以生存和发展的资源和环境。随着人们对环境问题的重视和提升，森林所发挥的生态效益也逐渐被人们所关注。森林火灾是森林所面临的主要严重问题之一，因其突发性强、破坏性大、处置救助较为困难而被广泛关注。如何有效地预防森林火灾的发生，在一定程度上减小森林火灾的危害，是当代学者研究的一大热点。火力楠、云南松、华山松是我国南部地区主要的造林树种，本文通过对这三种树种的燃烧特征分析，对比其抗火性，以便于更好的防范森林火灾。

火力楠：醉香含笑（学名：Michelia macclurei Dandy）：乔木，喜温暖湿润的气候，喜光稍耐荫，喜土层深厚的酸性土壤。耐旱耐瘠，萌芽力强，耐寒性较强，具有一定的耐阴性和抗风能力。生长迅速，寿命长（百年以上）。有一定的耐荫性和抗风能力。

华山松（学名：Pinus armandii Franch.）是松科中的著名常绿乔木品种之一。原产于中国，因集中产于陕西的华山而得名。华山松是一种大乔木，幼树树皮灰绿色或淡灰色，平滑，老时裂成方形或长方形厚块片。球果幼时绿色成熟时淡黄褐色;种鳞先端不反曲或微反曲;鳞脐不明显。华山松产于中国山西南部中条山（北至沁源海拔1200-1800米）、河南西南部及嵩山、陕西南部秦岭（东起华山，西至辛家山，海拔1500-2000米）甘肃南部（洮河及白龙江流域）、四川、湖北西部、贵州中部及西北部、云南及西藏雅鲁藏布江下游海拔1000-3300米地带。江西庐山、浙江杭州等地有栽培。

云南松（Pinus yunnanensis），又称“飞松”“青松”“长毛松”，为松科松属的常绿乔木。为喜光性强的深根性树种，适应性能强，能耐冬春干旱气候及瘠薄土壤，能生于酸性红壤、红黄壤及棕色森林土或微石灰性土壤上。但以生于气侯温和、土层深厚、肥润、酸质砂质壤土、排水良好的北坡或半阴坡地带生长最好。在干燥阳坡或山脊地带则生长较慢。在强石灰质土壤及排水不良的地方生长不良。

以上三种树种，因其生长特性，成为广西地区造林首要考虑树种。本次实验以此为例，通过对目标树种的燃烧特征的分析，可以更加准确地了解其在森林防火中的作用，对于广西地区森林防火工作的进行具有参考性意义。本次实验，我们主要借助锥形量热仪对目标树种进行点烧实验，通过对实验中所获得的数据，即热释放速率（HRR）、总释放热（THR）、火灾发生指数（FPI）等燃烧性指标分析目标树种的燃烧性。

（二）国内外研究现状

防火树种燃烧性能的研究一直是众多科研人员的研究重点，其对于森林防火工作的开展具有重要意义。不同树种的枝叶作为森林火灾中的主要燃料，其决定着森林火灾的强度、蔓延趋势等各种因素。同时，不同树种在相同辐射热流作用下其总释放热、热释放速率以及着火感应的时间存在差异，通过锥形量热仪对不同树种进行点烧实验有助于掌握不同树种燃烧特性的差异。因此，对此进行研究可以更好的掌握不同常见树种的燃烧条件以及燃烧特性，对森林火灾的预防工作有着极其重大的意义。

虽然目前我国已经有相关研究的内容，但是相应的文章以及探索尚不全面。本文基于前人对可燃物燃烧性研究的基础上开展该项目的实验进行研究探索，可以从更科学的角度来认识和开展森林火灾预防工作，为我国森林防火工作尽绵薄之力。

（三）研究目的与发展趋势

项目运用锥形量热仪，观测特定强度热辐射作用下树种样品的燃烧特性，通过对锥形量热仪所获得的数据进行分析，对比在相同辐射热流作用下，不同树种的总释放热、热释放速率、着火感应时间三种因素，对比不同树种的燃烧特性，得到三个目标树种的燃烧特征差异性，再以此为根据比较和鉴别三个目标树种之间的著火难易程度。

辐射热流下样品的燃烧实验，在相同的辐射强度下树叶的样品会表现出迥然不同的着火模式，通过对不同树种燃烧特征的观察，可以了解到不同目标树种的燃烧特性。对于森林防火工作中选取防火树种，构建生物防火林带，以及不同树种间的防火措施选择有着很大的意义。

二、实验介绍

相对于传统的测试方法，锥形量热仪具有能够的到更丰富的数据，试验结果更加贴近真是火场环境，关联性更大等优点。本文利用锥形量热仪对样品树枝进行点烧实验中所得到的着火感应时间（FPI）、总释放热（THR）、热释放速率（HRR）来进一步鉴别样品的燃烧特征，进而对比其防火性能。实验操作步骤如下：

1.在进行点烧实验之前，先要对树枝样品进行一定的处理。首先把样品按照不同直径进行分类，实验将样品分类，利用游标卡尺具体测量每个枝条的直径，之后将样品全部修剪成长度为10cm的样枝，装入样品袋，并且标注（如：云南松8mm），以便后期工作。

2.烘干，本次实验使用的烘干箱为LHG-9245A干燥箱，该干燥箱适用各种材料在恒温情况下做干燥或其他恒温性实验，将样品置于烘箱内进行烘干处理。烘干分为两次，首次烘干完成后对样枝进行称重，记录，之后再次烘干，进行称重，待两次样品重量一致，则视为绝对干重，此时可以进行点烧实验。

3.点烧，将烘干过后的三种树木枝条拿出，根据枝条的直径大小，取不同树种同一直径的树枝样品进行实验，本次实验采用的是直径为8mm的中枝。首先将样品放入100 mm×100 mm×25 mm的样品盘里，摆放过程中将树枝整齐放好，要使树枝完全覆盖样品盘，放至锥形加热器下方进行燃烧实验，实验结束后对样品拍照，处理，保证样品完全熄灭，进行下一组实验。

三、实验结果与分析

（一）热释放速率（HRR）

单位时间单位面积内目标树种燃烧所释放热量的速度，HRR的最大值是热释放速率峰值（pkHRR）。HRR越大或pkHRR越大，单位时间内燃烧反馈给材料单位表面积的热量就会越多，使材料热解速度加快和挥发性可燃物生成量增多，从而加速火焰传播。在森林火灾发生过程中，热释放速率和热释放速率峰值越大，则说明火灾危险性就越大。图1是三种树种的HRR变化曲线图。根据对这三种树种点烧实验获得的数据来看，云南松的热释放速率峰值最大，其次是华山松，火力楠最低。达到峰值所需要的时间，华山松最先达到峰值，其次是云南松和火力楠。因此，可以判定三个目标树种的抗火性能分别是：火力楠>华山松>云南松。

（二）总热释放量（THR）

单位面积的材料在燃烧全过程中所释放的热量总和。森林火灾中植物所释放出的热量越多，为燃烧所提供的能量就越多，燃烧就会更剧烈。从图2可以看出，THR的值云南松>华山松>火力楠，因此火力楠在森林火灾发生过程中释放的总热量更少，其阻燃性能更好，相对于另外两种树种，更不利于燃烧。

（三）火发生指数（FPI）

表示火险程度。它是着火感应时间和热释放速率峰值的比值。对于燃烧材料而言，火灾发生指数越大，则燃烧材料的抗火性越好。对于森林火灾中的植物燃烧来说，火灾发生指数越大，植物的抗火性越好，越不易燃烧。实验中三个树种的火灾发生指数表明，火力楠的抗火能力要优于云南松和华山松，更适合作为造林防火树种。

四、结语

本文利用锥形量热仪对三种树种进行实验，对这三种树种燃烧特征进行分析比较，结果表明火力楠的抗火性能要优于云南松和华山松。其热释放速率、总热释放量、火发生指数三项均表明，火力楠更适合广西地区的防火生物林带的构建。本次实验利用锥形量热仪设定辐射量50KW/m²，其辐射量要远远低于森林火灾中所产生的辐射量，又考虑到森林火灾中火环境变化多端，因此需要更多的实验多方面进行点烧测试，以便更加综合的进行考量。

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