苗杰 路兆军 王淑惠 李保进 张专文 张声凯 王益星 张靖川 孙太元

摘要 [目的]为制订降低地表可燃物载量的森林经营措施提供科学依据。[方法]通过分析烟台市赤松-黑松林林分结构因子对地表可燃物载量的影响，建立林分结构因子和地表可燃物载量相关性，对林分结构因子和可燃物类型进行主成分分析。[结果]随着林分密度的增加，地表可燃物载量显著增大（P<0.05），不同树高、胸径和枝下高条件下无显著差异，可燃物类型载量总体表现为腐殖质>枯落物>死地被物>灌木;地表可燃物载量与林分密度、树高、枝下高呈显著正相关（R2=0.869，P<0.05），死地被物载量与枝下高呈极显著负相关（R2=0.652，P<0.01），枯落物载量与林分平均胸径呈极显著正相关（R2=0.671，P<0.01）;林分结构因子中主要影响地表可燃物载量的因素为林分空间和树木个体生长，腐殖质和枯落物是地表可燃物的主要组成成分。[结论]可通过间伐、修枝等森林经营措施调整林分结构，减少烟台市赤松-黑松林地表可燃物载量（腐殖质和枯落物）。

关键词 赤松-黑松林;林分结构因子;可燃物载量;可燃物类型;烟台市

中图分类号 S762 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）09-0109-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.09.027

Abstract [Objective] In order to provide a scientific basis for formulating forest management measures to reduce surface fuel load. [Method] By analyzing the effect of forest structure factors of Pinus densiflora and P. thunbergii forest in Yantai on its surface fuel load， the relationship between forest structure factors and surface fuel load was established， and the principal component analysis of stand structure factors and fuel types was carried out. [Result] The results showed that the surface fuel load was significantly increased with forest density （P<0.05）. But the situation didnt appeared again in other three forest structure factors， height， DBH and height of under branch. We found that there was a tendency of changing from high to low as follows in four fuel types： humus > litter > dead covering plant > shrub. The result of stepwise regression between forest structure factors and surface fuel types load showed that， there was a positive correlation between forest surface fuel load and forest density， height and height of under branch （R2=0.869，P<0.05）. The same correlation was found between litter and average DBH （R2=0.671，P<0.01）. But the correlation between dead covering plant and height of under branch showed an opposite tendency （R2=0.652，P <0.01）. Both of the stand space and individual tree growth was the main factor of forest structure factors which affected surface fuel load， and both of humus and litter was the main composing component of surface fuel load. [Conclusion] Forest structure can be adjusted by thinning， pruning and other forest management measures to reduce the surface fuel load （humus and litter） of P. densiflora and P. thunbergii forest in Yantai.

Key words P. densiflora and P. thunbergii forest;Forest structure factors;Fuel load;Fuel type;Yantai City

煙台市主要森林植被类型以赤松（P.densiflora）、黑松（P.thunbergii）针叶树种为主，间杂有麻栎（Quercus acutissima）和刺槐（Robinia pseudoacacia）等阔叶树种。目前对于赤松、黑松的研究主要集中于生长特性[1]、叶片生理生化[2]和病虫害防治[3-4]等方面。然而，关于赤松-黑松林地表可燃物的研究却鲜见报道。近年来，由于烟台市赤松-黑松林森林资源和林内可燃物载量不断增加，加之气候的异常变化和野外用火增多，发生重大森林火灾的可能性增大，森林防火形势严峻，森林防火工作受到了各级党委政府和社会各界的高度重视。

森林中一切有机物质均可成为林火燃烧的物质基础[5]，这是由于林火多起源于地表可燃物的燃烧，进而形成地表火，然后上升为林冠火，最终形成人为难以控制的森林火灾，大面积烧毁森林植被[6-8]。森林地表可燃物是人为控制林火的主要研究对象[5，9]。关于森林地表可燃物的研究主要侧重于载量估算、林分影响因子和燃烧性等方面。陈宏伟等[10]和刘志华等[6]分别研究了林分影响因子和空间格局对呼中林区不同林型内地表可燃物载量的影响。梁瀛等[11]对影响天山云杉林地表可燃物的地形因子和林分因子进行了研究，建立了海拔、坡度和郁闭度与地表可燃物载量的相关性。吴志伟等[12]利用系统聚类法分别从林分结构、空间结构和地表可燃物覆盖类型等因素出发，对丰林自然保护区建立3种标准森林可燃物模型。胡海清[13]通过对大兴安岭区兴安落叶松林、樟子松林和白桦林3种林型68块样地林分因子进行研究，建立了林分因子与地表可燃物载量的数学模型。梁瀛等[9]对天山中部9种主要树种可燃性指标进行了综合性评价。贺红士等[5]对国内外关于地表可燃物的特性、类型与火行为、载量等方面进行了综合性报道。

利用林分结构因子对森林地表可燃物载量的影响能够较好地预测可燃物性状特征[13]，进而更好地开展森林火灾预测和制订防火工作方案，为森林火灾管理提供科学管理方法。基于此，笔者通过对烟台市赤松-黑松针叶林森林地表可燃物及其林分结构因子进行研究，分析林分结构因子与地表可燃物载量的关系，探索影响地表可燃物载量的主要林分结构因素和主要构成类型，提出降低地表可燃物载量的森林经营措施，旨在避免或减少森林火灾的发生，为烟台市赤松-黑松林森林经营管理和林火管控技术提供科学依据。

1 研究区概况

研究区域位于山东半岛烟台市，该地区属温带季风气候，年均降水量651.9 mm，年平均气温11.8 ℃，年均空气相对湿度68%，年平均日照时数2 698.4 h，年均太阳辐射总量5 224.4 MJ/m2，平均全年无霜期为210 d，砂质棕壤土，平均海拔100～300 m。研究区域内赤松、黑松林均为1988年前后烟台市政府组织的“三年大造林”活动时所营造，林龄均为35年左右，至今无较大人为干扰（如透光伐、卫生伐或拾草砍柴等）。目前该地区乔木树种主要有赤松、黑松、麻栎和刺槐等;灌木树种主要有胡枝子（Lespedeza bicolor）、华北绣线菊（Spiraea fritschiana）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）、牛奶子（Elaeagnus umbellata）等;草本主要有针薹草（Carex dahurica）、白茅（Imperata cylindrica）、南牡蒿（Artemisia eriopoda）、地榆（Sanguisorba officinalis）、狭叶珍珠菜（Lysimachia pentapetala）、大花野豌豆（Vicia bungei）等。

2 研究方法

2.1 样地设置及林分调查

样地设置在山东省烟台市蓬莱区大柳行镇、福山区回里镇和牟平区龙泉镇（以下简称“蓬莱”“回里”“牟平”），地理位置、海拔、坡向、坡度及坡位信息见表1。于2018年4月初（春季干旱防火期，调查前连续15 d内无降雨降雪等天气）分别在回里、牟平、蓬莱设置3个20 m×30 m样地，共计9块标准样地。各样地内进行每木检尺（起测径阶为2 cm），记录树种名称、树高、胸径、枝下高。

2.2 森林地表可燃物载量调查

各标准样地内随机设置15块1 m×1 m小样方，将小样方内可燃物分为灌木（包括地上活体灌木和死体灌木）、死地被物（仅包括地表苔藓和草本）、枯落物（包括乔木和灌木树种枯落枝条、球果、叶片等，以其形态尚未开始自然分解为标准）和腐殖质（以枯落枝条、球果、叶片及草本等植物组织形态已开始部分或完全自然分解为标准）4种类型，使用野外电子秤称取各小样方内不同类型可燃物鲜重，计算地表可燃物载量。

2.3 数据分析

根据林分调查数据，对林分平均密度、平均树高、平均胸径和平均枝下高进行方差分析（ANOVA，检查方差齐性和正态性，下同）和多重比较;对各样地内及样地间可燃物载量及可燃物类型（灌木、死地被物、枯落物和腐殖质）载量进行方差分析和多重比较;采用逐步回归方法，建立可燃物类型和载量与林分结构因子之间的线性关系;利用主成分分析方法对林分结构因子和可燃物类型因子转换，判断影响地表可燃物载量的林分结构和组成物质的主要因素。

3 结果与分析

3.1 林分结构因子对地表可燃物载量的影响

通过方差分析结果可知，林分密度对赤松-黑松林地表可燃物载量具有极显著差异（P<0.01），树高、胸径和枝下高3个林分结构因子差异不显著（P>0.05）。

图1显示，高密度林分下地表可燃物载量为2 676.8 kg/hm2，显著大于中密度（928.5 kg/hm2）和低密度林分（483.6 kg/hm2）（P<0.05），總体表现出随林分密度的增大，地表可燃物载量逐渐增大的趋势。可见，林分密度越低，地表火的燃烧物质基础越少。

由表2可知，相同林分密度下，当林分密度较低时，腐殖质和枯落物载量较高，显著高于灌木载量和死地被物载量（P<0.05），死地被物载量显著大于灌木载量（P<0.05）;当林分密度较高时，腐殖质载量为最高，显著大于其他地表可燃物载量（P<0.05），死地被物与枯落物载量无差异，显著高于灌木载量（P<0.05）。地表可燃物载量表现为腐殖质>枯落物>死地被物>灌木。

不同林分密度之间，高密度林分内灌木和枯落物载量差异显著（P<0.05），其他类型林分密度差异不显著，死地被物和腐殖质载量均随林分密度的增加而显著增大（P<0.05）。由此可知，林分密度的差异对于灌木和枯落物载量的影响较小，对死地被物和腐殖质载量的影响较大。

3.2 不同林分因子与可燃物载量的逐步回归线性关系

由表3可知，对不同林分因子与可燃物载量建立逐步回归线性方程后，地表可燃物载量与林分密度、树高和枝下高均呈显著正相关（P<0.05），与胸径无关，即林分密度越大，树高和枝下高越高，林地内地表可燃物载量累积越多;死地被物载量与枝下高呈极显著负相关（P<0.01），即枝下高越低，死地被物累积越多;枯落物载量与胸径呈极显著正相关（P<0.01），即胸径越大，枯落物载量累积越多。

3.3 林分结构因子和可燃物类型因子主成分分析

林分结构因子中特征值大于1的主分量有2个，累计贡献率为69.4%，选取前2个主成分进行分析（表4）。林分结构因子第1主成分特征值（即标准差，下同）为1.265，方差贡献率为40.0%，主成分载荷系数绝对值较大的为林分密度和枝下高，命名为林分空间因素;第2主成分特征值为1.085，贡献率为29.4%，主成分载荷系数绝对值较大的为树高和胸径，命名为树木个体生长因素（表5）。因此，影响地表可燃物载量的主要因素为林分空间因素，次要因素为树木个体生长因素。

可燃物类型因子中特征值大于1的主分量有2个，累计贡献率为84.6%，选取前2个主成分进行分析（表6）。可燃物类型因子中第1主成分特征值为1.439，贡献率为51.7%，主成分载荷系数绝对值最大的是腐殖质;第2主成分特征值为1.146，贡献率为32.9%，主成分载荷系数绝对值最大的是枯落物（表7）。因此，地表可燃物载量的主要构成成分为腐殖质，次要构成成分为枯落物。

4 讨论

从林分结构因子来看，烟台市赤松-黑松林地表可燃物载量在不同林分密度条件下存在显著差异（P<0.05），总体表现为随着林分密度的增加，可燃物载量呈增大趋势，这与前人研究结果一致[14-16]。这是由于林木每年持续不断的新陈代谢作用，森林内树木的树皮、枯死枝叶、树干等可燃物掉落至地面，经年积累后，形成较多枯落物，同时枯落物降解形成腐殖质。王晓荣等[17]研究认为，随着林分密度的增大，枯落物分解速率较快，这是由于林分密度不同，林内光的有效性、气温、土壤等微环境差异较大，土壤理化性质、微生物种类和活性等对枯落物的分解速率也不同[18-19]。该研究中，不同林分密度条件下，地表可燃物各类型中均以形态尚可分辨的枯落物和形态已经开始或者完全分解的腐殖质载量最大，这与刁娇娇等[20]和梁晶等[21]的研究结论一致。从差异性分析结果来看，树高、胸径和枝下高3个林分结构因子对地表可燃物载量的影响较小。

王叁等[22]研究认为，树种组成、林分密度、树高、胸径、枝下高等因子造成林分之间的差异，进而对森林地表可燃物的类型及其載量造成影响。从该研究结果来看，赤松、黑松林的林分结构因子对地表可燃物的载量具有显著相关性，其中地表可燃物载量与林分密度、树高和枝下高均呈显著正相关（P<0.05），死地被物与枝下高呈极显著负相关（P<0.01），枯落物与胸径呈极显著正相关（P<0.01）。总体表现出林分密度越大，平均胸径越小，枝下高越低，且地表可燃物载量越大的趋势。这可能是由于林分密度越大，树木个体枝条发育越多，为争取更多的光照和生长空间，枝叶自然稀疏强度加大[23]，从而增加了地表可燃物中纤维素和半纤维素等易燃类可燃物的载量[24];树冠离地高度越低，进入林分的光照越多，地表草本和灌木获取光能越多，生长越旺盛，反之则越少。有研究表明，云杉林[11]、樟子松林[13]、呼中林区[10]内地表可燃物载量均与林分郁闭度呈正相关关系，这与该研究结果相一致。该研究结果显示，树高与地表可燃物载量不具有线性相关关系，这与梁瀛等[11]和胡海清[13]的研究结果不一致，可能与烟台市范围内赤松-黑松林林龄和海拔较为一致，树木个体高度差异较小有关。

从烟台市赤松-黑松林不同林分结构因子对地表可燃物载量的贡献程度来看，林分空间因素为主要贡献因素，树木个体生长因素为次要贡献因素;从地表可燃物的组成类型贡献程度来看，腐殖质和枯落物是其主要组成物质，其主要来源是林木的枯枝落叶等。因此，可以认为，烟台市赤松-黑松林地表可燃物载量主要受到林分空间和树木个体生长2个因素的影响，通过间伐和修枝等营林措施降低林分密度，提高林分平均枝下高，扩展单株林木生长空间，增加地表火至林冠之间距离，实现减少森林火灾的燃烧物质基础和降低林冠火发生的目标。

参考文献

[1] 吉国栋，杨宁，谢晓阳，等.青岛山地黑松径向生长量变化规律研究[J].防护林科技，2019（5）：23-25.

[2] 孙阳，王晶媛，张慧，等.海岸梯度上黑松针叶化学计量特征的变化规律[J].生态学杂志，2019，38（6）：1662-1668.

[3] 许建秀，吴小芹，叶建仁，等.抗松材线虫病赤松体细胞胚的发育和成熟萌发[J].林业科学，2017，53（12）：41-49.

[4] 胡瑞瑞，梁军，谢宪，等.昆嵛山腮扁叶蜂发生与赤松纯林林分因子的关系[J].生态学杂志，2019，38（5）：1285-1291.

[5] 贺红士，常禹，胡远满，等.森林可燃物及其管理的研究进展与展望[J].植物生态学报，2010，34（6）：741-752.

[6] 刘志华，常禹，陈宏伟，等.大兴安岭呼中林区地表死可燃物载荷量空间格局[J].应用生态学报，2008，19（3）：487-493.

[7] 王晓丽，牛树奎，马钦彦，等.以地表死可燃物评估八达岭林场森林燃烧性[J].生态学报，2009，29（10）：5313-5319.

[8] 李连强，牛树奎，陈锋，等.北京妙峰山林场地表潜在火行为及燃烧性分析[J].北京林业大学学报，2019，41（3）：58-67.

[9] 梁瀛，张思玉，努尔古丽，等.天山中部林区主要树种理化性质及燃烧性分析[J].林业科学，2011，47（12）：101-105.

[10] 陈宏伟，常禹，胡远满，等.大兴安岭呼中林区森林死可燃物载量及其影响因子[J].生态学杂志，2008，27（1）：50-55.

[11] 梁瀛，李吉玫，赵凤君，等.天山中部天山云杉林地表可燃物载量及其影响因素[J].林业科学，2017，53（12）：153-160.

[12] 吴志伟，贺红士，梁宇，等.丰林自然保护区森林可燃物模型的建立[J].应用生态学报，2012，23（6）：1503-1510.

[13] 胡海清.利用林分特征因子预测森林地被可燃物载量的研究[J].林业科学，2005，41（5）：96-100.

[14] 魏强，凌雷，王多锋，等.甘肃兴隆山主要森林类型凋落物累积量及其影响因子[J].林业科学研究，2015，28（6）：818-825.

[15] 谢建文.不同造林密度下杉木人工林的生物量与分配特征[J].亚热带农业研究，2020，16（2）：84-88.

[16] 侯金成.抚顺县主要林型及地被可燃物载量的研究[J].辽宁林业科技，2019（4）：12-15，76.

[17] 王晓荣，雷蕾，付甜，等.抚育择伐对马尾松林凋落叶分解速率和养分释放的短期影响[J].林业科学，2020，56（4）：12-21.

[18] 王意錕，方升佐，唐罗忠.营林措施及环境与森林凋落物分解的相互关系研究进展[J].世界林业研究，2011，24（2）：47-52.

[19] 王小平，杨雪，杨楠，等.凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响[J].生态学报，2019，39（17）：6264-6272.

[20] 刁娇娇，肖文娅，费菲，等.间伐对杉木人工林生长及生态系统碳储量的短期影响[J].西南林业大学学报，2017，37（3）：134-139.

[21] 梁晶，王庆成，许丽娟，等.抚育对长白山两种林分凋落物分解及土壤的影响[J].植物研究，2015，35（2）：297-303.

[22] 王叁，牛树奎，李德，等.云南松林可燃物的垂直分布及影响因子[J].应用生态学报，2013，24（2）：331-337.

[23] 孙洪刚，张建国，段爱国.杉木人工林自然整枝进程研究[J].林业科学研究，2014，27（5）：626-630.

[24] MULKY T C，NIEMEYER K E.Computational study of the effects of density，fuel content，and moisture content on smoldering propagation of cellulose and hemicellulose mixtures[J].Proceedings of the combustion institute，2019，37（3）：4091-4098.