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云南省建水县防火树种筛选研究

顾汪明 卢泽洋 黄春良 李逸凡 关颖慧

顾汪明, 卢泽洋, 黄春良, 李逸凡, 关颖慧. 云南省建水县防火树种筛选研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(2): 49-60. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378
引用本文: 顾汪明, 卢泽洋, 黄春良, 李逸凡, 关颖慧. 云南省建水县防火树种筛选研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(2): 49-60. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378
Gu Wangming, Lu Zeyang, Huang Chunliang, Li Yifan, Guan Yinghui. Screening study of fire resistant tree species in Jianshui County, Yunnan Province of southwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(2): 49-60. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378
Citation: Gu Wangming, Lu Zeyang, Huang Chunliang, Li Yifan, Guan Yinghui. Screening study of fire resistant tree species in Jianshui County, Yunnan Province of southwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(2): 49-60. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378

云南省建水县防火树种筛选研究

doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378
基金项目: 国家重点研发计划课题(2016YFC0502500、2016YFC0502504)
详细信息
    作者简介:

    顾汪明。主要研究方向:土壤侵蚀与植被修复。Email: guwangming123@sina.com  地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学水土保持学院

    通讯作者:

    关颖慧,博士,讲师。主要研究方向:气候变化与植被恢复。 Email: gyhdem@bjfu.edu.cn  地址:同上

  • 中图分类号: S762

Screening study of fire resistant tree species in Jianshui County, Yunnan Province of southwestern China

  • 摘要: 目的根据云南省建水县森林火灾和造林树种组成的特点,选取当地18种主要造林树种作为研究对象,旨在筛选出适宜建水县林业发展的防火树种,以期为该区森林火灾预防提供一定的理论依据。方法以含水率、粗脂肪、灰分等树种的理化性质和燃烧性能,树冠浓密稀疏、叶质地厚薄、树皮厚度等树种的生物学、生态学特性,自然更新能力、种苗来源、造林技术等树种的造林学特性共16项指标作为评价因子,采用典型采样、选点调查、实验测定、层次分析等方法对18种树种的防火性能进行综合评判。结果按照防火性能综合评价结果,通过聚类分析可以将树种分为4类。Ⅰ类(最优防火树种):火力楠、黄连木、油茶、短萼海桐,是营造防火林带的首选树种;Ⅱ类(较优防火树种):厚皮香、石楠、女贞、滇青冈、山矾,可作为防火树种营造生物防火林带;Ⅲ类(一般防火树种):红叶乌桕、麻栎、栓皮栎、清香木,难以作为防火树种大量种植,但可用于营林防火;Ⅳ类(非防火树种):云南松、白枪杆、蓝桉、马尾松、侧柏,防火性能差,不宜作为防火树种,应予保护。结论针对目前建水县林分结构单一、纯林面积大的林分组成特点,建议未来可以I类和II类防火树种为主营建生物防火林带,以达到阻隔林火蔓延的目的;III类树种的防火性能一般,实地可根据立地条件和地域特征与I类和II类防火树种搭配栽植。
  • 图  1  树种防火性能综合评判指标体系

    Figure  1.  Comprehensive evaluation index system for fire resistance of tree species

    图  2  防火树种聚类分析图

    Figure  2.  Cluster analysis graph of fire-proof tree species

    表  1  平均随机一致性指标(RI)的取值

    Table  1.   Values of average random consistency index RI

    阶数 OrderRI
    1 0
    2 0
    3 0.58
    4 0.9
    5 1.12
    6 1.24
    7 1.32
    8 1.41
    9 1.45
    10 1.49
    11 1.51
    12 1.48
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    表  2  B层指标的判断矩阵

    Table  2.   Distinguishing matrix of B layer

    A层
    Layer A
    抗火因子
    Fire resistant factor (B1)
    生物生态学特性
    Bioecology characteristics (B2)
    造林经济学特性
    Characteristics of afforestation
    economics (B3)
    抗火因子
    Fire resistance factor (B1)
    157
    生物生态学特性
    Bioecology characteristics (B2)
    1/513
    造林经济学特性
    Characteristics of afforestation economics (B3)
    1/71/31
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    表  5  造林学特性的判断矩阵

    Table  5.   Distinguishing matrix of silvicultural characteristics of diverse tree species

    造林经济学特性
    Characteristics of afforestation
    economics (B3)
    经济性状
    Economic
    characters (C13)
    自然更新能力
    Natural renewal
    capability (C14)
    种苗来源
    Source of
    seedlings (C15)
    造林技术
    Afforestation
    technology (C16)
    经济性状 Economic characters (C13)121/21/3
    自然更新能力 Natural renewal capability (C14)1/211/31/3
    种苗来源 Source of seedlings (C15 )2312
    造林技术 Afforestation Technology (C16)331/21
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    表  3  树种燃烧特性的判断矩阵

    Table  3.   Distinguishing matrix of combustibility

    抗火因子
    Fire resistance factor (B1)
    含水率
    Water content (C1)
    燃点
    Ignition point (C2)
    热值
    Calorific value (C3)
    粗灰分
    Crude ash (C4)
    粗脂肪
    Crude fat (C5)
    含水率 Water content (C1)12395
    燃点 Ignition point (C2)1/21283
    热值 Calorific value (C3)1/31/2121
    粗灰分 Crude ash (C4)1/91/81/211/4
    粗脂肪 Crude fat (C5)1/51/3141
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    表  4  树种生物学生态学特性的判断矩阵

    Table  4.   Distinguishing matrix of biological and ecological characteristics of diverse tree species

    生物生态学特性
    Bioecology
    characteristics (B2)
    树冠疏密度
    Density of crown
    cover (C6)
    叶大小厚薄
    Leaf size and thickness (C7)
    树皮厚薄
    Bark thickness (C8)
    生长快慢
    Growth rate (C9)
    环境适应性
    Environmental adaptability (C10)
    萌芽力
    Sprouting ability (C11)
    自然整枝力
    Naturalpruning
    force (C12)
    树冠疏密度
    Density of crown cover (C6)
    12231/331/2
    叶大小、厚薄
    Leaf size and thickness (C7)
    1/21221/61/21/3
    树皮厚薄
    Bark thickness (C8)
    1/21/211/21/521/5
    生长快慢
    Growth rate (C9)
    1/31/2211/221/2
    环境适应性
    Environmental adaptability (C10)
    3652152
    萌芽力
    Sprouting ability (C11)
    1/321/21/21/511/5
    自然整枝力
    Natural pruning force (C12)
    23521/251
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    表  6  树种防火性能综合评判各指标权重

    Table  6.   Comprehensive evaluation index weight of fire resistance of tree species

    A 层
    Layer A
    B 层指标
    Layer B index
    权重 WeightC 层指标
    Layer C index
    权重 Weight总权重
    Total weight
    树种防火性能综合评判指标
    Comprehensive evaluation
    index of fire protection
    performance of tree species
    抗火因子
    Fire resistance factor (B1)
    0.696 1 含水率 Water content (C1) 0.417 1 0.290 2
    燃点 Ignition point (C2) 0.303 2 0.210 9
    热值 Calorific value (C3) 0.101 3 0.070 3
    粗灰分 Crude ash (C4) 0.042 4 0.029 2
    粗脂肪 Crude fat (C5) 0.137 2 0.095 4
    生物生态学特性
    Bioecology characteristics (B2)
    0.225 2 树冠疏密度 Density of crown cover (C6) 0.153 0 0.034 4
    叶大小、厚薄 Leaf size and thickness (C7) 0.084 3 0.018 9
    树皮厚薄 Bark thickness (C8) 0.064 1 0.014 4
    生长快慢 Growth rate (C9) 0.088 0 0.019 8
    环境适应性 Environmental adaptability (C10) 0.311 4 0.070 0
    萌芽力 Sprouting ability (C11) 0.061 4 0.013 7
    自然整枝力 Natural pruning force (C12) 0.239 3 0.053 8
    造林学经济学特性
    Characteristics of
    afforestation economics (B3)
    0.079 4 经济性状 Economic characters (C13) 0.178 2 0.014 1
    自然更新能力 Natural renewal capability (C14) 0.101 4 0.008 0
    种苗来源 Source of seedlings (C15) 0.372 3 0.029 4
    造林技术 Afforestation technology (C16) 0.349 1 0.027 6
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    表  7  理化性质及燃烧性能指标测定值

    Table  7.   Physicochemical properties and combustion performance indicators

    树种
    Tree species
    含水率
    Water content
    (C1)/%
    燃点
    Ignition point
    (C2)/℃
    热值
    Calorific value
    (C3)/(kJ·kg− 1)
    粗灰分
    Crude ash
    (C4)/%
    粗脂肪
    Crude fat
    (C5)/%
    女贞 Ligustrum lucidum51.56242.1020 416.105.283.29
    栓皮栎 Quercus variabilis45.46231.4022 267.205.493.96
    滇青冈 Cyclobalanopsis glaucoides49.69241.1022 095.405.022.97
    石楠 Photinia serrulata52.35242.8020 752.205.573.77
    麻栎 Quercus acutissima46.49223.5022 259.404.113.77
    厚皮香 Ternstroemia gymnanthera50.86252.8020 304.805.403.57
    短萼海桐 Pittosporum brevicalyx55.58245.1020 731.405.913.42
    侧柏 Platycladus orientalis45.60222.5022 919.206.1211.03
    油茶 Camellia oleifera52.99260.7019 066.306.922.26
    火力楠 Michelia macclurei53.41255.9018 634.806.103.52
    蓝桉 Eucalyptus globulus44.50224.6023 428.402.675.71
    云南松 Pinus yunnanensis47.12222.7021 624.602.745.56
    马尾松 Pinus massoniana43.55228.3025 056.202.925.24
    白枪杆 Fraxinus malacophylla43.96225.8020 856.404.655.35
    红叶乌桕 Euphorbia cotinifolia50.34232.1021 623.205.234.58
    清香木 Pistacia weinmannifolia47.57230.1024 246.204.873.47
    黄连木 Pistacia chinensis53.14255.3019 034.406.692.63
    山矾 Symplocos sumuntia46.92252.6021 152.109.833.21
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    表  8  理化性质及燃烧性能综合评价

    Table  8.   Comprehensive evaluation of physicochemical properties and combustion performance

    树种
    Tree species
    含水率
    Water content
    (C1)/%
    燃点
    Ignition point (C2)/℃
    热值
    Calorific value (C3)/(kJ·kg− 1)
    粗灰分
    Crude ash (C4)/%
    粗脂肪
    Crude fat (C5)/%
    综合评价值
    Comprehensive
    evaluation value (U1)
    油茶
    Camellia oleifera
    0.806 3 1.000 0 0.939 6 0.633 9 1.000 0 0.624 9
    火力楠
    Michelia macclurei
    0.837 6 0.886 9 1.000 0 0.531 4 0.871 9 0.599 1
    黄连木
    Pistacia chinensis
    0.817 4 0.872 8 0.944 0 0.605 0 0.962 0 0.597 1
    短萼海桐
    Pittosporum brevicalyx
    1.000 0 0.630 1 0.7061 0.507 5 0.880 9 0.571 6
    厚皮香
    Ternstroemia gymnanthera
    0.647 0 0.813 9 0.765 9 0.443 7 0.865 6 0.508 8
    石楠
    Photinia serrulata
    0.758 5 0.578 3 0.703 2 0.464 9 0.844 9 0.485 7
    女贞
    Ligustrum lucidum
    0.699 3 0.559 4 0.750 3 0.428 5 0.893 9 0.471 5
    山矾
    Symplocos sumuntia
    0.351 9 0.809 2 0.647 2 1.000 0 0.903 0 0.433 6
    滇青冈
    Cyclobalanopsis glaucoides
    0.559 2 0.538 2 0.515 0 0.395 7 0.927 0 0.412 2
    红叶乌桕
    Euphorbia cotinifolia
    0.607 8 0.326 2 0.581 1 0.422 6 0.762 1 0.371 1
    清香木
    Pistacia weinmannifolia
    0.400 7 0.279 1 0.213 5 0.377 1 0.876 1 0.284 7
    栓皮栎
    Quercus variabilis
    0.242 8 0.309 7 0.490 9 0.454 9 0.825 8 0.262 4
    麻栎
    Quercus acutissima
    0.320 2 0.123 6 0.492 0 0.281 6 0.844 7 0.242 4
    云南松
    Pinus yunnanensis
    0.358 1 0.104 7 0.580 9 0.108 8 0.661 1 0.233 1
    白枪杆
    Fraxinus malacophylla
    0.130 7 0.177 7 0.688 6 0.349 3 0.683 0 0.199 2
    蓝桉
    Eucalyptus globulus
    0.171 1 0.149 5 0.328 1 0.100 0 0.646 1 0.168 8
    马尾松
    Pinus massoniana
    0.100 0 0.236 6 0.100 0 0.131 7 0.694 6 0.156 1
    侧柏
    Platycladus orientalis
    0.253 6 0.100 0 0.399 5 0.533 5 0.100 0 0.147 9
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    表  9  生物学、生态学特性综合评价值

    Table  9.   Comprehensive evaluation values of biological and ecological characteristics

    树种
    Tree species
    树冠浓密
    Dense
    crown (C6)
    叶大小厚薄
    Leaf size and
    thickness (C7)
    树皮厚薄
    Bark thickness (C8)
    生长快慢
    Growth
    rate (C9)
    环境适应性
    Environmental
    adaptability (C10)
    萌芽力
    Sprouting
    ability (C11)
    自然整枝力
    Natural
    pruning
    force (C12)
    综合评价值
    Comprehensive
    evaluation
    value (U2)
    滇青冈 Cyclobalanopsis glaucoides 1.000 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 1.000 0 1.000 0 0.210 0
    火力楠
    Michelia macclurei
    1.000 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.178 5
    短萼海桐
    Pittosporum brevicalyx
    1.000 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.550 0 0.170 7
    麻栎
    Quercus acutissima
    0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 1.000 0 0.550 0 0.170 3
    黄连木
    Pistacia chinensis
    1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.550 0 0.168 4
    栓皮栎
    Quercus variabilis
    0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.550 0 0.167 9
    女贞
    Ligustrum lucidum
    1.000 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.162 8
    厚皮香
    Ternstroemia gymnanthera
    0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.550 0 0.550 0 0.100 0 1.000 0 0.156 8
    石楠
    Photinia serrulata
    1.000 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.145 4
    清香木
    Pistacia weinmannifolia
    0.550 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.136 7
    云南松
    Pinus yunnanensis
    0.550 0 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.133 0
    马尾松
    Pinus massoniana
    0.100 0 0.100 0 0.100 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.132 6
    蓝桉
    Eucalyptus globulus
    0.550 0 0.550 0 0.100 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.132 3
    山矾
    Symplocos sumuntia
    1.000 0 0.550 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 1.000 0 1.000 0 0.131 6
    油茶
    Camellia oleifera
    0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.129 9
    白枪杆
    Fraxinus malacophylla
    0.550 0 0.550 0 0.100 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.117 3
    侧柏
    Platycladus orientalis
    0.550 0 0.100 0 0.100 0 0.100 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.106 0
    红叶乌桕
    Euphorbia cotinifolia
    0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.100 0 0.550 0 0.550 0 0.100 0 0.090 6
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    表  10  造林学特性综合评价值

    Table  10.   Comprehensive evaluation of afforestation characteristics

    树种
    Tree species
    经济性状
    Economic
    characters (C13)
    自然更新能力
    Natural renewal
    capability (C14)
    种苗来源
    Source of
    seedlings (C15)
    造林技术
    Afforestation
    technology (C16)
    综合评价值
    Comprehensive
    evaluation value (U3 )
    麻栎 Quercus acutissima 0.100 0 0.100 0 1.000 0 1.000 0 0.059 2
    火力楠 Michelia macclurei 0.100 0 0.100 0 1.000 0 1.000 0 0.059 2
    石楠 Photinia serrulata 0.100 0 0.100 0 0.550 0 1.000 0 0.046 0
    侧柏 Platycladus orientalis 0.100 0 0.100 0 0.550 0 1.000 0 0.046 0
    栓皮栎 Quercus variabilis 0.100 0 0.100 0 1.000 0 0.100 0 0.034 4
    短萼海桐 Pittosporum brevicalyx 0.100 0 0.100 0 1.000 0 0.100 0 0.034 4
    女贞 Ligustrum lucidum 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
    滇青冈 Cyclobalanopsis glaucoides 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
    油茶 Camellia oleifera 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
    蓝桉 Eucalyptus globulus 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
    白枪杆 Fraxinus malacophylla 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
    黄连木 Pistacia chinensis 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
    云南松 Pinus yunnanensis 0.100 0 1.000 0 0.550 0 0.100 0 0.028 3
    厚皮香 Ternstroemia gymnanthera 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.021 1
    红叶乌桕 Euphorbia cotinifolia 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.021 1
    清香木 Pistacia weinmannifolia 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.021 1
    山矾 Symplocos sumuntia 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.021 1
    马尾松 Pinus massoniana 1.000 0 0.100 0 1.000 0 0.100 0 0.020 6
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-21
  • 修回日期:  2019-04-15
  • 网络出版日期:  2019-09-03
  • 刊出日期:  2020-03-03

云南省建水县防火树种筛选研究

doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378
    基金项目:  国家重点研发计划课题(2016YFC0502500、2016YFC0502504)
    作者简介:

    顾汪明。主要研究方向:土壤侵蚀与植被修复。Email: guwangming123@sina.com  地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学水土保持学院

    通讯作者: 关颖慧,博士,讲师。主要研究方向:气候变化与植被恢复。 Email: gyhdem@bjfu.edu.cn  地址:同上
  • 中图分类号: S762

摘要: 目的根据云南省建水县森林火灾和造林树种组成的特点,选取当地18种主要造林树种作为研究对象,旨在筛选出适宜建水县林业发展的防火树种,以期为该区森林火灾预防提供一定的理论依据。方法以含水率、粗脂肪、灰分等树种的理化性质和燃烧性能,树冠浓密稀疏、叶质地厚薄、树皮厚度等树种的生物学、生态学特性,自然更新能力、种苗来源、造林技术等树种的造林学特性共16项指标作为评价因子,采用典型采样、选点调查、实验测定、层次分析等方法对18种树种的防火性能进行综合评判。结果按照防火性能综合评价结果,通过聚类分析可以将树种分为4类。Ⅰ类(最优防火树种):火力楠、黄连木、油茶、短萼海桐,是营造防火林带的首选树种;Ⅱ类(较优防火树种):厚皮香、石楠、女贞、滇青冈、山矾,可作为防火树种营造生物防火林带;Ⅲ类(一般防火树种):红叶乌桕、麻栎、栓皮栎、清香木,难以作为防火树种大量种植,但可用于营林防火;Ⅳ类(非防火树种):云南松、白枪杆、蓝桉、马尾松、侧柏,防火性能差,不宜作为防火树种,应予保护。结论针对目前建水县林分结构单一、纯林面积大的林分组成特点,建议未来可以I类和II类防火树种为主营建生物防火林带,以达到阻隔林火蔓延的目的;III类树种的防火性能一般,实地可根据立地条件和地域特征与I类和II类防火树种搭配栽植。

English Abstract

顾汪明, 卢泽洋, 黄春良, 李逸凡, 关颖慧. 云南省建水县防火树种筛选研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(2): 49-60. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378
引用本文: 顾汪明, 卢泽洋, 黄春良, 李逸凡, 关颖慧. 云南省建水县防火树种筛选研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(2): 49-60. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378
Gu Wangming, Lu Zeyang, Huang Chunliang, Li Yifan, Guan Yinghui. Screening study of fire resistant tree species in Jianshui County, Yunnan Province of southwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(2): 49-60. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378
Citation: Gu Wangming, Lu Zeyang, Huang Chunliang, Li Yifan, Guan Yinghui. Screening study of fire resistant tree species in Jianshui County, Yunnan Province of southwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(2): 49-60. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180378
  • 森林是地球之肺,是地球上集基因、碳贮、蓄水、能源为一体的最大陆地生态系统,能调节整个地球的生态平衡[1]。在诸多危害森林的因素中,森林火灾的破坏性最大[2]。据统计,2000—2014年中国共发生森林火灾119 169次,年均7 945次,受害森林面积累计达到150万hm2,累计经济损失809.29亿元,年均经济损失达53.95亿元,森林火灾受害率远高于世界平均水平[3-4]

    目前,许多国家都很重视森林防火工作,同时将生物防火林带作为森林火灾管理的重点措施[5]。所谓“生物防火”是指利用树种防火性能的差异,选择防火性能强的树种营造生物防火隔离带,或选择抗火性能强的树种营造混交林,从而提高林分抗火性,减少森林火灾造成的损失[6]。生物防火林带能有效阻隔或抑制林火的发展和蔓延,可以有效保护森林资源与人民生命财产安全,同时起到增加森林生态系统的复杂性和生物多样性的作用[7]。而如何选择适宜的防火树种营造生物防火林带,以最大限度地发挥其抗火和防火功能是生物防火研究工作的重中之重。国外对这方面的研究较早,特别是美国、欧洲、南亚的一些国家从20世纪50年代开始就进行了研究。在60年代,Anderson[8]、Preussner[9]等学者提出通过火烧迹地调查、目测判断和点火试验,结合植物含水率等因素来筛选防火植物的方法。Saharjo等 [10]进一步总结了防火树种应该具备树冠浓密、林下枝高、生长快等特性。随后,陈存及等学者提出燃点、发热量、挥发性油类、灰分等树种的理化性质及燃烧特性会直接影响树种的抗火性能[6,11-14]。随着研究的不断深入,田晓瑞等[15]认为防火树种不但要求有较强的抗火能力,还要求具备适宜的生物学、生态学特性和造林学特性。为了能够更准确地筛选防火树种,本研究从树种的理化性质及燃烧特性、生物学及生态学特性、造林学特性3方面构建评价体系来综合评价树种的防火性能。

    建水县隶属于云南省红河州,全县境内岩溶面积净占70%,土层薄、持水能力差、渗漏严重,是云南省石漠化面积最大、治理最困难、问题最严峻的县之一。该区混交林少,纯林面积大,面积为13.96万hm2,占全省有林地面积的63.7%。其中,以针叶林为主要优势树种的林地面积为10.15万hm2,这些针叶纯林均由易燃树种组成大,约占74%。由于易燃树种占优势的林分面积大、范围广,加之该区蒸发量大、地表温度高、干旱频发,全县森林火灾发生频繁,火灾损失严重,国务院已将建水县列为云南省境内的Ⅰ级森林火险县。

    综合考虑到建水县石漠化现象严重、土层瘠薄、火灾发生频繁、灾后植被恢复困难且造林难度大等特点,本研究通过典型采样、选点调查、实验测定、专家打分和层次分析等方法,对当地主要树种的理化性质及燃烧特性,生物学、生态学特性和造林学特性进行了综合评价,最终筛选出适宜建水县林业发展的防火树种,旨在为该区森林防火提供一定的理论依据。

    • 云南省建水县森林火灾主要发生在2—5月中旬,每年11月至翌年5月雨季前为森林防火期[2]。因此,在2017年4月份于云南省建水县石漠化综合治理区选取女贞(Ligustrum lucidum)、栓皮栎(Quercus variabilis)、滇青冈(Cyclobalanopsis glaucoides)、石楠(Photinia serrulatu)、麻栎(Quercus acutissima)、厚皮香(Ternstroemia gymnanthera)、短萼海桐(Pittosporum brevicalyx)、侧柏(Platycladus orientalis)、油茶(Camellia oleifera )、火力楠(Michelia macclurei)、蓝桉(Eucalyptus globulus)、云南松(Pinus yunnanensis)、马尾松(Pinus massoniana)、白枪杆(Fraxinus malacophylla)、红叶乌桕(Euphorbia cotinifolia)、清香木(Pistacia weinmannifolia)、黄连木(Pistacia chinensis)、山矾(Symplocos sumuntia)共18种造林树种作为研究对象。这些树种均为当地主要造林树种,造林面积占建水县有林地面积的75%以上。每个树种选取2 ~ 3株生长良好、立地条件相同的树木作为采样植株,按叶、枝、皮3个部位分别取样,样品采集质量为500 g。树叶样品需要采集上、中、下3个冠层的新叶片和老叶片,树枝样品需要采集不同方位的新老和粗细枝条,树皮样品则需要在树干上、中、下3个部位取样,均按质量比例将样品混合均匀后装入牛皮纸信封中。一部分鲜样用于含水率的测定,剩余样品烘干至恒质量,粉碎后装入塑料袋密封备用。

    • 众多的研究表明,含水率、粗脂肪、灰分、热值、燃点等理化性质及燃烧性能是造成树种在抗火、耐火及防火性能上存在差别的原因之一[11-15],因此,本研究主要选择含水率、燃点、热值、灰分和粗脂肪共5项理化性质及燃烧性能指标进行测定,含水率的测定采用烘干法(105 ℃杀青30 min,85 ℃烘干12 h),热值采用全自动微机氧弹式热量计[16]测定,燃点采用XTRD-5型燃点测试仪[17]测定;粗脂肪含量利用索氏抽提[18]的基本原理测定,粗灰分采用干灰化法[13,19]测定,每项指标测3次重复。

    • 采样的同时调查并记录18个树种的树冠疏密度、叶质地厚薄、树皮厚度、生长快慢、环境适应性、萌芽力、自然整枝力共7个生物学、生态学特性指标以及自然更新能力、种苗来源、造林技术、经济价值共4个造林学特性,最后则通过专家打分法[15]将其定量化。

      树冠疏密度、叶质地厚薄、树皮厚度、生长快慢影响树种的抗火性,萌芽力影响灾后恢复能力,自然整枝力促进火烧,环境适应性代表火干扰迹地的定居能力,这些树种的生物学及生态学特性和理化性质及燃烧性能会共同影响树种的防火性能。同时考虑树种的存活率、造林成本以及树种可能带来的经济价值,在防火树种选择中把造林学特性也作为重要指标之一。这些指标虽无防火意义,但具有实际的物理意义,存活率高(自然更新能力强)、造林成本低且经济价值高的防火树种更有利于建设防火林带。

    • 本研究主要选择理化性质及燃烧性能测定指标,同时考虑树种的生物学、生态学特性以及造林学特性共16个评价指标,通过层次分析法来综合衡量树种的防火性能,具体分析方法[20]步骤如下:

      (1)分析研究问题的因果关系,划分为不同层次要素,分层次建立评价指标体系。

      (2)两两比较各要素间的重要性,横向和纵向比较之后列出判断矩阵,运用和积法求权重向量。

      将得到的每层的判断矩阵参照公式(1),分别求得到横向数值和列向数值。

      $$ {{{w}}_i} = \sum\limits_{j = 1}^n {\frac{{{a_{ij}}}}{n}} $$ (1)

      将所得的数值分别进行归一化处理,得到各层的权重向量w = [wi1, wi2, wi3, ···, win]Ti = 1, 2, 3, ···, n

      (3)进行标准化处理,得到每一层的权重系数。

      (4)进行一致性检验,判断合权重系数是否正确。应用公式(2,3,4)计算得到最大特征值(λ max)、一致性指标(CI)和一致性比(CR)。基本步骤如下:

      $$ {\lambda _{\max }} = \frac{1}{n}\sum\limits_{i = 1}^N {\frac{{{{\left( {{{Aw}}} \right)}_i}}}{{{{{w}}_i}}},\;i = 1,2,3,\cdots ,n} $$ (2)
      $$ {\rm{CI}} = \frac{{{\lambda _{\max }}\left( {{A}} \right) - {{n}}}}{{n - 1}} $$ (3)
      $$ {\rm{CR}} = \frac{{{\rm{CI}}}}{{{\rm{RI}}}} $$ (4)

      式中:A表示所求判断矩阵;w表示权重向量。

      CI值越小,表示判断的各因素之间相互重要性越准确,计算的最终结果也越高。但CI值会受到思维判断不一致性的干扰,导致判断结果偏差较大。为了消除CI值误差,研究中应用RI和CR修正。RI指标会随着研究问题所确定的判断矩阵的阶数而改变,其具体变化标准如表1。当CR ≤0.1,矩阵判断合理,检验结果准确,计算得到的权重系数正确。当CR > 0.1时,须重新判断各因子相互重要性,调整矩阵,按以上步骤重新计算直至符合所有判断规则。

      表 1  平均随机一致性指标(RI)的取值

      Table 1.  Values of average random consistency index RI

      阶数 OrderRI
      1 0
      2 0
      3 0.58
      4 0.9
      5 1.12
      6 1.24
      7 1.32
      8 1.41
      9 1.45
      10 1.49
      11 1.51
      12 1.48

      (5)将实际数值进行标准化,与权重系数相乘计算得到综合评价值。

    • 层次分析法[15]是目前防火树种筛选中比较常用的方法。本研究是从理化性质及燃烧性能,生物学、生态学特性以及造林学特性3方面进行分层,全面评判各树种的防火性能,各因子层次分析结果见图1

      图  1  树种防火性能综合评判指标体系

      Figure 1.  Comprehensive evaluation index system for fire resistance of tree species

      根据专家打分,首先确立理化性质及燃烧性能,生物学、生态学特性,造林学特性和下属因子两两之间的相互重要性,分别对每一层次评价指标之间的相对重要性进行1 ~ 9的数字定量化表示,以建立判断矩阵。两因素比较结果的确定方法为:1、3、5、7、9分别表示因素等同、稍重要、较重要、明显重要和绝对重要,1、2、4、6表示为上述判断的中间等级。各层指标的判断矩阵详见表2 ~ 5

      表 2  B层指标的判断矩阵

      Table 2.  Distinguishing matrix of B layer

      A层
      Layer A
      抗火因子
      Fire resistant factor (B1)
      生物生态学特性
      Bioecology characteristics (B2)
      造林经济学特性
      Characteristics of afforestation
      economics (B3)
      抗火因子
      Fire resistance factor (B1)
      157
      生物生态学特性
      Bioecology characteristics (B2)
      1/513
      造林经济学特性
      Characteristics of afforestation economics (B3)
      1/71/31

      表 5  造林学特性的判断矩阵

      Table 5.  Distinguishing matrix of silvicultural characteristics of diverse tree species

      造林经济学特性
      Characteristics of afforestation
      economics (B3)
      经济性状
      Economic
      characters (C13)
      自然更新能力
      Natural renewal
      capability (C14)
      种苗来源
      Source of
      seedlings (C15)
      造林技术
      Afforestation
      technology (C16)
      经济性状 Economic characters (C13)121/21/3
      自然更新能力 Natural renewal capability (C14)1/211/31/3
      种苗来源 Source of seedlings (C15 )2312
      造林技术 Afforestation Technology (C16)331/21

      表 3  树种燃烧特性的判断矩阵

      Table 3.  Distinguishing matrix of combustibility

      抗火因子
      Fire resistance factor (B1)
      含水率
      Water content (C1)
      燃点
      Ignition point (C2)
      热值
      Calorific value (C3)
      粗灰分
      Crude ash (C4)
      粗脂肪
      Crude fat (C5)
      含水率 Water content (C1)12395
      燃点 Ignition point (C2)1/21283
      热值 Calorific value (C3)1/31/2121
      粗灰分 Crude ash (C4)1/91/81/211/4
      粗脂肪 Crude fat (C5)1/51/3141

      表 4  树种生物学生态学特性的判断矩阵

      Table 4.  Distinguishing matrix of biological and ecological characteristics of diverse tree species

      生物生态学特性
      Bioecology
      characteristics (B2)
      树冠疏密度
      Density of crown
      cover (C6)
      叶大小厚薄
      Leaf size and thickness (C7)
      树皮厚薄
      Bark thickness (C8)
      生长快慢
      Growth rate (C9)
      环境适应性
      Environmental adaptability (C10)
      萌芽力
      Sprouting ability (C11)
      自然整枝力
      Naturalpruning
      force (C12)
      树冠疏密度
      Density of crown cover (C6)
      12231/331/2
      叶大小、厚薄
      Leaf size and thickness (C7)
      1/21221/61/21/3
      树皮厚薄
      Bark thickness (C8)
      1/21/211/21/521/5
      生长快慢
      Growth rate (C9)
      1/31/2211/221/2
      环境适应性
      Environmental adaptability (C10)
      3652152
      萌芽力
      Sprouting ability (C11)
      1/321/21/21/511/5
      自然整枝力
      Natural pruning force (C12)
      23521/251

      建立不同指标层的判断矩阵后,求得权重向量,对得到的每层的判断矩阵和各层的权重向量进行一致性检验,即可得到各指标的权重值,具体结果详见表6

      表 6  树种防火性能综合评判各指标权重

      Table 6.  Comprehensive evaluation index weight of fire resistance of tree species

      A 层
      Layer A
      B 层指标
      Layer B index
      权重 WeightC 层指标
      Layer C index
      权重 Weight总权重
      Total weight
      树种防火性能综合评判指标
      Comprehensive evaluation
      index of fire protection
      performance of tree species
      抗火因子
      Fire resistance factor (B1)
      0.696 1 含水率 Water content (C1) 0.417 1 0.290 2
      燃点 Ignition point (C2) 0.303 2 0.210 9
      热值 Calorific value (C3) 0.101 3 0.070 3
      粗灰分 Crude ash (C4) 0.042 4 0.029 2
      粗脂肪 Crude fat (C5) 0.137 2 0.095 4
      生物生态学特性
      Bioecology characteristics (B2)
      0.225 2 树冠疏密度 Density of crown cover (C6) 0.153 0 0.034 4
      叶大小、厚薄 Leaf size and thickness (C7) 0.084 3 0.018 9
      树皮厚薄 Bark thickness (C8) 0.064 1 0.014 4
      生长快慢 Growth rate (C9) 0.088 0 0.019 8
      环境适应性 Environmental adaptability (C10) 0.311 4 0.070 0
      萌芽力 Sprouting ability (C11) 0.061 4 0.013 7
      自然整枝力 Natural pruning force (C12) 0.239 3 0.053 8
      造林学经济学特性
      Characteristics of
      afforestation economics (B3)
      0.079 4 经济性状 Economic characters (C13) 0.178 2 0.014 1
      自然更新能力 Natural renewal capability (C14) 0.101 4 0.008 0
      种苗来源 Source of seedlings (C15) 0.372 3 0.029 4
      造林技术 Afforestation technology (C16) 0.349 1 0.027 6
    • 对建水县18个树种各部分理化性质及燃烧性能指标进行室内实验测定,由于树叶、树枝和树皮的理化性质和燃烧性能的不同,经过查阅文献及专家打分后[21],确定树叶、树枝和树皮的权重比是5:3:2,进行加权后得到18个树种的理化性质指标测定值,结果如表7所示。

      表 7  理化性质及燃烧性能指标测定值

      Table 7.  Physicochemical properties and combustion performance indicators

      树种
      Tree species
      含水率
      Water content
      (C1)/%
      燃点
      Ignition point
      (C2)/℃
      热值
      Calorific value
      (C3)/(kJ·kg− 1)
      粗灰分
      Crude ash
      (C4)/%
      粗脂肪
      Crude fat
      (C5)/%
      女贞 Ligustrum lucidum51.56242.1020 416.105.283.29
      栓皮栎 Quercus variabilis45.46231.4022 267.205.493.96
      滇青冈 Cyclobalanopsis glaucoides49.69241.1022 095.405.022.97
      石楠 Photinia serrulata52.35242.8020 752.205.573.77
      麻栎 Quercus acutissima46.49223.5022 259.404.113.77
      厚皮香 Ternstroemia gymnanthera50.86252.8020 304.805.403.57
      短萼海桐 Pittosporum brevicalyx55.58245.1020 731.405.913.42
      侧柏 Platycladus orientalis45.60222.5022 919.206.1211.03
      油茶 Camellia oleifera52.99260.7019 066.306.922.26
      火力楠 Michelia macclurei53.41255.9018 634.806.103.52
      蓝桉 Eucalyptus globulus44.50224.6023 428.402.675.71
      云南松 Pinus yunnanensis47.12222.7021 624.602.745.56
      马尾松 Pinus massoniana43.55228.3025 056.202.925.24
      白枪杆 Fraxinus malacophylla43.96225.8020 856.404.655.35
      红叶乌桕 Euphorbia cotinifolia50.34232.1021 623.205.234.58
      清香木 Pistacia weinmannifolia47.57230.1024 246.204.873.47
      黄连木 Pistacia chinensis53.14255.3019 034.406.692.63
      山矾 Symplocos sumuntia46.92252.6021 152.109.833.21

      结果表明,油茶、火力楠、黄连木、短萼海桐,含水率较高,均大于52%。而马尾松、白枪杆、蓝桉、栓皮栎、侧柏、麻栎、山矾、云南松、清香木的含水率在42% ~ 48%之间,说明这些树种遇火燃烧后,体内水分蒸发散失快,在较短时间内水分会完全蒸发,树种会立即进入燃烧阶段,不利于森林防火。山矾、厚皮香、黄连木、火力楠、油茶的燃点都在250 ~ 270 ℃之间,较不易燃;而侧柏、云南松、麻栎、蓝桉、白枪杆、马尾松的燃点均低于230 ℃,燃点较低,在火灾发生时,会最先燃烧,应该重点隔离管理。火力楠、黄连木、油茶的热值相对较小,说明在同等情况下完全燃烧时这些树种放出的热量较少,即对林火助燃性较小,而侧柏、蓝桉、清香木、马尾松的热值较高,助燃性较强。灰分具有抑制焦油产生(焦油成分助燃)和增加木炭生成(木炭结构不燃)的功能,灰分含量越高,对森林火灾的抑制和阻隔能力就越强。山巩、油茶、黄连木、侧柏、火力楠灰分含量均高于6%,可以有效地阻隔并抑制森林火灾的蔓延。粗脂肪的组成成分大多都属于助燃成分,遇火极易燃烧,含量越低,树种越不易被点燃。油茶、黄连木、滇青冈的粗脂肪含量均低于3%,而侧柏的粗脂肪含量最高,为11.028%,说明侧柏的易燃性高于油茶、黄连木、滇青冈。

      单一指标的比较无法准确判断树种的防火性能,综合考虑含水率、粗脂肪、灰分、热值、燃点等5项指标,将指标测定值进行归一化处理,与相对应的权重系数(表6)相乘求和即为该树种的理化性质及燃烧性能综合评价值U1,结果见表8,并进行聚类分析。结果表明,单从理化性质及燃烧性能方面来看,油茶、火力楠、黄连木、短萼海桐综合评价值较高,均高于0.55,属于抗火性相对较好的造林树种。而白枪杆、蓝桉、马尾松、侧柏等树种的综合评价值较低,均低于0.2以下,说明此类树种抗火性差,不适合作为防火树种。

      表 8  理化性质及燃烧性能综合评价

      Table 8.  Comprehensive evaluation of physicochemical properties and combustion performance

      树种
      Tree species
      含水率
      Water content
      (C1)/%
      燃点
      Ignition point (C2)/℃
      热值
      Calorific value (C3)/(kJ·kg− 1)
      粗灰分
      Crude ash (C4)/%
      粗脂肪
      Crude fat (C5)/%
      综合评价值
      Comprehensive
      evaluation value (U1)
      油茶
      Camellia oleifera
      0.806 3 1.000 0 0.939 6 0.633 9 1.000 0 0.624 9
      火力楠
      Michelia macclurei
      0.837 6 0.886 9 1.000 0 0.531 4 0.871 9 0.599 1
      黄连木
      Pistacia chinensis
      0.817 4 0.872 8 0.944 0 0.605 0 0.962 0 0.597 1
      短萼海桐
      Pittosporum brevicalyx
      1.000 0 0.630 1 0.7061 0.507 5 0.880 9 0.571 6
      厚皮香
      Ternstroemia gymnanthera
      0.647 0 0.813 9 0.765 9 0.443 7 0.865 6 0.508 8
      石楠
      Photinia serrulata
      0.758 5 0.578 3 0.703 2 0.464 9 0.844 9 0.485 7
      女贞
      Ligustrum lucidum
      0.699 3 0.559 4 0.750 3 0.428 5 0.893 9 0.471 5
      山矾
      Symplocos sumuntia
      0.351 9 0.809 2 0.647 2 1.000 0 0.903 0 0.433 6
      滇青冈
      Cyclobalanopsis glaucoides
      0.559 2 0.538 2 0.515 0 0.395 7 0.927 0 0.412 2
      红叶乌桕
      Euphorbia cotinifolia
      0.607 8 0.326 2 0.581 1 0.422 6 0.762 1 0.371 1
      清香木
      Pistacia weinmannifolia
      0.400 7 0.279 1 0.213 5 0.377 1 0.876 1 0.284 7
      栓皮栎
      Quercus variabilis
      0.242 8 0.309 7 0.490 9 0.454 9 0.825 8 0.262 4
      麻栎
      Quercus acutissima
      0.320 2 0.123 6 0.492 0 0.281 6 0.844 7 0.242 4
      云南松
      Pinus yunnanensis
      0.358 1 0.104 7 0.580 9 0.108 8 0.661 1 0.233 1
      白枪杆
      Fraxinus malacophylla
      0.130 7 0.177 7 0.688 6 0.349 3 0.683 0 0.199 2
      蓝桉
      Eucalyptus globulus
      0.171 1 0.149 5 0.328 1 0.100 0 0.646 1 0.168 8
      马尾松
      Pinus massoniana
      0.100 0 0.236 6 0.100 0 0.131 7 0.694 6 0.156 1
      侧柏
      Platycladus orientalis
      0.253 6 0.100 0 0.399 5 0.533 5 0.100 0 0.147 9
    • 生物学、生态学特性指标以及造林学特性指标通过专家打分法[13]将其定量化。打分采用3分制,1~3分别代表为易燃、比较易燃和难燃以及经济性状低、经济性状中等和经济性状好。打分对象为云南省林业科学院、建水县林业局、建水县林业技术推广所和云南建水荒漠生态系统国家定位观测研究站中较为熟悉当地植被生长特性的相关人员,共发出25份调查问卷,收回20份,均为有效调查问卷。将各树种打分结果采用一维比较法进行归一化处理,并与相对应的权重系数相乘求和即为该树种的生物学、生态学和造林学特性的综合评价值U2和U3。计算结果见表9表10

      表 9  生物学、生态学特性综合评价值

      Table 9.  Comprehensive evaluation values of biological and ecological characteristics

      树种
      Tree species
      树冠浓密
      Dense
      crown (C6)
      叶大小厚薄
      Leaf size and
      thickness (C7)
      树皮厚薄
      Bark thickness (C8)
      生长快慢
      Growth
      rate (C9)
      环境适应性
      Environmental
      adaptability (C10)
      萌芽力
      Sprouting
      ability (C11)
      自然整枝力
      Natural
      pruning
      force (C12)
      综合评价值
      Comprehensive
      evaluation
      value (U2)
      滇青冈 Cyclobalanopsis glaucoides 1.000 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 1.000 0 1.000 0 0.210 0
      火力楠
      Michelia macclurei
      1.000 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.178 5
      短萼海桐
      Pittosporum brevicalyx
      1.000 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.550 0 0.170 7
      麻栎
      Quercus acutissima
      0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 1.000 0 0.550 0 0.170 3
      黄连木
      Pistacia chinensis
      1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.550 0 0.168 4
      栓皮栎
      Quercus variabilis
      0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.550 0 0.167 9
      女贞
      Ligustrum lucidum
      1.000 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.162 8
      厚皮香
      Ternstroemia gymnanthera
      0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.550 0 0.550 0 0.100 0 1.000 0 0.156 8
      石楠
      Photinia serrulata
      1.000 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.145 4
      清香木
      Pistacia weinmannifolia
      0.550 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.136 7
      云南松
      Pinus yunnanensis
      0.550 0 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.133 0
      马尾松
      Pinus massoniana
      0.100 0 0.100 0 0.100 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 1.000 0 0.132 6
      蓝桉
      Eucalyptus globulus
      0.550 0 0.550 0 0.100 0 1.000 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.132 3
      山矾
      Symplocos sumuntia
      1.000 0 0.550 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 1.000 0 1.000 0 0.131 6
      油茶
      Camellia oleifera
      0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.129 9
      白枪杆
      Fraxinus malacophylla
      0.550 0 0.550 0 0.100 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.117 3
      侧柏
      Platycladus orientalis
      0.550 0 0.100 0 0.100 0 0.100 0 0.550 0 1.000 0 0.550 0 0.106 0
      红叶乌桕
      Euphorbia cotinifolia
      0.550 0 0.550 0 0.550 0 0.100 0 0.550 0 0.550 0 0.100 0 0.090 6

      表 10  造林学特性综合评价值

      Table 10.  Comprehensive evaluation of afforestation characteristics

      树种
      Tree species
      经济性状
      Economic
      characters (C13)
      自然更新能力
      Natural renewal
      capability (C14)
      种苗来源
      Source of
      seedlings (C15)
      造林技术
      Afforestation
      technology (C16)
      综合评价值
      Comprehensive
      evaluation value (U3 )
      麻栎 Quercus acutissima 0.100 0 0.100 0 1.000 0 1.000 0 0.059 2
      火力楠 Michelia macclurei 0.100 0 0.100 0 1.000 0 1.000 0 0.059 2
      石楠 Photinia serrulata 0.100 0 0.100 0 0.550 0 1.000 0 0.046 0
      侧柏 Platycladus orientalis 0.100 0 0.100 0 0.550 0 1.000 0 0.046 0
      栓皮栎 Quercus variabilis 0.100 0 0.100 0 1.000 0 0.100 0 0.034 4
      短萼海桐 Pittosporum brevicalyx 0.100 0 0.100 0 1.000 0 0.100 0 0.034 4
      女贞 Ligustrum lucidum 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
      滇青冈 Cyclobalanopsis glaucoides 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
      油茶 Camellia oleifera 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
      蓝桉 Eucalyptus globulus 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
      白枪杆 Fraxinus malacophylla 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
      黄连木 Pistacia chinensis 1.000 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.033 8
      云南松 Pinus yunnanensis 0.100 0 1.000 0 0.550 0 0.100 0 0.028 3
      厚皮香 Ternstroemia gymnanthera 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.021 1
      红叶乌桕 Euphorbia cotinifolia 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.021 1
      清香木 Pistacia weinmannifolia 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.021 1
      山矾 Symplocos sumuntia 0.100 0 0.100 0 0.550 0 0.100 0 0.021 1
      马尾松 Pinus massoniana 1.000 0 0.100 0 1.000 0 0.100 0 0.020 6

      18种造林树种的生物学、生态学特性综合评价值U2都在0.1 ~ 0.3之间,聚类分析结果表明,滇青冈、火力楠、短萼海桐、麻栎、黄连木、栓皮栎、女贞、厚皮香8种树种评价值均高于0.15,属于生物学、生态学特性优良的树种,而其余树种的综合评价值U2较低。

      18种造林树种的造林学特性综合评价值U3都在0.02 ~ 0.06之间,聚类分析结果表明,其中麻栎、火力楠、石楠、侧柏4种树种评价值高于0.04,属于造林学特性优良的树种,而其余树种的造林学特性综合评价值较低。

    • 将树种的理化性质及燃烧性能综合评价值U1,生物学、生态学特性综合评价值U2与造林学特性综合评价值U3加权得到树种的抗火性能综合评价值U,对U进行聚类分析,结果见图2

      图  2  防火树种聚类分析图

      Figure 2.  Cluster analysis graph of fire-proof tree species

      根据聚类分析图,可将树种分成4大类。Ⅰ类:最优防火树种,分别为火力楠、黄连木、油茶、短萼海桐,该类树种在理化性质及燃烧性能、生物学、生态学及造林适应性上均贡献突出,综合得分值在0.7以上,且含水量较大、燃点高,普遍耐干旱瘠薄,萌芽力高,适应性强,在严峻环境下也能生长,可作为未来当地的主要防火树种。其中,火力楠是南亚热带常绿阔叶树种,尤其适宜在酸性土壤中生长。李振问等学者在福建省尤溪县进行了模拟火烧试验,发现火力楠防火林带能有效地阻隔地表火和树冠火蔓延[22]。油茶主要生长在南方亚热带地区的高山及丘陵地带,作为防火树种在陕西、云南、江西等地均有种植,油茶不仅防火效果较强,而且具有良好的经济价值[19,23-24]。短萼海桐是喀斯特原生林的亚优势树种之一[25],与此同时也是优良的景观树种。黄连木为落叶乔木,多分布在我国西南地区[26],同时也是建水县的乡土树种,经济价值高,又兼备防火作用。

      Ⅱ类:较优防火树种,分别为厚皮香、石楠、女贞、滇青冈、山矾,其综合得分值在0.5 ~ 0.7之间,该类树种粗脂肪与灰分含量均较低,易燃性较弱,具有良好的阻火性能。厚皮香皮厚难燃,且树冠结构紧密,耐庇荫,林下湿度大,能有效降低林木燃烧性。石楠分布较广,能耐瘠薄土壤,具有防火和美观的双重作用。女贞属亚热带树种,适应范围广,栽植方式多样,生长较快,2 ~ 3年即可成形。滇青冈是常绿树种,适生于石灰岩土壤中,也是常见的防火造林树种。

      III类:一般防火树种,包括红叶乌桕、麻栎、栓皮栎、清香木。其抗火性综合评价值在0.4 ~ 0.5之间,这类树种防火性能一般,但观赏价值和经济价值普遍较高。

      Ⅳ类:较差防火树种,包括侧柏、马尾松、蓝桉、白枪杆、云南松。这类树种热值和灰分含量均较高,助燃性较强,对森林火灾的抑制和阻隔能力也较弱,生态效益一般,抗火性最弱,与梁瀛等[2728]的研究结果相同。

    • 本文通过典型采样、选点调查、实验测定、层次分析和专家打分等方法,对云南省建水县18种当地主要造林树种进行了防火性能的筛选研究,结果将18种树种按防火性能强弱分为4类:Ⅰ类(最优防火树种):火力楠、黄连木、油茶、短萼海桐;Ⅱ类(较优防火树种):厚皮香、石楠、女贞、滇青冈、山矾;Ⅲ类(一般防火树种):红叶乌桕、麻栎、栓皮栎、清香木;Ⅳ类(非防火树种):云南松、白枪杆、蓝桉、马尾松、侧柏。

      建水县地带性植被为亚热带常绿阔叶林,但由于人为干扰强烈,区内已无原生植被分布,现有植被均为人工植被,林分结构单一,纯林面积大,且主要由云南松、马尾松、清香木等可燃、易燃树种组成。考虑到I类树种的防火性能最好,且大部分树种耐瘠薄、耐旱,适应性和萌芽力均比较强,在当地易于成活,未来营造生物防火隔离带应优先考虑。Ⅱ类树种的防火性能较好,也可作为防火树种营造生物防火林带。重点可在山脊、田林交界、林地边缘等地区通过营林、造林和补植等措施构建以I类和II类防火树种为主的防火林带,且实际作业时需要根据当地的地形、地貌、火险等级等因素来确定合理的种植密度。在森林抚育作业中也应尽可能保留I类和II类树种,这样既能发挥生物防火的功能,又能降低生物防火的成本。III类树种的防火性能一般,难以作为防火树种大量种植,但该类树种的观赏价值普遍较高,可用于营林防火,根据立地条件和地域特征搭配种植III类树种,构建具有防火功能、生态功能和经济价值于一体的防火林带,以提高生态系统的稳定性和抗火能力,最终达到减少和控制森林火灾的目的。Ⅳ类树种均属于易燃树种,防火性能差,不宜作为防火树种,应予以保护。未来应对以易燃树种为主的现有人工林的林分组成和结构进行调整,混交种植I类和II类防火树种,以降低林分的易燃性,提高林分抗火性。

参考文献 (28)

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