辽河源自然保护区主要森林类型负荷量及潜在火行为研究

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本文以辽河源国家森林保护区主要森林类型为研究对象,通过外业调查、内业实验和统计学方法,对不同森林类型和不同层次的可燃物负荷量进行了研究,建立了树冠可燃物负荷量估测模型,分析了辽河源自然保护区主要可燃物类型负荷量及潜在火行以及不同种类可燃物的理化特征和空间分布特征,并基于美国Rothermel林火模型分析了辽河源国家森林保护区主要可燃物类型的潜在林火行为。研究结果为该保护区的森林火灾预防和扑救提供理论和技术基础。主要研究结论如下:(1)辽河源国家级自然保护区的不同森林类型的地表可燃物负荷量存在显著差异。地表可燃物负荷量较高的是山杏林地表可燃物负荷量为5.99kg/m2,油松林地表可燃物负荷量4.40kg/m2,刺槐林地表可燃物负荷量为3.69kg/m2,;地表负荷量较低的是柞树林地表可燃物负荷量为2.03kg/m2,白桦林林地表可燃物负荷量为2.04kg/m2,,栽培杨林地表可燃物负荷量为2.69 kg/m2,;处于中等的是落叶松林地表可燃物负荷量为3.72 kg/m2,和山杨林地表可燃物负荷量为3.59kg/m2。地表草本可燃物负荷量最高属山杏林为5.576 kg/m2,最低为刺槐林为2.347 kg/m2。灌木负荷量白桦林最高为0.39 kg/m2,其次为刺槐林为0.27 kg/m2,最低为栽培杨林为0.13 kg/m2。(2)针叶林的树冠可燃物负荷量较大,是树冠火发生的主要物质基础。油松树冠的可燃物负荷量整体呈现两端小,中间大的趋势,可燃物负荷量整体在5~7米高度区间段相对较为集中。在每层的可燃物负荷量组成中,枯100比例基本在各层都最大。落叶松树冠可燃物负荷量比例分布最高的是活大枝。在负荷量分布最集中的5米以上,落叶松树冠的可燃物负荷量主要以活大枝占据主要成分。落叶松可燃物负荷量整体在5~8米高度区间段相对较为集中。针叶林树冠分层情况上,树冠负荷量较低时在低层和高层都分布比较均匀,而树冠负荷量高时,其分布相对比较集中于中高层次。(3)不同树种的可燃物理化性质差异较大,影响树种的易燃性。白桦、山杨和栽培杨的加权热值较高,分别为19.138J/g,18.641J/g和18.569J/g;其次是针叶树种,油松和落叶松的热值差别不大,分别为17.698J/g和17.252J/g,属于中高水平;柞树山杏和刺槐的加权热值属最低,分别只有15.644J/g、15.718J/g和15.666J/g。可燃物加权灰分含量方面,山杏最高,为1.93%较接近2%;山杨、栽培杨、柞树和刺槐灰分含量较高,分别为1.84%,1.84%,1.79%和1.72%;其次是油松和落叶松,灰分在1%左右。白桦灰分含量最低,为0.84%。加权表面积体积比最高的是山杨和栽培杨,分别为2184.97和2072.45;其次是刺槐,为1733.87;之后是油松和落叶松,分别为1702.51和1710.15;较低的是柞树和白桦,表面积体积比分别只有1470.74和1540.65。(4)风速是影响林火行为的主要因子。在无风和平均风速条件下,八种森林类型的火焰蔓延速率、火焰高度和火焰强度,三者都将随坡度的增大而增加。三项火行为指标的变化在这两种不同风力差别下的并不大,甚至很不明显。但当在极大风速下风速将时影响火行为的主要因子。(5)坡度对林火行为的影响,在不同森林类型中有明显不同。在坡度达到预设最大值20°时,在无风条件下山杨火焰蔓延速率最快,为6m/min;栽培杨次之为4.3m/min针叶树在3m/min左右。刺槐、柞树、白桦林蔓延速率和火焰高度最小最低。分别为1.7m/min,1.23m/min和0.83m/min。在坡度达到预设最大值20°时,在无风条件下,火焰强度方面,山杏林火焰强度最大,高达1532KW/m,而针叶树林和山杨林次之,分别为902KW/m,664KW/m和737KW/m,刺槐林、栽培杨林,柞树林最低。在月平均最大风速下,火焰高度和火焰强度都将随坡度变化趋势的相关性大幅度降低。山杏林的火焰强度高,主要是由于木质因素和林分中地表可燃物载量大影响。地表枯落物层的厚度会极大降低了林火蔓延的速率。地表枯落物层薄,过火速度就快。(6)主要森林类型的地表可燃物负荷量是影响地表火强度的关键因素。针叶林方面,地表可燃物枯落物载量高的油松地表火火强度相对落叶松更高。阔叶林方面,除去个别树种,整体均林分郁闭度较高,较少受到人为生产生活影响,地表可燃物载量高,可燃物床层深,载量丰富度较低。
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