基于热重分析的延边州地区7种常见乔木树种的燃烧性排序

【目的】热重分析是评价森林可燃物热解特性的重要方法。热重分析的结果能够用于计算热解动力学方程和其他热解参数,这是评价可燃物燃烧性的数据基础。根据热解动力学方程参数和其他热解参数的主成分分析结果对延边州地区7种常见乔木树种燃烧性进行排序,为延边州地区的防火树种选择提供理论支撑和指导。【方法】以延边州地区7种常见乔木树种的树皮、树叶为研究对象,利用热重分析仪器得到TG-DTG曲线并计算热解动力学方程求得7种乔木树种树皮及树叶的活化能(E)和指前因子(A),根据综纤维素热解阶段的活化能(E)以及主成分分析中的得分对7种乔木树种进行燃烧性排序。【结果】7种乔木树种的综纤维素热解阶段的活化能范围为:树皮:21.93～35.83 kJ·mol-1;树叶:25.76～46.10 kJ·mol-1,7种乔木树种树皮和树叶之间、不同热解阶段之间的指前因子变化很大;主成分分析法得到7种乔木树种的燃烧性排序:树皮:榆树皮椴树皮红松皮长白落叶松皮蒙古栎皮刺槐皮白桦皮。树叶:白桦叶红松叶榆树叶长白落叶松叶刺槐叶椴树叶蒙古栎叶。活化能排序与主成分分析法排序大致相反。【结论】根据热解参数的主成分分析结果对7种树种燃烧性排序,表明蒙古栎、刺槐和长白落叶松是延边州地区较好的抗火树种,可以作为较好的防火树种进行选择。     

森林地被可燃物燃烧性的研究

试验对辽宁省18种林型地被可燃物的燃点、燃烧热、灰分率、脂肪油提物和燃烧的蔓延速度进行了测定。在此基础上，对森林地被可燃物的燃烧性进行了综合排序，并准确地划分了各燃烧特征的级别。     

北京十三陵林场公益林可燃物特征与经营

针对北京十三陵林场的森林状况,对森林可燃物特征进行了研究和分析,选取了十三陵林场的127个小班为研究对象,以样地内的植物树种组成、林分年龄、郁闭度、坡度、坡向、海拔高度、乔木生物量、草本高度和盖度、灌木高度和盖度为基本因子,结合可燃物的结构特征、生物量特征和可燃物的分布特征,对基本因子的燃烧性进行排序,并赋值划分一定的等级,最后得出综合燃烧性指标,以此为准划分燃烧性等级,统计不同等级所包含的小班面积和所占百分比。并针对这些可燃物特征提出了公益林管理与经营的措施。     

黑龙江省草原草本燃烧性分析

在黑龙江省草原地区林甸、虎林和嫩江三个地区分别设置样地,研究三个地区混合草本种类可燃物燃烧性和10种草本燃烧性,采用外业调查、采样和室内测试相结合的方法,对黑龙江省草本可燃物的燃点、热值、灰分、绝干含水率等因子进行分析,采用层次分析法赋予权重对草原草本燃烧性进行排序。结果表明,黑龙江草原混合草本可燃物绝干含水率由小到大依次为林甸<嫩江<虎林;载量由小到大依次为林甸<嫩江<虎林;灰分由小到大依次为嫩江<虎林<林甸;燃点由小到大依次为虎林<林甸<嫩江;热值由小到大依次为虎林<嫩江<林甸,从综合燃烧性量化指标排序,燃烧性林甸<嫩江<虎林,虎林燃烧性量化指标最大,草原发生火灾的可能性相对较低。10种草本可燃物,绝干含水率、灰分百分含量最低的是苔草,最高的是山莴苣;热值最小的是山莴苣,最高是芦苇;草本可燃物燃点最低是山莴苣（243℃）,最高的是地榆(252℃)。从综合燃烧性量化指标排序,苔草燃烧性量化值最小,燃烧性最强,山莴苣燃烧性量化值最大,燃烧性最弱。     

4种主要林型可燃物载量及其燃烧性研究

以阜新地区4种林型凋落物为研究对象,在防火期开展可燃物载量动态监测及其燃烧性研究。结果表明:油松落叶松林可燃物载量最大,4种林型可燃物载量最大值均出现在4月和10月中下旬至11月中上旬;油松栎林可燃物平均含水率最小,4种林型含水率低于10%出现在春季3月中下旬至5月。4月16日至5月15日可燃物载量最大,含水率最小,是该地区林火发生高危期。燃烧性能排序为油松纯林油松栎林油松荆条林油松落叶松林,油松纯林的易燃性高于油松与其它树种混交林,是该地区林火发生高危林型。     

大兴安岭6种主要乔木树种燃烧过程的含碳气体释放特征

【目的】气候变暖带来的环境问题越来越突出,含碳气体排放量增加是温室效应的主要原因,而森林火灾排放含碳气体仅次于化石燃料燃烧,是全球变暖的重要因素,为了实现定量探究森林火灾对气候变暖的影响,需要准确估算森林火灾含碳气体的排放量。【方法】以大兴安岭6种主要乔木的枝和叶为研究对象,通过室内燃烧试验的方法,利用Testo350烟气分析仪测定其在燃烧过程中含碳气体的排放量,分析不同可燃物排放气体差异性,并计算可燃物的排放因子和修正燃烧效率。【结果】1)燃烧过程中6种乔木枝、叶燃烧含碳气体(CO、CO_2、CxHy)排放量的平均值枝为2 406.18、18 486、184.88 mg·dm~(-3);叶为2 297.43、20 548.6、166.27 mg·dm~(-3);2)6种乔木枝的CO_2气体排放量差异不显著,樟子松叶的CO_2排放量显著低于其余5种乔木,剩余5种乔木差异不显著。6种乔木枝和叶的CO、C_xH_y排放量差异显著;3)6种乔木枝、叶含碳气体的排放因子(EFi)范围分别为CO(118.97～195.00)、CO_2(1 290.12～1 672.50)、C_xH_y(8.10～17.32)g·kg~(-1);4)叶的修正燃烧效率(MCE):针叶乔木阔叶乔木;同种针叶乔木的修正燃烧效率(MCE):枝叶,而同种阔叶乔木的修正燃烧效率(MCE):枝叶。【结论】根据气体排放量计算了不同气体的排放因子,利用排放因子可对大兴安岭森林火灾排放的含炭气体进行估算;修正燃烧效率结果能定量反映出本文在实验条件下可燃物都达到了明然状态,修正燃烧效率越低产生的不完全燃烧产物就越多;修正燃烧效率结果说明了针叶乔木叶相对于阔叶乔木叶燃烧不充分,针叶乔木叶燃烧产生的CO量多;研究结果将对估计大兴安岭森林火灾含碳气体排放总量和其对环境的影响提供一定的理论依据。     

内蒙古大兴安岭典型乔灌树种及其地表死可燃物热解特性

【目的】研究森林可燃物的热解特性,了解林火发生的难易程度及潜在火行为特征,促进合理选择防火树种和构建生物防火林带。【方法】以内蒙古大兴安岭毕拉河林区森林可燃物为对象,进行热重分析得出其热解过程,以筛选抗火性能良好的树种。运用热重分析法,在升温速率为30℃·min-1、通氧速率为20 m L·min-1的条件下,对5种典型乔木(白桦、黑桦、兴安落叶松、蒙古栎、山杨)的3个部位(树干、树皮、树枝)及其林内地表死可燃物分3个亚层(未分解层、半分解层、已分解层)和3种典型灌木(平榛、二色胡枝子、兴安杜鹃)的枝条研究热失重行为。使用TG-DTG曲线分析样品的热解过程,利用Coats-Redfem积分法对样品的快速热解阶段进行动力学分析,采用热解特性指数P对样品的热解特性进行全面评价;通过活化能、着火温度与热解特性指数的综合分析,评价各样品的抗火性。【结果】空气条件下的森林可燃物的热解过程分为脱水阶段、快速热解阶段、炭化阶段。通过一级反应动力学模型Coats-Redfem积分法求出样品在快速热解阶段时的活化能(E)、频率因子(A)和相关系数R。结合热稳定性、着火温度与热解特性指数的综合分析可知,5种乔木的抗火性依次为:兴安落叶松白桦黑桦山杨蒙古栎; 3种灌木的抗火性依次为:平榛二色胡枝子兴安杜鹃; 5种乔木地表死可燃物的抗火性排序依次为:兴安落叶松黑桦、白桦山杨、蒙古栎。【结论】在所选植物种类中,兴安落叶松与平榛的抗火性最佳,研究结果可为内蒙古大兴安岭地区的防火树种选择提供依据。     

基于热重分析的南昌地区8种可燃物的热解动力学及燃烧性排序

通过热重分析对江西省南昌市茶园山林场8种乔木凋落物进行热解特性和动力学研究,计算了热解参数和动力学方程中的活化能E和指前因子A,分别根据综纤维素的活化能和热解参数主成分得分两种方法对其燃烧性进行了排序。结果表明:8种森林可燃物的综纤维素分解阶段的活化能在11.71~47.78 k J/mol之间,木质素分解阶段活化能在18.02~92.38 k J/mol之间;不同可燃物之间、不同反应阶段之间的指前因子变化很大;应用主成分分析对这8种可燃物的燃烧性的从高到低的排序为阴香楠竹桂花雪松油茶香樟银杏鹅掌楸;而采用活化能进行的排序与此相反。     

红松人工林地表可燃物燃烧释放颗粒物质量及影响因素

【目的】基于燃烧风洞实验室进行室内点烧试验，定量揭示红松人工林地表可燃物燃烧释放颗粒物粒径分布及变化特征，为森林火灾释放的颗粒物提供参考。【方法】选取东北东部山区红松人工林为对象，构造不同风速、可燃物载量、可燃物含水率的可燃物床层。基于燃烧风洞实验室进行108次点烧试验，利用溶气胶监测仪（美国TSI Dust Trak 8533）进行实时监测，通过随机森林算法建立不同粒径颗粒物预测模型。【结果】风速是影响4种粒径颗粒物质量最主要因素之一，PM₁受风速（37.207%）和温度（25.651%）影响最大，受可燃物含水率影响最小（8.304%）; PM_2.5受风速（43.293%）和可燃物载量（22.855%）影响最大，受燃烧效率（7.509%）影响最小；PM₄受风速（43.552%）和可燃物载量（21.225%）影响最大，受可燃物含水率（6.841%）影响最小；PM₁₀受风速（40.832%）和可燃物载量（23.337%）影响最大，受可燃物含水率（6.946%）影响最小。基于随机森林算法构建的PM     

防火树种叶的发热量及其影响因素

防火树种叶的发热量及其影响因素李振问，苏孙庆（福建省尤溪县林业科技推广中心）（福建省三明林业学校）丁月星（福建省尤溪县城关林业站）发热量是森林可燃物燃烧性的一个重要参量，是决定林火能否发生与蔓延的关键指标之一。通过对南方几个防火树种与针叶树种叶的发热...     

南方8种森林地表死可燃物在平地无风时的燃烧蔓延速率与预测模型

【目的】研究Rothermel林火蔓延速率预测模型及另外2种以Rothermel模型为核心的蔓延速率预测模型对南方8种典型森林地表死可燃物的适用性,为林火蔓延速率预测提供理论支撑和指导。【方法】以南方地区8种典型速率地表死可燃物为对象,根据研究对象的野外实际条件,在东北林业大学帽儿山实验林场风洞实验室内,构建不同可燃物床层含水率、载量及高度的可燃物床层,每种可燃物在平地无风条件下进行36次点烧试验,共288次点烧,记录每种可燃物类型不同配比条件下的蔓延速率。通过直接使用Rothermel模型、重新估计Rothermel模型参数、对Rothermel模型形式改进后自建模型的对比,得到最合适的预测模型。【结果】 1)平地无风条件下,南方8种典型森林地表死可燃物床层最大蔓延速率为0.55 m ·min -1 ,平均蔓延速率由大到小依次为:华山松、云南松、毛竹、柳杉、杉木、马尾松、麻栎及青冈栎。2)直接使用Rothermel模型预测的林火蔓延速率误差较大,平均绝对误差为0.18 m ·min -1 ,平均相对误差为70.0%。3)重新估计参数后的Rothermel模型及自建模型,预测的可燃物蔓延速率精度显著提高,平均绝对误差分别为0.04、0.037 m ·min -1 ,平均相对误差分别<18%、16.45%。4)重新估计参数的Rothermel模型与自建模型的预测误差的差异不显著,其中自建模型的预测值与实测值的 R 2 变化在0.71~0.90,平均为0.80。【结论】对南方8种典型森林的地表死可燃物类型,在平地无风条件下,重新估计参数的Rothermel模型及自建模型的预测精度相近,但自建模型可能更简单易用,可预测平地无风条件下可燃物地表火蔓延速率。     

湘西南石漠化地区4种植被恢复模式早期林分燃烧性

通过测定与分析林分有效可燃物负荷量、析水速率、燃烧热值和能量现存量等,对湘西南石漠化地区4种植被恢复模式(湿地松纯林PEPF、侧柏纯林POPF、湿地松+枫香混交林PLMF、枫香+侧柏混交林LPMF)早期林分燃烧性进行研究.结果表明:湘西南石漠化生态系统植被恢复早期,主要有效可燃物(EF)为白茅、马鞭草和一些灌木;且林分的有效可燃物负荷量(EFL),都比较大,为5.16～9.89 t·hm-2,其中,侧柏纯林最大,为9.89 t·hm-2.在湖南省高火险季节(秋冬季),EF的相对含水率为17.8%～42.6%,侧柏纯林中的白茅和凋落物的含水率小,水分逸出时间短,析水速率快,燃烧性较强;湿地松+枫香混交林中的EF平均相对含水率最大,水分逸出时间最长,燃烧性相对较差.主要EF的燃烧热值为11.7～20.8 kJ·g-1;除凋落物外,同种EF在不同植被恢复模式中的燃烧热值没有显著差异;林分中EF燃烧热值的加权平均值相差很小,为17.37～18.03 kJ·g-1,不能作为林分燃烧性差异的判定因子.EF总能量现存量大小排序为:侧柏纯林＞湿地松纯林＞湿地松+枫香混交林＞枫香+侧柏混交林,侧柏纯林为176.69×106 kJ·hm-2,枫香+侧柏混交林为92.73×106 kJ·hm-2.这些林分EF燃烧特点表明,湘西南石漠化地区4种植被恢复模式早期林分燃烧性都较高,其中,纯林燃烧性大于混交林.因此,建议选择混交林进行石漠化生态系统植被恢复,并加强林地清理,尤其是草本植物,以减少EF的积累,降低林分的燃烧性.     

无风条件下蒙古栎—红松混交林下地表可燃物3种火源点燃的能力分析

森林火灾发生需要有火源引燃,不同火源引燃可燃物的能力不同,搞清常见火源引燃可燃物的能力及引燃后的一些火行为指标,分析床层特征对火源引燃能力的影响,建立相应的点燃概率模型,对林火预防及扑救意义重大。在春防期,以燃烧着的烟头、火柴、燃烧着阔叶为火源,在无风条件下点燃蒙古栎-红松混交林下的非破坏性地表可燃物,分析了不同火源的点燃能力及床层特征对点燃能力的影响,并建立相应预测模型。结果表明:(1)火柴的平均点燃概率最大,燃烧着阔叶点燃概率次之,所有试验条件下,烟头都不能点燃可燃物床层;(2)火柴与燃烧着阔叶的点燃概率和火焰高度没有显著差异,烟头与2种火源的点燃概率有显著差别;(3)火柴和燃烧着阔叶的点燃概率都与床层含水率负相关关系,两者能引燃的最大床层含水率分别为26%和24%。火柴引燃概率随着床层密实度的增加,先增加后减小,燃烧阔叶点燃概率随着床层密实度的增加在下降;4)火柴和燃烧着阔叶2种火源的点燃概率预测模型都具有统计学意义,其中火柴点燃概率预测模型的预报精度为72.9%,误报率为32.3%;燃烧着阔叶预报模型的准确度为71.4%,误报率为25.8%。本研究是在春防期间进行,可燃物含水率低于30%的天数占防火期内一半以上,被火源引燃发生森林火灾的可能性极大,对于特别稀松或者紧实的可燃物床层,火源引燃概率较低,建议林区管理人员根据不同床层密实度进行管理,提高效率。     

基于热重的南方7种典型乔木叶片热解特性和燃烧性分析

通过对南方7种典型乔木叶片在空气气氛条件下,升温速度为10℃·min~(-1)的热重分析,研究了其热解特性和热解动力学特征,并基于热解参数对其燃烧性进行了四维评价。结果表明:(1)综纤维素开始分解的温度为140.54~158.67℃,结束温度为372.01~389.91℃。木素开始分解温度为372.01~389.91℃,结束温度为538.63~581.32℃。(2)综纤维素热解的活化能为34.059~48.531 k J·mol~(-1),指前因子为72.012~1 966.463 min~(-1)。木素热解的活化能为31.264~54.091 k J·mol~(-1),指前因子为31.755~1 909.015 min~(-1)。除麻栗和毛竹外,木素热解的活化能和指前因子都高于综纤维素的活化能和指前因子。(3)7种可燃物的四维燃烧性不完全一致。华山松四维燃烧性都高,麻栗都差。其他5个树种的四维燃烧性不一致。     

联合LiDAR、高光谱数据及3D-CNN方法的树种分类

【目的】探究三维卷积神经网络（3D-CNN）在高光谱数据支持的树种分类中的有效网络构建方式，以提高树种分类精度。【方法】以美国加利福尼亚州内华达山脉南部为研究区，LiDAR数据获取的森林冠层高（CHM）进行单木分割并以此为补充建立样本，改进一种结构更简单、分类精度更高且无需对高光谱数据进行预处理的3D-CNN网络结构用于森林树种识别。【结果】相较于常规机器学习分类方法【支持向量机（SVM），随机森林（RF）】、传统二维卷积神经网络模型（2D-CNN）及最新多光谱分辨率三维卷积神经网络（MSR 3D-CNN）模型，本研究提出的3D-CNN模型对树种总体分类精度为99.79%，平均交并比（MIoU）为99.53%。与SVM和RF分类结果相比，本研究构建的3D-CNN模型总体分类精度提高5%左右，且具有对树种边界提取更加准确、椒盐现象更少发生的特点；与2D-CNN相比，总体分类精度提高10%左右，MIoU提高7%左右；与MSR 3D-CNN相比，总体精度相差不大，但在训练和测试过程中，本模型耗时远远小于MSR 3D-CNN模型。【结论】本研究改进的3D-CNN模型结构能够高效对原始高光谱影像...     

昆明地区9种藤本植物活叶片的燃烧性

为了比较藤本植物的燃烧性,利用自行设计的燃烧实验装置对昆明地区9种藤本植物的叶片进行了燃烧试验,测定了9种叶片的含水率和2种可燃叶片单位面积质量、燃烧速率和损毁速率等指标。结果表明:9种叶片中,常春藤(Hedera nepalensis var.sinensis)和常春油麻藤(Mucuna sempervirens)在纯氧环境中能被点燃,属于易燃类藤本植物,且随着含水率增加,燃烧速率和损毁程度均呈现下降趋势;叶片单位面积质量越大,其燃烧速率就越低,损毁程度越小;其它7种藤本叶片均不能被点燃,属于难燃类藤本植物。     

40种乔木8种灌木燃烧性的R-Ⅲ方程计算与分类

应用包含发热量、含水率、燃点和水分蒸发力4个因子的R-Ⅲ方程,对40种乔木,8种灌木鲜可燃物完全燃烧的净放热量进行计算并分类表明,燃烧性强(净放热量＞5822 kJ)的植物有16种,燃烧性中等(净放热量为3590～5822 kJ)的有19种,燃烧性差(净放热量＞3590 kJ的有13种。燃烧性差的植物是山杨(P.davidiana),青榨槭(A.davidii),光皮桦(B.luminfera),青NFDA3(P.wilsonii),漆树(R.verniciflua),旱柳(S.matsudana),化香(P.strobilacea),毛白杨(P.tomentosa),山楂(C.prinnatifida),山桐子(I.polycarpa),核桃(J.regia),白玉兰(M.denudata),女贞(L.lucidum),以上树种可作为防火林带的备选树种。     

北京地区主要树种理化性质研究及易燃性初步分析

森林燃烧所释放的热量、火种类、火行为等各种林火属性与树种易燃性密切相关,而树种的理化性质在一定程度上制约着易燃性,因此对树种理化性质和易燃性的研究是必要的。基于20种树种的实验分析,确定了可燃物热值、抽提物含量、灰分含量、含水量、密度的相关性,并建立相应的回归模型;基于树种理化性质的分析,比较了20种树种的易燃性,进行排序并划分等级。     

江西武夷山南方铁杉林主要树种叶片养分含量及再吸收效率

【目的】分析江西武夷山南方铁杉林主要树种叶片养分含量,阐明不同生活型(落叶树种和常绿树种)树种新鲜叶和凋落叶养分化学计量特征与养分再吸收效率,为揭示南方铁杉林主要树种叶片养分含量及再吸收效率对植物生活型的响应机制提供理论依据。【方法】采集南方铁杉天然林内主要树种的新鲜叶和凋落叶,测定叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,计算其化学计量比和养分再吸收效率,采用标准化主轴回归估计方法对南方铁杉林主要树种新鲜叶与凋落叶中N、P含量的异速生长关系进行研究,分析生活型对叶片N、P含量之间关系的影响。【结果】1)南方铁杉天然混交林中,落叶和常绿两生活型树种间的新鲜叶C含量无显著差异,但落叶树种N和P含量均显著高于常绿树种(P<0.05);但两生活型树种间的凋落叶C、N、P含量均无显著差异。2)新鲜叶C∶N和C∶P均表现为落叶树种显著低于常绿树种(P<0.05),但N∶P在两生活型树种间差异不明显;凋落叶C∶N、N∶P和C∶P均显著大于新鲜叶,但其在两生活型树种间差异不明显。3)常绿树种新鲜叶N与P含量间存在显著正相关关系;常绿树种与落叶树种凋落叶N与P含量显著正相关(P<0.05...     

西宁周边山地主要造林树种防火性能评价

[目的 ]通过对青海地区常见树种的理化性质和燃烧特性的研究,综合评价当地主要造林树种的防火性能,为该地的防火树种筛选提供一定的理论依据。[方法 ]选取常见10个树种的树叶、树皮、树枝进行理化性质测定(含水率、燃点、热值)和燃烧试验(燃烧时间、火烧强度),通过因子分析将10个树种的防火性能指标划分为抗燃性因子f_a与燃烧性因子f_b (包含燃烧表征因子f_(b1)和内在燃烧因子f_(b2)) 2个防火因子,利用Pearson相关分析和偏相关分析建立了理化性质指标与防火因子之间的联系,通过综合分析,最后对10个树种的防火性能进行了排序。[结果 ](1)燃烧表征因子f_(b2)与树叶含水率、树皮燃点和树枝燃点,抗燃性因子f_a与燃烧表征因子f_(b2)和树叶热值存在显著的负相关关系;(2)偏相关分析后得出,树叶含水率对燃烧表征因子f_(b2),燃烧表征因子f_(b2)对f_a抗燃性因子有很好的反指作用;(3)分别基于燃烧试验和防火性能综合值的树种防火性能排序相似度为0.64。[结论 ]建立了所测10个树种的综合抗火性评价模型,得出了基于不同权重体系下的防火性能的排序(四翅滨藜山杏黄刺玫柠条紫丁香沙枣沙棘榆叶梅砂地柏青海云杉),该结果对西宁及周边区域的树种栽植时防火性能参考具有实际应用和推广意义。