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。     

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。     

基于热重红外的硫酸盐法黑液热解特性分析

为了深入地探讨黑液热解的反应机理以及黑液热解过程中产物的释放规律,采用热重-红外联用(TG-FT-IR)技术对竹子和桉木混合硫酸盐法制浆黑液固形物(BLS)的热裂解过程进行了研究。TG-FT-IR结果显示,BLS热解产物的释放主要集中在500~2 000 s,热解产物主要是CO2、CH4、H2O、CO、醇酚类化合物和醛酮类化合物。BLS的整个热解过程可分为3个阶段,第1阶段的失重主要是原料中结合水的挥发引起的,此阶段的最大失重速率出现在105℃;第2失重阶段主要发生在173~518℃,失重率约为25.19%,主要产物是CO2、CH4、H2O、醇酚类化合物、醛酮类化合物以及少量的CO,此阶段CO2的生成量最大;第3阶段主要发生在722~1 000℃,失重率接近39.05%,产物主要是CO,其它小分子产物的产率都很低。     

长白山4种典型针叶树种热失重、裂解和氧化行为及燃烧性分析

通过对长白山4种典型针叶树种叶片和树皮进行纯氧气氛下升温速率60℃·min^-1的热重分析测试,探讨了其热失重、热裂解和氧化行为,并基于失重过程参数对其燃烧性进行分析。结果表明:4种针叶树种叶片、树皮的热失重分为3个阶段,拐点温度分别为148.1℃～177.9℃和458.0℃～574.5℃。热裂解和氧化阶段叶片活化能均低于树皮,红松、落叶松和樟子松叶片分子碰撞频率显著低于树皮情形。4种针叶树种叶片、树皮燃烧性能以樟子松树皮的燃烧性最强,红皮云杉树皮的燃烧性最弱。     

基于锥形量热仪的一维和三维燃烧性评价比较:以南方7种树叶为例

【目的】以南方7种典型树种树叶为研究对象,比较一维燃烧性评价方法和多维可燃物燃烧性评价方法的相似程度,为燃烧性评价方法的选择提供科学依据。【方法】以南方7种典型树种的叶片为材料,利用锥形量热仪对其进行热分析,获取燃烧时能量释放速率、释放总量等参数,根据主成分综合排序方法对其进行一维燃烧性评价,根据文献中提出的多维可燃物燃烧性评价指标对其进行三维燃烧性评价,分别计算2种燃烧性空间距离,根据距离进行排序,然后对2种方法的排序进行秩分析,以评价一维和三维燃烧性评价方法的相似程度。【结果】每个树种有2种评价方法共21个排序对,其中,只有2个树种的2种方法排序全部相同,2种排序秩只差1位的有3对,其余的秩对都相差很大,秩相关系数为0.078;2种方法秩不相关,说明对于7种可燃物而言,燃烧性的一维评价和三维评价结果不同且无显式关联。在7种可燃物的一维排序和三维排序的3个维度单独进行秩分析中,一维排序只有三维燃烧性中的持续性显著相关,而与点燃性和剧烈性不相关,说明一维评价更多体现了7种可燃物的燃烧持续性,而没有很好地反映出点燃性和剧烈程度。【结论】对于所研究的7种可燃物而言,无论从单个可燃物还是从7种可燃物整体上看,可燃物燃烧性的一维评价结果和三维评价结果都显著不同。一维评价只能反映三维中的持续性一维,三维燃烧性评价能够更多地反映7种可燃物的燃烧性特点。燃烧性三维评价能够反映燃烧性复杂内涵的多个方面,提供了更全面的信息,使人们对于传统可燃物燃烧性的理解更深刻,更好地解释不同可燃物火行为之间的差异。燃烧性一维评价使用起来比较方便,但如何用好2种评价的结果,还需深入研究。     

昆明地区11种园林木本植物新叶片燃烧性分析

在防火戒严期对昆明地区11种园林木本植物的新叶片和两种对比植物老活叶片进行了垂直燃烧实验,测定了含水率、单位面积质量、燃烧线速率、燃烧面积速率、燃烧质量损失速率、叶脉损毁程度、面积损毁程度、质量损毁程度等因子。结果表明:桂花(Osmanthus fragrans)、腊梅(Chimonanthus praecox)、青榨槭(Acer davidii)、鹅掌楸(Liriodendron chinensis)的燃烧速率和损毁程度较其余几种更强,其余7种植物活叶片差异不大。燃烧速率和损毁程度最弱的为马蹄荷(Exbucklandia populnea)和喜树(Camptotheca acuminata),其中,桂花老叶和腊梅老叶燃烧速率和损毁程度高于新叶。     

6种乔木和7种灌木树种叶片对光强和CO_2浓度的响应

2015年7-8月,对浙江省温州市绿化的6种乔木树种和7种灌木树种叶片对光强和CO_2浓度的响应差异进行监测和比较。结果表明,乔木树种中,樟(Cinnamomum camphora)的饱和光强最高,其次依次为桉(Eucalyptus robusta)、雅榕(Ficus concinna var.concinna)、鹅掌楸(Liriodendron chinense)、白兰(Michelia alba)和木犀(Osmanthus fragrans);光补偿点木犀最高,之后依次为桉、鹅掌楸、雅榕、樟和白兰;樟、雅榕和桉具有相对较高的最大羧化速率(P0.05)和相对较低的饱和胞间CO_2浓度及胞间CO_2补偿点。灌木树种中,红花檵木(Loropetalum chinense var.rubrum)的饱和光强、最大光合速率、最大羧化速率和初始羧化效率均为最高(P0.05)。建议在温州市城市绿化中可优先考虑樟、雅榕、桉及红花檵木。     

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。     

软木的热解特性和热动力学研究

软木是一种天然多孔性绿色材料,具有吸音减震、隔热保温、滞火阻燃、耐酸碱、不易老化、富有弹性、无毒无味等一系列优良特性。由于它所独具的各种特性,特别是软木的热学性能,使其在工业生产与人民日常生活中都有广泛的应用。本文通过热重分析仪来研究软木的热学性能,在实验温度从303~873K的范围内,对产自湖北和云南的2种软木的热解过程进行了分析。结果表明:软木热解过程分为4个阶段,热解过程与化学成分的热解过程相一致,513~693 K是试样热解的主要阶段。根据热分解速率方程,获得了软木的动力学参数——频率因子A和活化能E,最后得到软木的热解动力学方程。     

益阳地区7种生物质热解动力学特性研究

采用热重分析仪对益阳地区7种生物质(玉米秸秆、花生壳、刺桐木屑、豆秆、稻壳、杉木屑和松木屑)的热解特性进行了热重实验研究,利用热重分析法,在氮气气氛下对7种生物质的热解行为特性和动力学规律进行了分析.实验结果表明:7种生物质的热解特性相似,热解过程可以用同一种模型描述.7种生物质在热解过程中可分为脱水解吸附干燥、快速热解和残余物缓慢分解等3个阶段.升温速率越大,热解速度越快.林业生物质的热稳定性大于农业生物质的热稳定性.     

光照和氮磷供应比对3种典型乔木幼苗光合生理特性的影响

目的 研究不同生态型树种光合生理特征对光照和养分供应的响应规律,为人工林高效培育提供科学依据。 方法 以麻栎、闽楠及木荷幼苗为研究对象,设置2种光环境（自然全光照,45%全光照）和3种施肥氮磷供应比（N:P=5、N:P=15、N:P=45）,测定光合荧光参数以及苗高、地径的变化,研究植物光合生理参数在异质环境中的变化特征,分析林木生长与光合生理参数的关系。 结果 （1）与全光照处理相比,遮阴降低了麻栎的光饱和点（LSP）和最大净光合速率（Pnmax）,增加了木荷的Pnmax,而闽楠Pnmax没有显著变化。2种光照处理下,施肥均增加了闽楠和木荷LSP和光补偿点（LCP）,但施肥对遮阴下麻栎LSP和LCP影响较小。（2）遮阴显著降低了麻栎、闽楠和木荷调节性能量耗散的量子产量Y （NPQ）,显著增加了非调节性能量耗散的量子产量 Y （NO）。在全光照处理下,施肥普遍增加了麻栎、闽楠和木荷PSⅡ实际光合量子产量Y（II）和ETR,降低了Y（NPQ）;在遮阴处理下,施肥显著增加闽楠Y（II）和ETR,而麻栎Y（II）和ETR在氮磷供应比为5时显著增加,木荷Y（II）和ETR在氮磷供应比为15时显著增加。（3）相对于全光照处理,遮阴显著增加麻栎、闽楠和木荷叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a + b及类胡萝卜素含量,2种光照处理下施肥显著增加麻栎、木荷和闽楠（仅全光照处理）的光合色素含量。（4）无论在光照还是遮阴条件下,施肥普遍增加了麻栎、闽楠和木荷苗高和地径相对增长率,3个树种生长与光合色素含量均正相关。 结论 麻栎、闽楠和木荷叶片光合生理特征和生长受光照和施肥交互作用影响,不同光照强度下氮磷施肥对林木促生效应大小受氮磷供应比和树种影响。     

华北土石山区7种优势乔木树种耗水分析

为了给建立生态水源涵养林筛选抗旱节水的优势树种及植被营建合理规划提供科学的理论依据,采用盆栽称重法对7种乔木树种蒸腾耗水规律及环境因子影响等进行试验。结果表明:1)油松、元宝枫T_r日变化为双峰曲线,侧柏、栓皮栎、槲树、刺槐、盐肤木为单峰曲线,峰值出现在9:00—11:00或13:00—15:00;T_r日均值从大到小排序为:栓皮栎(4.40 mmol?m^-2s^-1)>盐肤木(3.42 mmol?m^-2s^-1)>槲树(3.13 mmol?m^-2s^-1)>刺槐(1.95 mmol?m^-2s^-1)>元宝枫(1.84 mmol?m^-2s^-1)>油松(1.79 mmol?m^-2s^-1)>侧柏(1.76 mmol?m^-2s^-1),阔叶乔木T_r日均值高于针叶乔木的。2)R_WUE主要表现为"V"型趋势,9:00—11:00出现最小值,油松、侧柏的抗旱性强于刺槐、元宝枫、栓皮栎、槲树、盐肤木。3)不同天气耗水量从大到小排序为:晴天>半晴天>阴天,7月、8月、9月的耗水量多于5月、6月、10月;不同树种耗水量ATWCA序为元宝枫(0.120 g·cm^-2d^-1)>盐肤木(0.115 g·cm^-2d^-1)>栓皮栎(0.098 g·cm^-2d^-1)>槲树(0.090 g·cm^-2d^-1)>油松(0.061 g·cm^-2d^-1)>刺槐(0.053 g·cm^-2d^-1)>侧柏(0.039 g·cm^-2d^-1);表明阔叶乔木耗水量多于针叶乔木。4)影响树种叶片蒸腾速率的影响因子主要是光合有效辐射和气孔阻力。     

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。     

7种草本植物燃烧性及应用的初步研究

用自行设计的试验装置对白三叶、车前草、月见草、马蹄金、黄花酢浆草、常春藤和火绒草7种草本植物进行了燃烧试验,采集了样品燃烧过程中的烟气温度变化和质量变化数据,分析和计算表明,7种草本植物燃烧性由大到小的顺序依次是车前草、马蹄金、常春藤、火绒草、月见草、黄花酢浆草、白三叶,结合这7种植物的生物学性、生态学性、物候学性和利用价值,初步认为白三叶、马蹄金2种植物是较好的防火草本植物,其中白三叶是营造防火草带的首选植物,常春藤、月见草、火绒草的燃烧性差,可以用于生物防火.     

利用热分析研究海拉尔褐煤的热解特性

基于高含水率碳基原料直接干燥-热解一体化(IPDDP)工艺,以海拉尔褐煤为原料,利用热天平考察其在氮气气氛中的热解特性以及在空气气氛中的燃烧特性;分析了升温速率对褐煤热解性能的影响;探讨了该工艺的可行性。结果表明:在氮气气氛下,褐煤在低于110℃进行脱水,质量损失约11%;110~690℃脱除挥发分并进行热解,总质量损失约23%;690~900℃褐煤半焦缩聚成炭,质量损失为10%。空气气氛下,在315~320℃,褐煤发生燃烧反应,反应后剩余13.7%灰分。高升温速率会延迟褐煤中水的脱除,促进水蒸气、挥发分和褐煤半焦的共热解,实现干燥得到的水蒸气本身作为褐煤热解的气化剂。     

基于TG-FTIR和Py-GC-MS分析的椰壳热解特性研究

采用热重-红外光谱(TG-FTIR)和裂解-气相色谱-质谱联用(Py-GC-MS)技术对椰壳粉的热失重、热裂解行为及其裂解产物进行了研究。在对N2和空气气氛下椰壳的TG和DTG曲线进行分析的基础上,采用三维红外光谱对热解过程中气体产物进行在线检测,结果表明:N2气氛下,椰壳的最大失重峰温度(Tm)为347.8℃,固体残余量为32.0%,主要的气体产物是CO2;而空气气氛下椰壳的热解更完全,固体残余量仅为6.5%,且最大热失重温度为282.1℃,释放的气体除了CO2,还有CO、H2O和CH4等。Py-GC-MS分析结果表明:酚类化合物是主要的裂解产物,当温度为400℃时共检测到39种裂解产物,其中酚类化合物12种(GC含量40.0%);当温度为700℃时共检测到56种裂解产物,其中酚类化合物18种(GC含量45.8%)。     

核桃壳与煤共热解的热重分析及动力学研究

利用热重分析在不同升温速率(5～50 K/min)和氮气气氛下对核桃壳、褐煤以及核桃壳-褐煤(质量比1∶1)混合物的热解失重行为进行了研究,求取了热解动力学参数。实验结果表明,随着升温速率的提高,3种原料的失重率下降,热失重速率升高;核桃壳与褐煤共热解时存在协同作用;三者的平衡热解温度分别为568.9、709.9和571.0K。应用Coats-Redfern方法进行热解动力学过程分析表明,3种原料均可由一级反应过程描述。核桃壳快速热解和残余物缓慢热解阶段的平均活化能分别为50.6、17.3 kJ/mol,褐煤的平均活化能为21.1 kJ/mol,核桃壳-褐煤混合物快速热解和残余物缓慢热解阶段的平均活化能分别为34.2和14.5 kJ/mol。     

大南湖二矿3种乔木的光合特性

为探究人工种植植被在当地的适应能力,为矿区生态修复提供理论依据。利用CIRAS-2型便携式光合仪测定了新疆哈密大南湖二矿榆树(Ulmus pumila L.)、沙枣(Elaeagnus angustifolia L.)、竹柳(Salix fragilis)这3种人工乔木的净光合速率、蒸腾速率日变化,以及对影响植物净光合速率的环境因子进行相关性分析,结果表明:①在野外自然条件下,7月的3种植物净光合速率日均值大小表现为:竹柳沙枣榆树,竹柳表现出有较强的光合作用;②影响榆树、竹柳、沙枣出现光合午休现象的原因分别为非气孔因素、共同作用、气孔因素;③3种植物日均蒸腾速率由大到小依次为沙枣榆树竹柳;④蒸腾速率与胞间CO2浓度是影响植物净光合速率的主要环境因子。     

10种茶花叶片的光合和荧光特性

为给茶花的培育和筛选提供参考依据,以广东省佛山市林业科学研究所山茶园的10种茶花为材料,通过测定其光合特性参数和叶绿素荧光参数,揭示其光合荧光的基本生理特征。结果表明:10种茶花的主要光合生理特性因子中,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、气孔限制值(Ls)、水分利用率(WUE)的范围值分别为3.77～11.66μmol·m-2s-1、0.04～0.17 mol·m-2s-1、236.37～380.79μmol·mol-1、0.71～3.14 mmol·m-2s-1、0.05～0.41、1.81～5.43μmol·mol-1;10种茶花的主要叶绿素荧光参数中,最大荧光(Fm)、 PSII实际光量子效率(YII)、表观电子传递速率(ETR)、PSII非调节性能量耗散(YNO)、非光化学淬灭系数(NPQ)的范围分别为229.75～358.00、0.04～0.07、3.15～5.11、0.66～0.72、0.14～0.30。10种山茶中,茶梅和张氏红山茶均为高光合能力品种,适宜栽培在水肥条件较好的地方;烈香和甜香水均为低光合、低蒸腾和高水分利用效率的品种,适宜栽植于较干旱的环境中;另外,烈香、杰作和张氏红山茶均适宜于强光环境中生长,而甜香水、茶梅、海泡和赛桃红则与之相反。     

昆明地区16种阔叶树树叶的热重分析

应用热重分析法研究了昆明地区16种阔叶树树叶的热解行为。实验结果表明:样品的热解过程可分为水分析出、快速热解、炭化等3个阶段;快速热解阶段的失重率约为65%,该阶段样品的热解动力学参数可以由一级反应方程和Coats-Redfern模型描述,通过计算发现光叶石栎、厚皮香具有较好的防火特性,着火温度、活化能、燃烧特征指数分别为:282.7℃、43.1 kJ/mo、l0.764×10-6和264.6℃、41.4 kJ/mo、l0.635 1×10-6。