全 文 ：基于热重分析的南昌地区 ８种森林的
可燃物三维燃烧性评价∗
金　 森∗∗　 王舜娆
（东北林业大学林学院， 哈尔滨 １５００４０）
摘　 要　 通过对南昌 ８种森林可燃物的热重分析，研究了其热解特性，并根据热解参数对其
燃烧性中的易燃性、剧烈性和持续性 ３个维度进行评价．结果表明： ８ 种森林可燃物可分为两
大类，一类是香樟和油茶，易燃但燃烧相对不剧烈，持续时间短；另一类是鹅掌楸、银杏、雪松、
桂花、楠竹、阴香，不易燃但燃烧相对剧烈和持续．燃烧性的 ３ 个维度的评价往往不相同，对于
所研究的 ８种可燃物，一些可燃物易燃但不剧烈、不持续，另外一些可燃物不易点燃但燃烧剧
烈或持续，说明了燃烧性内涵的复杂性和分维度评价燃烧性的必要性．３ 个维度的评价能够更
完整地反映可燃物燃烧性的不同侧面，有助于更好地理解和解释森林可燃物的火行为．
关键词　 可燃物； 热重分析； 燃烧性； 易燃性； 剧烈性； 持续性
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）１２－３６５７－０６　 中图分类号　 Ｓ７６２　 文献标识码　 Ａ
Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅｉｇｈｔ ｆｏｒｅｓｔ ｆｕｅｌｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅ⁃ｔｒｉｃ
ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｎａｎｃｈａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ， Ｃｈｉｎａ． ＪＩＮ Ｓｅｎ， ＷＡＮＧ Ｓｈｕｎ⁃ｒａｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ， Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ
Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｒｂｉｎ １５００４０， Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（１２）： ３６５７－３６６２．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｉｔｔｅｒ ｏｆ ｅｉｇｈｔ ｔｒｅｅ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎ Ｎａｎｃｈａｎｇ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｔｈｅｒｍｏｇａｒｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｔｈｒｅｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ ｓｐｅｃｉｅｓ， ｉ．ｅ． ｉｇｎｉｔｉ⁃
ｂｉｌｉｔｙ， ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ， ｗｅｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｇｒｏｕｐｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ： ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｏｎｅ
ｉｎｃｌｕｄｅｄ Ｃａｍｅｌｌｉａ ｏｌｅｉｆｅｒａ ａｎｄ Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ ｃａｍｐｈｏｒａ， ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｌｙ ｉｇｎｉｔａｂｌｅ ｂｕｔ ｌｏｗ ｃｏｍ⁃
ｂｕｓｔｉｂｌｅ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ， ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｎｃｌｕｄｅｄ Ｃｅｄｒｕｓ ｄｅｏｄａｒａ， Ｌｉｒｉｏｄｅｎｄｒｏｎ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ， Ｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓ
ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌａ， Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ ｂｕｒｍａｎｎｉ， Ｏｓｍａｎｔｈｕｓ ｆｒａｇｒａｎｓ ａｎｄ Ｇｉｎｋｇｏ ｂｉｌｏｂａ， ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｌｏｗ ｉｇｎｉ⁃
ｔａｂｌｅ ｂｕｔ ｈｉｇｈｌｙ ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ． Ｔｈｉｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｒａｎｋｉｎｇｓ ｂｙ ｅａｃｈ ｆｌａｍｍａｂｉ⁃
ｌｉｔｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｅｒｅ ｕｓｕａｌｌｙ ｎｏｔ ｉｄｅｎｔｉｃａｌ， ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｏｆ ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ
ｍｕｌｔｉ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ． Ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｒｅｆｌｅｃｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ ａｎｄ ａｉｄ ｂｅｔｔｅｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｒｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｆｕｅｌ； ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ； ｉｇｎｉｔｉｂｉｌｉｔｙ； ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｉｌｉｔｙ； ｓｕｓｔａｉ⁃
ｎａｂｉｌｉｔｙ．
∗林业公益性行业科研专项（２０１２０４５０８）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｊｉｎｓｅｎ２００５＠ １２６．ｃｏｍ
２０１５⁃０４⁃０１收稿，２０１５⁃１０⁃０８接受．
　 　 森林可燃物的燃烧性是林火科学的重要研究内
容［１］ ．可燃物的热分解是森林燃烧的重要过程，对燃
烧性有着重要影响［２］，因此受到国内外学者的广泛
关注．热重分析（ＴＧ）是揭示测量物质的质量与温度
关系的一种技术，而微商热重分析（ＤＴＡ）则指出了
测量物质和参比物的温度差与温度的关系．ＤＴＡ 多
与 ＴＧ联用，通过将热重曲线进行微分得到微分热
重曲线，即为失重速率曲线［３－４］ ．ＴＧ分析法是研究森
林可燃物热解过程及其潜在燃烧性的重要方法，可
以揭示森林可燃物的热解过程，因其可以快速、准确
地表示出固态物质在热解过程中的热行为和热稳定
性，在对固态物质的热分析中被广泛应用［５－７］ ．２０ 世
纪 ８０年代国外学者开始用热重法来研究可燃物的
相对燃烧性．如 Ｐｈｉｌｐｏｔ［８］首先提出利用 ＴＧ 和 ＤＴＧ
曲线来评价可燃物的相对燃烧性．随后 Ｄｉｍｉｔｒａｋｏ⁃
ｐｏｕｌｏｓ［９］对 １２ 种生物质试样在空气气氛下进行热
解试验，证实了用 ＴＧＡ 评价植物燃烧性的合理性．
骆介禹等［１０］运用 ＴＧ 等技术对 ２７ 个树种燃烧性进
行排序．翟振岗等［１１］用热重法研究了 １３ 种乔木叶
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 １２月　 第 ２６卷　 第 １２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｄｅｃ． ２０１５， ２６（１２）： ３６５７－３６６２
片的燃烧性并进行了排序．宋彦彦等［１２－１３］利用热重
技术分析了黑龙江省典型可燃物的热解行为和燃
烧性．
目前利用热重技术分析森林可燃物燃烧性时，
多将燃烧性看作能用单一数值衡量的特性．但很多
学者认为，燃烧性（ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ）是多维的，至少包括
三维含义：点燃性、剧烈性、持续性．点燃性是可燃物
点着的难易程度，剧烈性是可燃物燃烧的快慢，持续
性是可燃物燃烧的持续情况［１４－１５］ ．用单一数值来描
述可燃物的燃烧性显然不能够完全反映可燃物多维
燃烧性的复杂内涵． Ｌｉｏｄａｋｉｓ 等［１６］提出用热重分析
数据评价可燃物三维燃烧性的方法，但目前用此方
法开展的工作还不多．为此，本文以南昌地区 ８ 种森
林可燃物为例，尝试用热重分析研究可燃物的三维
燃烧性，以期建立更全面的燃烧性评价方法．
１　 研究地区与研究方法
１􀆰 １　 研究区域概况
研究地点位于江西省南昌市茶园山林场
（２８°４４′１０″—２８°４４′２３″ Ｎ，１１５°４１′１０″—１１５°４１′１５″ Ｅ），
平均海拔 ４６８ ｍ．该地域共有山林面积 ４２７００ ｈｍ２，
地形地貌主要为高丘低山，海拔为 ２００～６８０ ｍ．该区
属亚热带湿润气候，四季分明，气候温暖，日照充足，
无霜期长，无积雪覆盖，年降水量 １７００ ｍｍ，年均气
温 １４．５～１７．６ ℃ ．土壤为花岗岩母质发育的山地红
壤，土层深厚土壤肥沃，ｐＨ 值在 ５．５ ～ ６．０．林木资源
主要有毛竹（Ｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓ ｅｄｕｌｉｓ）、鹅掌楸 （Ｌｉｒｉｏｄｅｎ⁃
ｄｒｏｎ ｃｈｉｎｅｎｓｅ）、油茶（Ｃａｍｅｌｌｉａ ｏｌｅｉｆｅｒａ）、银杏（Ｇｉｎｋｇｏ
ｂｉｌｏｂａ）等 １００ 余种．
江西省森林火灾多发，１９４９ 年以来年均发生
７４６次．２０００年以后，森林火灾次数有所下降，年均
４８９次．南昌茶园山林场紧邻市区，人员活动多，易发
生森林火灾．一旦发生火灾，影响大，森林防火任
务重．
１􀆰 ２　 可燃物种类及制备
叶片是地表可燃物的主要成分，也是最易燃烧
的成分，故本研究选择叶片作为燃烧性分析的样品．
２０１３年在南昌市茶园山林场采集样品．采集油茶、香
樟（Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ ｃａｍｐｈｏｒａ）、雪松（Ｃｅｄｒｕｓ ｄｅｏｄａｒａ）、
鹅掌楸、楠竹（Ｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓ ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌａ）、阴香（Ｃｉｎ⁃
ｎａｍｏｍｕｍ ｂｕｒｍａｎｎｉ）、桂花（Ｏｓｍａｎｔｈｕｓ ｆｒａｇｒａｎｓ）、银
杏 ８种乔木的凋落叶片部分作为该种森林可燃物样
品．采集时选取当年凋落尙未分解的叶片．将采集的
叶片置于烘箱内，６０ ℃烘干至恒量，取出后用粉碎
机粉碎，取 ４０目筛筛取粒径＜０．４５ ｍｍ样品，放入信
封内备用．
１􀆰 ３　 热重分析
用美国 ＴＡ 公司的 ＴＧＡＱ５００ 热重分析仪热重
（ＴＧ）⁃微商热重（ＤＴＧ）进行热分析，以 ９９．９％的氮
气为载气，空气气氛下，气体流量为 ６０ ｍＬ·ｍｉｎ－１，
从室温升温到 ８００ ℃，升温速率为 １０ ℃·ｍｉｎ－１ ．每
份样品取 ５ ｍｇ左右，这个数量级的尺寸使得传热和
传质等物理效应可以忽略不计［１７］ ．由于该设备精
密，同一种样品在同样条件下的热失重曲线吻合度
高，故每种只做一个试样［１８］ ．每个样品测试后进行同
条件空白试验，以消除系统误差，其热重曲线由
ＴＧＡＱ５００专用软件 Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ２０００直接导出．
１􀆰 ４　 热重曲线及数据分析
以温度为横坐标，用热重法得到 ＴＧ 和 ＤＴＧ 曲
线．当 ＴＧ曲线有一个“失重台阶”，相应的 ＤＴＧ曲线
上也有一个“失重速度峰”．ＤＴＧ 曲线能更清楚地显
示热解和整个燃烧过程体系的失重情况．将 ＤＴＧ 曲
线分为 ４个阶段：１）失水阶段，为曲线中第 １ 个峰，
可燃物脱去自身水分；２）综纤维素分解阶段，为曲
线中第 ２个峰；３）木质素分解阶段，为曲线中第 ３个
峰；４）稳定阶段，样品质量趋于稳定，余下固体焦炭和
不可分解的灰分．
分别计算上述 ４个阶段的持续时间和可燃物失
质量，即该阶段开始前质量百分比减去该阶段结束后
的质量百分比．然后再分别计算前 ３个阶段的平均失
重速率，即该阶段的失重除以该阶段的持续时间．
１􀆰 ５　 燃烧性评价
根据 Ｌｉｏｄａｋｉｓ等［１６］的方法，易燃性用点燃温度
来评价．可燃物点燃温度越低，越易点燃，点燃性越
好［１９］ ．热重分析中有多种确定点燃温度的方法，翟
振岗等［１１］研究表明，在一定程度上几个方法所得到
的点燃温度基本一致．本研究采用最常用的切线法，
即把 ＤＴＧ曲线最高峰值点对应 ＴＧ曲线上点的切线
与初始失重时的基线交点定义为点燃温度．将 ８种可
燃物的点燃温度区间（最小值到最大值）等分为 ３个
区间，点燃温度落在最小区间的易燃性为高，落在中
间区间的易燃性为中，落在最大区间的易燃性为低．
剧烈性用综纤维素的平均失重速率来评价．综
纤维素的平均失重速率越快，热解产生的可燃性气
体就越快，可燃物燃烧就越剧烈．在热重曲线上第 １
个峰的平均失重速率（Ｋ１）可以看作综纤维素的平
均失重速率，计算公式如下：
Ｋ１ ＝Ｗ１ ／ （ΔＴ１ ／ １０）
８５６３ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
式中：Ｗ１为从 ＤＴＧ曲线第 １个峰谷的温度到第 ２个
峰谷的失重百分数；ΔＴ１为从 ＤＴＧ 曲线第 １ 个峰谷
的温度到第 ２个峰谷的温度差；Ｋ１为热重曲线上第
１个峰的平均失重速率．
将 ８种可燃物的平均失重速率区间（最小值到
最大值）等分为 ３ 个区间，平均分解速率落在最大
区间的剧烈性为高，落在中间区间的剧烈性为中，落
在最小区间的剧烈性为低．
燃烧的持续性用综纤维素分解的时间来评价．
综纤维素分解时间为综纤维素开始分解到结束的时
间．将 ８ 种可燃物的分解时间区间（最小值到最大
值）三等分，分解时间落在最大区间的持续性为高，
落在中间区间的持续性为中，落在最小区间的持续
性为低［１５］ ．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 ８种可燃物的 ＴＧ⁃ＤＴＧ曲线
从图 １ 可以看出，第一阶段的失重区间为室温
（约 ２５ ℃）至 １３０ ℃左右，失重率为 ６％～１０％，此阶
段之后有一个较平缓的平台过程［２０］ ．
图 １　 ８种森林可燃物在空气气氛下的 ＴＧ ／ ＤＴＧ曲线
Ｆｉｇ．１　 ＴＧ ／ ＤＴＧ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ８ ｆｏｒｅｓｔ ｆｕｅｌｓ ｉｎ ａｉｒ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．
Ａ： 油茶 Ｃ． ｏｌｅｉｆｅｒａ； Ｂ： 香樟 Ｃ． ｃａｍｐｈｏｒａ； Ｃ： 雪松 Ｃ． ｄｅｏｄａｒａ； Ｄ： 鹅掌楸 Ｌ． ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ； Ｅ： 楠竹 Ｐ． ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌａ； Ｆ： 阴香 Ｃ． ｂｕｒｍａｎｎｉ； Ｇ： 桂花 Ｏ．
ｆｒａｇｒａｎｓ； Ｈ： 银杏 Ｇ． ｂｉｌｏｂａ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
９５６３１２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 金　 森等： 基于热重分析的南昌地区 ８种森林的可燃物三维燃烧性评价　 　 　 　 　
　 　 第二阶段的失重区间在 ２００～３８０ ℃，失重率多
在 ５０％左右．此阶段为综纤维素热解阶段，半纤维素
稳定性最差，在 ２２５ ～ ３２５ ℃分解；纤维素由不同量
的几种单体和糖醛酸基所构成，分解温度较窄［２１］，
在 ３００～ ３７５ ℃分解．香樟、鹅掌楸、楠竹、阴香只显
示 １个波峰，而油茶、雪松、桂花、银杏的波峰都出现
了不同程度的分离，其中，油茶、雪松、银杏在 ２２０ ℃
左右存在肩峰，而厚皮香波峰在 ３２０ ℃左右有一裂
分峰．是否出现峰的分离决定于半纤维素相对于纤
维素组分的含量，半纤维素含量高于纤维素含量时，
可能会出现峰的分离现象，此处可能为半纤维素含
量较高，亦可能为抽提物含量较高，与综纤维素的热
解峰重合形成．其中，雪松、鹅掌楸、楠竹、桂花的最
大失重速率出现在此阶段．
第三阶段的失重区间为 ３８０～５２５ ℃，失重率多
在 ３０％左右．此阶段为木质素分解结算阶段．木质素
是复杂的有机聚合物，热解过程温度跨度较大，热解
相对较难而且反应复杂，表现出明显的热稳定性，但
燃烧时却能释放出大量的热量，木质素含量高可延
长着火感应的时间，但着火后会提高火焰温度，进而
影响火的蔓延［２２］ ．油茶、香樟、楠竹只显示了一个波
峰，雪松、鹅掌楸、阴香、桂花、银杏存在裂分峰，皆在
４５０ ℃左右，可能是抽提物与木质素的热解峰重合
所致．油茶、香樟、阴香、银杏的最大失重速率出现在
此阶段．
在第四阶段，随着温度的继续升高，试样质量趋
于稳定，余下固体焦炭和不可分解的灰分．灰分对有
焰燃烧起阻滞作用，使挥发性可燃物产量降低、焦炭
含量升高，所以灰分含量较高的森林可燃物耐火性
相对较好．
２􀆰 ２　 热解特性
从图 ２可以看出，在失水阶段，８ 种森林可燃物
的失重率在 ６．４％～１０％、失水速率为 ０．５％·ｍｉｎ－１ ～
１􀆰 １％·ｍｉｎ－１ ．桂花和楠竹失重率较低，仅为 ６．４％和
６．５％，含水率相对较小；而油茶和鹅掌楸的失重率
均达到 １０％，含水率相对较高；雪松、香樟、银杏、阴
香的失重率均在 ８％左右，含水量居中．阴香的失水
速率最小，仅有 ０．５％·ｍｉｎ－１；鹅掌楸的失水速率最
大，达到 １． １％ · ｍｉｎ－１；其余可燃物居中，均在
０􀆰 ５％·ｍｉｎ－１左右．
在综纤维素热解阶段，８ 种森林可燃物的综纤
维素失重率为 ４６％ ～ ６２％， 平均分解速率在
１．３％·ｍｉｎ－１ ～ ２．６％·ｍｉｎ－１ ．油茶和香樟的失重率
图 ２　 ８种森林可燃物的失重率和平均失重速率
Ｆｉｇ．２　 Ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｓ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｌｏｓｓ ｒａｔｅ ｏｆ ８ ｆｏｒｅｓｔ ｆｕｅｌｓ．
Ⅰ： 灰分 Ａｓｈ； Ⅱ： 木质素 Ｌｉｇｎｉｎ； Ⅲ： 综纤维素 Ｈｏｌｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ； Ⅳ：
失水 Ｗａｔｅｒ．
较小，均为 ４６％，综纤维素含量较低；桂花的失重率
最高，达到 ６２％，其综纤维素含量相对较高；楠竹、
雪松、银杏、阴香、鹅掌楸的失重率在 ５４％左右，综
纤维素含量相对居中．油茶的分解速率较小，仅为
１．３％·ｍｉｎ－１，放出的易燃气体少；桂花和阴香的分
解速 率 相 对 较 大， 分 别 为 ２． ５％ · ｍｉｎ－１ 和
２．６％·ｍｉｎ－１，放出的易燃气体多；其余树种的分解
速率差异较小，皆在 ２．２％·ｍｉｎ－１上下．
在木质素热解阶段，各森林可燃物的失重率为
２６％～３５％，木质素平均分解速率在 １．７％·ｍｉｎ－１ ～
２．７％·ｍｉｎ－１ ．其中，楠竹和桂花的失重率相对较小，
分别为 ２６％和 ２７％，木质素含量较少，其余森林可
燃物的木质素含量差异不大．楠竹在木质素分解阶
段的分解速率最小，鹅掌楸、桂花、雪松的分解速率
居中；油茶、银杏、香樟的分解速率较大．
在热解结束时，森林可燃物热解最终的灰分含
量在 ３．８％～１２．７％．其中，香樟、楠竹、银杏的灰分含
量相对较高，分别为 １２．７％、１１．２％、９．２％；而桂花、
雪松、阴香、油茶、鹅掌楸的灰分含量均在 ４％左右．
２􀆰 ３　 三维燃烧性评价
８ 种森林可燃物的初始分解温度在 １９８ ～ ２３５
℃ ．其中，油茶和香樟较低，只有 ２１４ 和 １９８ ℃，着火
温度明显低于其他 ６种可燃物，较易燃；阴香和鹅掌
楸点燃温度最高，在 ２３４ ℃左右，最不易点燃；其他
树种居中，分别在２２７ ℃左右．这８种可燃物按点燃
０６６３ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
图 ３　 ８种森林可燃物的点燃温度
Ｆｉｇ．３　 Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ８ ｆｏｒｅｓｔ ｆｕｅｌｓ．
温度评价的易燃性由高到低的排序为：香樟、油茶、
楠竹、雪松、银杏、桂花、鹅掌楸、阴香（图 ３）．由表 １
可见，香樟属高易燃，油茶属中等易燃，其他 ６ 种可
燃物都属低易燃．
　 　 ８ 种可燃物的综纤维素平均分解速率在
１．３％·ｍｉｎ－１ ～２．６％·ｍｉｎ－１ ．油茶的平均失重速率最
低，只有 １．３％·ｍｉｎ－１，燃烧最不剧烈；阴香和桂花
平均失重速率最高，在 ２．５％·ｍｉｎ－１左右，燃烧最剧
烈；其他树种居中，在 ２．１％·ｍｉｎ－１左右．这 ８ 种可燃
物的燃烧剧烈性从高到低的排序为：阴香、桂花、楠
竹、雪松、银杏、香樟、鹅掌楸、油茶（图 ４）．由表 １ 可
见，油茶剧烈性较低，其他 ７ 种剧烈性都在中等
以上．
８种可燃物的综纤维素分解时间在 ２１ ～ ２８ ｓ．分
解时间最短的是阴香，最长的是鹅掌楸．以此衡量的
图 ４　 ８种森林可燃物的综纤维素平均失重速率和分解时间
Ｆｉｇ．４ 　 Ａｖｅｒａｇｅ ｈｏｌｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｍａｓｓ ｌｏｓｓ ｒａｔｅ ａｎｄ ｈｏｌｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ
ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ８ ｆｏｒｅｓｔ ｆｕｅｌｓ．
表 １　 ８种可燃物的易燃性、剧烈性和持续性
Ｔａｂｌｅ １　 Ｉｇｎｉｔｉｂｉｌｉｔｙ， ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ８
ｆｏｒｅｓｔ ｆｕｅｌｓ
树种
Ｓｐｅｃｉｅｓ
点燃性
Ｉｇｎｉｔａｂｉｌｉｔｙ
剧烈性
Ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｉｌｉｔｙ
持续性
Ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ
香樟 Ｃ． ｃａｍｐｈｏｒａ 高 中 低
油茶 Ｃ． ｏｌｅｉｆｅｒａ 中 低 低
雪松 Ｃ． ｄｅｏｄａｒａ 低 高 中
鹅掌楸 Ｌ． ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ 低 中 高
楠竹 Ｐ． ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌａ 低 高 中
阴香 Ｃ． ｂｕｒｍａｎｎｉ 低 高 低
桂花 Ｏ． ｆｒａｇｒａｎｓ 低 高 中
银杏 Ｇ． ｂｉｌｏｂａ 低 中 中
燃烧持续性从高到低的排序为：鹅掌楸、银杏、雪松、
桂花、楠竹、油茶、香樟、阴香（图 ４）．从表 １ 可见，鹅
掌楸为高持续性，其他都在中等以下．
　 　 ８ 种可燃物的易燃性、剧烈性和持续性的排序
并不完全一致（表 １）．综合起来可将其分为两大类：
第一类是香樟和油茶，比较易燃，但燃烧相对不剧
烈，持续时间短，这两种可燃物的综纤维素分解量最
小；第二类是其余 ６ 种可燃物，不易点燃，但燃烧相
对剧烈和持续（阴香除外），其中，雪松、楠竹、阴香、
桂花燃烧剧烈但持续性中等，鹅掌楸燃烧剧烈程度
中等但持续性好，而银杏的燃烧剧烈性和持续性都
属中等．
３　 结　 　 论
本文通过对热重分析数据进行提取，从 ３ 个维
度对 ８种可燃物的燃烧性进行了评价，结果表明，所
研究的 ８种可燃物中，一些可燃物易燃但不剧烈、不
持续，另外一些可燃物不易点燃但燃烧剧烈或持续，
说明了燃烧性内涵的复杂性和分维度评价燃烧性的
必要性．
可燃物三维燃烧性评价结果对于防火树种选
择、火行为机理研究和揭示林火对森林生态系统的
影响具有重要价值．在防火树种选择中，应选择点燃
性、剧烈性和持续性都差的树种，至少要求点燃性
差．林火对生态系统的影响评价中应充分考虑燃烧
的持续性．采用单一数值的一维评价方法便于可燃
物的燃烧性排序，但不能体现出可燃物不同燃烧性
侧面之间的精细差异，无法完全满足上述需要，具有
很大的局限性．
可燃物的热解过程复杂，对于 ＤＴＧ 曲线两个较
大失重峰的形成机理，不同学者看法不同．一种观点
认为不同可燃物组分独立分解，如 Ｂｉｌｂａｏ［２３］认为，
两步失重过程分别对应于两种主要可热解成分的分
１６６３１２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 金　 森等： 基于热重分析的南昌地区 ８种森林的可燃物三维燃烧性评价　 　 　 　 　
解反应．第一部分是由半纤维素和纤维素组成的混
合物，而第二部分主要由木质素构成．这两种成分各
自在不同的温度区间内发生分解反应，从而产生两
个不同的热分解过程．另一种观点认为不同可燃物
组分热解叠加．如 Ｒｏｂｅｒｔｓ［２４］认为，森林可燃物各组
分的热解速率、机理和路径各不相同，热重测定的热
解行为是各组分热解行为的叠加．半纤维素首先热
解，热解温度范围在 ２００ ～ ２６０ ℃，随后是纤维素的
热解，热解温度范围在 ２４０ ～ ３５０ ℃，木质素最后热
解，温度范围在 ２８０ ～ ５００ ℃ ．Ｏｒｆａｏ 等［２５］认为，两个
失重峰是纤维素、半纤维素、木质素各自独立在整个
温度区间内热分解失重叠加形成的．本文评价工作
的前提是综纤维素和木素独立分解，所形成的两个
失重峰是综纤维素和木素各自的峰．如果热解行为
是 ３种组分叠加综合的结果，则需要对评价方法进
行重要修正．
本文仅利用热重分析数据进行可燃物多维燃烧
性评价，选取的可燃物种类有限，虽然这些树种不是
研究地区的优势树种，但不影响方法的有效性．本研
究中将可燃物的不同燃烧性分成 ３ 个等级，这种划
分只是针对本文所研究的 ８ 种可燃物，今后应对更
多的可燃物进行分析，探索采用更全面的指标和数
据进行燃烧性评价．本研究的工作主要是针对可燃
物的有焰燃烧进行分析，对无焰燃烧的工作应给予
高度重视和加强，才能为更深刻地揭示可燃物的火
行为机理等提供基础．
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作者简介　 金　 森，男，１９７０年生，教授． 主要从事森林防火
研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： Ｊｉｎｓｅｎ２００５＠ １２６．ｃｏｍ
责任编辑　 杨　 弘
２６６３ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷