全 文 ：福建林学院学报　2009, 29(1):65-68
JournalofFujianCollegeofForestry
第 29卷 第 1期
2009年 1月
收稿日期:2008-07-06　　修回日期:2008-10-28
基金项目:昆明市科技局重点项目(06H114135);云南省青年基金资助项目(2003C0021Q);国家科技支撑项目(2006BAD04B05)。
作者简介:李世友(1971-),男 ,湖北麻城市人 ,副教授 ,从事森林防火研究。通讯作者舒立福(1966-),男 ,河北任丘人 ,研究员 ,从事森林
草原火研究。
中等径级藏柏树干的耐火性研究
李世友 1, 2 , 胡小龙 1 , 马爱丽 1 , 舒清态 1 , 舒立福 3 , 朱　丽1 , 张桥蓉 1
(1.西南林学院保护生物学学院 ,云南 昆明 650224;2.云南省高校森林灾害预警与控制重点
实验室 ,云南 昆明 650224;3.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 ,北京 100091)
摘要:在森林防火紧要期 ,用自行设计的装置对藏柏(Cupressustorulosa)进行了不同温度 、时间作用下的树干耐火性试验 ,
用含 4%红四氮唑的溶液对高温作用后的树干韧皮部进行了染色 , 经勾绘 、扫描后用 Photoshop软件将死亡的韧皮部处理成
易于计算机识别的纯色 ,用 VisualBasic6.0编写的程序计算了树干韧皮部的死亡率 ,建立了藏柏树干韧皮部死亡率与树干
直径 、受热温度 、受热时间的关系模型。分析表明 ,影响藏柏树干耐火性的因子依次为受热时间 、受热温度 、树干直径。根
据藏柏树干的耐火性提出了相应的森林消防措施。
关键词:藏柏;韧皮部;耐火性
中图分类号:S762.3 文献标识码:A 文章编号:1001-389X(2009)01-0065-04
StudiesonfireresistanceofmiddlingsizeofCupressustorulosa
LIShi-you1, 2 , HUXiao-long1 , MAAi-li1 , SHUQing-tai1 , SHULi-fu3 , ZHULi1 , ZHANGQiao-rong1
(1.FacultyofConservationBiology, SouthwestForestryColege, Kunming, Yunnan650224, China;2.KeyLaboratoryofForest
DisasterWarningandControlinYunnanHigherEducationInstitutions, Kunming, Yunnan650224, China;3.TheResearch
InstituteofForestEcology, EnvironmentandProtection, ChineseAcademyofForestry, Beijing100091, China)
Abstract:FireresistanceexperimentationsofmiddlingsizeCupressustorulosastemweretestedunderdiferenttemperatureandtime
withexperimentalequipmentdesignedbytheauthorsduringthehighlydangerousperiodofforestfire.Themortalityrateofstem
phloemwascalculatedwithaprogramdevelopedbytheauthorsuseVisualBasic6.0 softwareafterthephloemofsampleswere
soakedwith4% 2, 3, 5-triphenyltetrazoliumchloride(TTC)solutions, paintedandscannedthedistributionmapofmortalandliving
phloem, purifiedthemapcolorwithPhotoshopsoftware.Themortalitymodelofphloemwasestablishedandthecorrelationfactorsof
themodelincludedthediameterofstem, temperature, heatingtimeandthemortalityrate.Theresultsshowedthatthemainfactors
thatinfluencedthefireresistanceofC.torulosastemwerearrangedinorderofheatingtime, temperature, diameterofstem.Accord-
ingtothefireresistanceofC.torulosastemswecommendtheforestfireprotectionmeasuresrespectively.
Keywords:Cupressustorulosa;phloem;fireresistance
树皮对树干的韧皮部和形成层具有保护作用。林地火烧后 ,林木首先受害部位是树木的干基 ,然后是
枝冠[ 1] 。林火对树干的伤害主要是对韧皮部和形成层的伤害 ,伤害程度取决于火的强度 、火烧时间的长
短及树皮的厚度和热传导性等 ,随着树皮被烧深度及高度的增加 ,树木被烧死的可能性增大。受高温致死
的韧皮部在几天内就会变色 ,外表树皮可能会开裂并与内部的木质部分离 ,最后脱落 。树干茎部的一侧韧
皮部受到伤害 ,树木还可能生存 。当树干基部四周的韧皮部都遭到伤害 ,就会造成树木死亡 [ 2] 。树皮的
厚度等理化性质是防火树种筛选的重要依据 [ 2 -6] 。藏柏(Cupressustorulosa)为柏科柏木属常绿乔木 ,树干
通直 ,为优良用材 、绿化观赏树种。原产我国西藏东部及南部 、印度及尼泊尔 。 20世纪 50年代初昆明植
物园引种驯化成功 ,现已成为滇中地区主要造林树种 ,在昆明市内也作为绿化树种推广[ 7] 。所以 ,研究藏
柏树皮在高温情况下对树干的保护作用和树干的耐火性可以为营林防火和用火 、森林可燃物清理 、计划烧
除及火烧后树木的死亡判别 、火烧迹地植被恢复方案设计等提供理论依据。
DOI :10.13324/j.cnki.j fcf.2009.01.016
1　材料与方法
1.1　材料
2008年 4月 ,在昆明嵩明县阿子营乡阿达龙村的藏柏纯林中选择生长良好 、树干为圆形 、树皮在各个
方向上分布相对均匀的树木 ,伐倒后锯成 1 m左右的若干段运回实验室。在室内将树干锯成 20 cm左右
长的小段 ,用钢尺从树皮的上 、下两截面分别测量 4次以上树干的直径 ,取多次测量数据的平均值为该段
树干的直径 。
1.2　研究方法
1.2.1　耐火性试验方法　耐火性试验装置如图 1所示 。由于在打开恒温干燥箱门放入样品时 ,箱内热空
气逸出使箱内温度发生较大波动 ,为减小这种波动 ,在箱腔下部放一大盘沙子以增加整个箱腔的热容量 ,
在箱腔中部也放一盘沙子并在沙上铺一层石棉 ,当干燥箱门关闭后箱腔内气温能较快地恢复和稳定 。在
干燥箱上部开一个小孔 ,向干燥箱插入热电偶 ,热电偶通过数据线 、数据采集卡与电脑连接 ,温度数据通过
32通道 100 K高速数据采集卡进行采集并以 MDB文件的形式存储到计算机硬盘。试验时 ,先将干燥箱
温度升高到一定高温并稳定一段时间 ,启动温度数据采集程序 ,将温度数据设置为每 1s采集 1次 ,进入
温度自动采集过程 ,然后迅速打开干燥箱门并将树干样品放在石棉上 。试验结束时迅速打开干燥箱门并
立即取出样品放在室温中冷却 ,停止数据采集 。为使相近径级的藏柏树干出现不同的死亡率 ,在多次试验
并初步掌握藏柏树干耐火性的基础上 ,根据样品的直径列出控制温度和时间 。在正式试验时 ,按照拟定的
控制温度和时间进行试验 。
1.2.2　韧皮部死亡率的计算方法　耐火性试验样品在室温中冷却后 ,用刀沿垂直方向将树皮划开并迅速
取下完整的树皮 ,将树皮平整后立即在韧皮部涂上含有 4%的 2, 3, 5—三苯基氯化四氮唑(简称红四氮唑 ,
TTC)溶液。用 TTC判别韧皮部受热后死活的原理是:凡是活细胞都有呼吸作用 ,都会发生氧化还原反应 ,
死细胞则不会发生该反应 ,利用 TTC处理植物材料 ,在活细胞内 TTC作为呼吸时脱氢酶辅基 NADH的氢
受体 ,被还原生成红色的 TTF(三苯基甲腙),故可以根据材料的颜色变化来判别细胞的死活。方法是:将
受热后的树干样品进行染色 ,以不同颜色区分其死 、活部分 ,即韧皮部变为红色的则为存活的。由于树干
样品两端的韧皮部在干燥箱除受树皮径向热传导影响外 ,还受到垂直方向上热传导的作用 ,而真实的火灾
中韧皮部主要受径向热传导的作用 ,故舍去上 、下两端 2cm范围内的树皮 ,将中间部分用铅笔勾绘出成活
部分的一个或多个不规则多边形 ,用透明纸盖在韧皮部上并将韧皮部的死 、活分布图转绘到透明纸上 ,用
彩色笔将高温致死部分涂色 ,经扫描后用 Photoshop软件将死亡部分处理成纯色 ,用 VisualBasic6.0编写
的 “韧皮部死亡率计算程序 ”计算韧皮部的死亡率(图 2)。
图 1　耐火性试验装置示意图
Figure1　Schemeoffireresistanceexperiment
图 2　韧皮部死亡率计算程序示意图
Figure2　Schemeofcalculatingprogramforphloemmortalityrate
66 福　建　林　学　院　学　报 第 29卷　
2　结果与分析
2.1　试验结果
树干的耐火性相关因子见表 1。由于打开干燥箱门放入和取出样品时箱内温度均有所下降 ,所以 ,从
温度曲线能明显判断出试验的起始时刻。由于打开干燥箱门放入样品速度较快 ,且箱内热容量大 ,箱内气
温仅有小量波动 ,波动范围为 0.6-5℃,相对于箱内的高温 ,波动比率不大 ,故取受热时间内热电偶测到
温度的平均值为受热温度 。树皮厚度是决定树干耐火性的一个重要因素 ,但本研究取树干直径而不是树
皮厚度参与建模 ,这是由于:1)测量表明 ,树皮厚度有随树干直径的增加而增加的趋势;2)藏柏树皮薄 ,直
径不同的树干间树皮厚度绝对值相差很小 ,试验过程中所用树干树皮的厚度为 0.24-0.35 cm;3)藏柏树
干上的鲜树皮柔韧性强 ,韧皮部分泌油脂较多 ,不易测量;4)树干直径较树皮厚度易测量 ,而且不伤害活
树木 ,可以提高模型的实用性。
表 1　树干的耐火性相关因子表
Table1　Fireresistancefactorsofstems
序号 树干直径(x)1 /cm
受热温度
(x)2 /℃
受热时间
(x)3 /s
韧皮部死亡
率(y)/% 序号
树干直径
(x)1 /cm
受热温度
(x)2 /℃
受热时间
(x)3 /s
韧皮部死亡
率(y)/%
1 5.63 265.4 239 68.45 21 8.66 303.9 126 24.40
2 5.66 251.3 205 51.98 22 8.71 303.4 207 70.65
3 5.89 266.4 132 5.85 23 8.76 298.5 149 38.51
4 6.01 257.1 189 30.74 24 8.98 242.3 371 49.61
5 6.09 264.5 191 61.10 25 9.05 306.2 140 20.88
6 6.30 262.6 197 31.99 26 9.08 313.2 123 1.71
7 6.58 269.7 178 25.68 27 9.14 305.1 119 12.66
8 6.83 251.5 444 73.82 28 9.29 305.6 170 54.4
9 6.88 297.3 145 18.05 29 9.33 282.6 242 48.75
10 7.03 259.7 172 6.96 30 9.35 308.5 189 57.55
11 7.16 271.5 193 32.37 31 9.41 305.3 154 22.19
12 7.36 255.1 235 29.93 32 9.41 278.2 191 19.35
13 7.56 303.0 159 60.97 33 9.45 268.6 339 72.66
14 7.68 277.0 182 35.89 34 9.64 302.3 230 58.36
15 7.79 304.1 125 23.75 35 9.90 300.2 202 64.43
16 7.84 260.8 212 11.91 36 10.04 300.6 170 30.2
17 7.90 304.2 124 12.02 37 10.09 301.2 238 68.65
18 8.00 272.5 247 48.26 38 10.13 299.1 229 57.51
19 8.05 276.5 201 32.85 39 10.19 299.6 192 46.19
20 8.65 275.1 189 20.90 40 10.58 299.3 214 42.58
2.2　耐火性模型的建立
对单因子而言 ,使用多项式逼近是探索自变量和因变量之间相关关系非常有效的方法 。对多因子而
言 ,一般用多元线性回归模型进行分析 ,并对模型进行显著性 F检验 ,对回归系数进行 t检验。本研究模
型的建立是在 SPSS下 ,对韧皮部死亡率 y与树干直径 x1 、受热温度 x2 、受热时间 x3进行多元线性模型拟
合 ,结果如下表 2。
表 2　多因子线性模型及其检验 1)
Table2　Multi-variatelinearregresionequationsandtheirF-test
自变量 模型 复相关系数(R) F0.01 F值及显著性
x1、x2、x3 y=-216.982-5.852x1 +0.827x2 +0.346x3 0.768 5.21 17.208＊＊
　　1)＊＊表示差异达 0.01极显著水平。
由表 2可知 ,模型的复相关系数为 0.768,差异性显著 ,可以用该模型进行树干韧皮部死亡率预测 。
对所选模型的相关系数进行 F检验均很显著 ,只能说明所选因子(自变量)与地表可燃物之间存在着
线性相关关系 ,可以用该模型来进行相关预测 ,但各因子的影响大小 ,还要进行偏相关分析 。各因子偏相
分析结果如下表 。
由表 3分析结果知 , 3个主要耐火性因子对韧皮部死亡率的影响程度大小按照偏相关系数检验的结
果或回归方程标准化系数大小排序为 x3 >x2 >x1 ,即受热时间长短对韧皮部死亡率影响最大 ,树干直径影
响最小 。
67　第 1期 李世友等:中等径级藏柏树干的耐火性研究
为了检验模型的精度 ,另取未参与建模的 5组数据进行验算 ,详见表 4。
表 3　模型的偏相关系数及 t检验 1)
Table3　Thet-testandpartialcorrelationcoeficients
回归方程非
标准化系数
回归方程标
准化系数
t值及显
著性
各自变量与因
变量相关系数 偏相关系数
常数项 -216.982 -4.084＊＊
x1 -5.852 -0.400 -2.307 0.147 -0.359
x2 0.827 0.816 3.914＊＊ -0.048 0.546x3 0.346 1.092 6.832＊＊ 0.629 0.751
　　1)＊＊表示差异达 0.01极显著水平 , t0.01(38)=2.704。
表 4　模型预测值与实测值对比表
Table4　Comparisonofpredictedvalueofmodelswithfactualvalue
序号 树干直径 /cm 受热温度 /℃ 受热时间 /s 实测死亡率 /% 预测死亡率 /% 相对误差 /%
1 6.47 268.3 179 24.72 28.97 17.19
2 7.55 276.2 180 34.97 29.53 -15.56
3 8.69 302.7 129 24.46 27.13 10.92
4 9.34 283.8 241 49.34 46.45 -5.86
5 10.36 307.5 234 65.51 57.66 -11.98
　　从表 4可以看出 ,实测和模型预测的死亡率相差不大 ,最大误差为 17.19%,平均误差为 12.30%。
从表 1和耐火性模型可以看出 ,中等径级藏柏活树干对高温敏感 ,耐火性极差。在 250 -310 ℃下几
分钟就出现韧皮部大范围死亡 ,而野外明火的在 800 ℃以上 ,韧皮部在这种高温下极短的时间内就会死
亡 ,这是造成藏柏整树耐火性差的原因之一。
3　结论与建议
根据耐火性试验 ,建立了藏柏树干韧皮部死亡率与树干直径 、受热 、受热时间的关系模型。经检验 ,该
模型的平均误差为 12.30%。影响藏柏树干韧皮部耐火性的因子依次为受热时间 、受热 、树干直径 。中等
径级华山松活树干对高温敏感 ,耐火性极差。如果确定了藏柏树干直径 ,应用该耐火性模型就可以计算出
树干韧皮部死亡率达 100%即树干死亡的受热 、受热时间 ,为藏柏林下可燃物的管理及火烧后树木的死亡
判别等提供依据 。
藏柏树冠具有枝条短 、枝叶多而密集的特点 ,凋落物主要集中在树干基部附近。在昆明附近林区火烧
迹地调查发现 ,混交林地表火后 ,部分藏柏树木的死亡是由低强度地表火较长时间作用或较强地表火造成
的 ,而有的树木树干部位明显没有受到明火作用 ,而是由树干基部凋落物阴燃引起死亡的 。在受人为因素
影响少的藏柏林中 ,林下凋落物载量大 ,树干基部附近的凋落物层厚度可达 25 cm以上 ,在特别干旱的季
节 ,存在发生凋落物阴燃的条件 。初步研究表明 ,含水率为 19.57%、载量为 6.04 kg· m-2、厚度为 6.8 cm
的凋落物层阴燃时最高达 459.8℃,大于 300℃高温维持时间达 8 790s。由于凋落物层阴燃持火力强 ,产
生的和高温维持时间远高于表 1中的数据 ,足以造成树木死亡 。所以 ,在进行森林防火时 ,不仅要采用抚
育等方法减少林内可燃物的载量 ,避免藏柏林发生有焰燃烧 ,还要对藏柏树干基部周围的凋落物进行清
理 ,避免阴燃对树干造成高温伤害。
参考文献
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(责任编辑:卢凤美)　　
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