全 文 ：林业科学研究 2007, 20( 6): 859~ 863
Forest R esearch
文章编号: 10011498( 2007) 06085905
免修、半免修复层防火林带阻火机理研究
洪长福
(福建省长泰岩溪国有林场,福建 长泰 363902)
摘要: 利用山沟、小山脊呈 鸡爪型 分布的特点, 在沟边和小山脊采取不同措施营建高阻火效能、低维护成本的免
修、半免修复层防火林带,并研究其阻火机理。对火环境主要因子调查分析表明:免修复层防火林带衰减光照能力
强, 降温保湿效果好,挡风能力强 ,乔木、灌木、草本层和枯枝落叶层以及土壤的含水率高, 阻火效果最好; 半免修复
层防火林带阻火效果次之,山脊单层防火林带阻火效果最差。因此, 应充分利用沟边残存阔叶林和沟边小山脊特有
的湿润环境, 营建免修、半免修复层新型防火林带,并对现有单层防火林带进行改造。
关键词: 免修、半免修; 复层防火林带;阻火机理;生物阻火
中图分类号: S727. 2 文献标识码: A
收稿日期: 20060428
基金项目: 福建省林业厅 1995年科技项目 免修半免修复层防火林带阻火机理与营建技术研究 部分内容
作者简介: 洪长福 ( 1957! ) ,男,福建长泰人,高级工程师,主要从事森林防火等研究与管理工作.
Fire RetardantM echanism of the Nonmanaged and
PartlyM anagedM ultilayer Firebreak Forests
HONG Changfu
( Changtai YanxiT ree Farm, Fu jian Province, Changtai 363902, Fu jian, Ch ina)
Abstract: Nonmanaged and partlym anaged fire retardantmultilayer f irebreak forests w ith h igh fire retardant effi
ciency and low management costw ere estab lished in mountain gu llies and on low ridges using var ious afforestation
measures, and fire retardantm echan ism w as analyzed by investigat ing re lated fire retardant factors. Results show ed
that nonm anagedmultilayer f irebreak forest belt got the h ighest fire retardant effic iencyw ith the h ighest capac ity of
lum inous energy reduction, temperature decreasing, mo isture keeping and w ind break ing. Hum id ity ratio in liv ing
plants layer, lither layer and so ilw as also the h ighest in investigated forest types. F ire retardant efficiency of the
partly managed mult ilayer firebreak forest be lt w as less than the nonmanaged be l.t And the sing le layer firebreak
forest on uppermountain ridges show ed the least f ire retardant effic iency. Based on these resu lts, suggestsw ere g iv
en on nonmanaged and partlymanaged fire retardantmultilayer firebreak forest estab lishment bym aking use of the
mo ist env ironment w ith remained broadlea f forest in mounta in gu llies and low ridges near the gu lly. Suggestionsw ere
also g iven on reconstruction o f the ex ist ing single layer firebreak forest on uppermountain ridges.
Key words: nonm anaged and partly managed fire retardant mu lt ilayer firebreak fores;t fire retardant mechan ism;
biological forestf ire retardant
火灾是森林的重要灾害之一,森林防火一直是各
级政府及林业生产单位的重要工作内容,并采取多种
林火预防和控制措施,营造防火林带是南方林区防止
火灾蔓延的一项重要措施 [ 1, 2]。郑焕能指出,防火林
带最好是复层或多层,它容易保持林带内森林气候,
即光照少、气温低、相对湿度大、风速小, 有利防火 [ 3]。
林 业 科 学 研 究 第 20卷
邵占杰认为含水率高低是决定防火树种阻火特性高
低的关键因素 [ 4]。这些观点为防火林带建设提供了
新思路,但很少引起重视和应用于实践。长期以来,
人们习惯于将防火林带建设于主山脊上,由于主山脊
一般立地条件差,阳光充足, 林带内空气干燥,不利于
耐火阔叶树种的生长, 利于易燃类杂草滋生。同时,
干燥的小环境不利于枯枝落叶的腐烂, 导致山脊防火
林带对地表火几乎没有阻隔能力, 每年不得不花费大
量的人力、财力、物力用于防火林带的维修 [ 5]。
为了探求高效省本的防火林带类型, 作者利用
山沟、小山脊都呈 鸡爪型 分布的特点和亚热带顶
极群落为常绿阔叶林的特性, 在沟谷两旁和立地条
件较好的小山脊试验营建免修、半免修复层防火林
带,并从阻火机理、植被多样性、阻火性能检验等方
面进行研究,着重对阻火机理进行探讨,为新型防火
林带推广应用提供科学依据。
1 试验地概况
试验地位于福建省长泰岩溪林场,地处 117∀36#
~ 117∀52#E, 24∀43#~ 24∀50#N,海拔 70~ 1 100 m,坡
度 20~ 40∀,土壤为山地红壤。年均气温 21 ∃ ,年均
日照时数 2 037. 4 h。无霜期 328 d,年均霜日 6~ 7 d。
年降水量 1 400~ 1 600 mm, 属南亚热带海洋性气候
区。山地特点为各个坡面自然形成的山沟、小山脊较
多,呈 鸡爪型 分布; 原生植被为南亚热带常绿阔叶
林,由于人为因素干扰,目前多为杉木 (Cunningham ia
lanceolata ( Lamb. ) H ook. )、马尾松 (P inus massoniana
Lamb. )、木荷 ( Schima sup erba Gardn. et Champ. )、火
力楠 (M ichelia macclurei var. sublanea Dandy)、桉树
(Eucalyp tus spp. )等人工林,在山沟两旁,由于难于耕
作和人、畜难于入内, 有少量的天然次生林、灌木林,
多数顺着山沟呈不规则条状分布。
2 研究方法
2. 1 免修、半免修复层防火林带营建和阻火性能
试验
试验区原有防火林带为建在主山脊上的以木
荷、火力楠为主的人工单层防火林带 (简称人工单
层,下同 )。新型防火林带营建方法分 2种: ( 1)在
山沟两旁有天然次生林或灌木林地段, 保护沟边残
存常绿阔叶林和耐火灌木、藤本、草本, 宽度 10 ~ 20
m,并补植耐火阔叶乔灌木, 人工或化学方法去除易
燃植被,加宽加长至主山脊单层防火林带。防火林
带形成后可免予维修 (简称免修复层, 下同 )。 ( 2)
在山沟边和立地条件较好的小山脊, 天然次生林或
灌木林已消失地段, 种植和保护耐火的乔灌木、藤
本、草本,连接至主山脊的单层防火林带。或在立地
条件较好的已有单层防火林带地段, 种植和保护耐
火灌木、藤本、草本, 营造初期由于林带内的小环境
尚未形成,需进行局部管理维护,随着林龄的增长,
阻火小环境的形成,由半免修转向全免修 (简称半免
修复层,下同 ) [ 5]。
林带建成后, 于秋冬干旱季节结合林事活动的
炼山作业, 3种防火林带进行 20多次阻火能力检
验,设计火灾类型为上山火、下山火。
2. 2 各种防火林带小环境因子测定与分析
火环境是影响林火蔓延重要条件, 可通过比较
其所形成的森林小环境, 评估各种防火林带性能的
优劣。本研究在林带走向相同、乔木层株数相同的
各种防火林带内设立标准地 (免修复层位于沟边, 为
天然次生林内化学去除易燃植被后的沟边, 草灌层
的盖度 90% ; 半免修复层为木荷林下套种砂仁
(Amomum villosum Lour. )的小山脊, 盖度 90% ;人工
单层为位于主山脊的木荷纯林, 草灌层盖度 0% ),
选择以下几个主要因子进行观测统计, 分析评价各
防火林带的阻火效能。
2. 2. 1 相对光照强度 选择晴朗无云天气,使用照
度计分别测定离地面 1. 5 m和 0. 1 m处的光照强
度。从各种防火林带边缘起横穿林带,每隔 1m设 1
个测点,直至防火林带中心, 共设 6个测点, 重复 3
次。按以下公式计算相对光照强度:
相对光照强度 = 防火林带内光照强度 /对照
( CK i )光照强度 % 100%
2. 2. 2 日平均气温和平均相对湿度 在久旱无雨
的秋季森林防火期,选择能反映各种防火林带气候
特征的标准地,在林带中心点, 每日 8&00、14&00、20
&00时观测气温、湿度。在林带两侧大于 1倍主林
层平均树高的空旷地设立对照 ( CK i ), 每次观测 10
d,相隔 10 d后继续观测,重复 3次,计算公式为:
日平均气温 [ 6 ] = [ (当日最低气温 +昨日 20: 00
时观测值 ) ∋2+ 8: 00、14: 00、20: 00时 3次观测值 ]
∋4
日平均相对湿度 [ 6 ] = ( 8: 00时观测值 % 2+ 14:
00时观测值 + 20: 00时观测值 ) ∋4
2. 2. 3 相对风速 因人难于深入火场, 改用台风经
过防火林带的风速变化模拟森林火灾所产生的热气
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第 6期 洪长福:免修、半免修复层防火林带阻火机理研究
流。2003年 13号台风 (杜鹃 )来临时, 用 DEM6型
轻便三杯风向风速仪,同时在各种防火林带外空旷
地 ( CK i )和防火林带中心点测定瞬时风速 (每分钟
的平均风速 )重复 10次,计算方法为:
相对风速 = 林带内风速 /对照 ( CK i )风速
% 100%
2. 2. 4 主要乔灌木种类、林带下地被物含水率和土
壤含水率 选择久旱无雨的秋季, 在各种防火林带
标准地,各采集 5株主要乔灌木叶片和小枝; 按 S
形路线设 5个 2m % 2m样方, 采集枯枝落叶和活地
被物; 挖取 0~ 20 cm、20~ 40 cm土层的土壤样品。
用塑料薄膜封装带回称鲜质量, 烘干后称绝干质量,
计算含水率:
含水率 [ 7] = (样品鲜质量 -样品绝干质量 ) /样
品绝干质量 % 100%
3 结果与分析
3. 1 各种防火林带光照强度差异
防火林带衰减光照能力的大小, 直接影响林带
内的森林小气候。由表 1可见, 越靠近林带中心, 衰
减光照效果越好, 但各种防火林带衰减光照能力不
同。进入防火林带 1m,在 1. 5 m和 0. 1 m高度处,
免修复层各有 95. 3%、96. 4%的光照已被衰减, 而
人工单层仅有 48. 6%、60. 4%的光照被衰减;进入
防火林带中心 (入林带 5 m ), 在 1. 5 m和 0. 1 m高
度处,免修复层各有 99. 2%、99. 6%的光照被衰减,
而人工单层仅有 95. 9%、97%的光照被衰减。由表
1还可见, 防火林带不同高度,衰减光照效果不一。
地表 ( 0. 1 m高处 )衰减效果优于 1. 5 m高度处; 半
免修复层衰减光照能力在 1. 5 m高处接近于人工单
层,在 0. 1 m处接近于免修复层,这是因为其下层植
被高度仅为 0. 9 m所致。经分析可见, 各种防火林
带对光照的衰减能力大小为: 免修复层 > 半免修复
层 >人工单层。
表 1 各种防火林带相对光照强度比较
防火林带
类型
测定高
度 /m
各测点相对光照强度 /%
空矿地入林带
1m
入林带
2m
入林带
3 m
入林带
4 m
入林带
5m
人工单层 1. 5 100 51. 4 12. 3 5. 2 4. 5 4. 1
半免修复层 1. 5 100 50. 1 12. 1 5. 1 4. 4 4. 0
免修复层 1. 5 100 4. 7 2. 0 0. 9 1. 5 0. 8
人工单层 0. 1 100 39. 6 7. 4 3. 4 3. 2 3. 0
半免修复层 0. 1 100 4. 0 1. 3 0. 7 0. 5 0. 4
免修复层 0. 1 100 3. 6 1. 1 0. 8 0. 5 0. 4
3. 2 各种防火林带气温差异
气温影响蒸发量、蒸发速度、相对湿度、气温日
较差等因素, 从而综合影响林火的发生和发展 [ 8]。
降温能力越强的防火林带类型, 越有利于阻火, 反
之,则越差。
表 2 各种防火林带日平均气温差异比较 ∃
防火林带类型
观测时间
8&00
气温 温差
14&00
气温 温差
20&00
气温 温差
平均值
气温 温差
人工单层 21. 1 0. 9 30. 8 0. 7 20. 1 0. 3 22. 9 0. 2
对照 ( CK1 ) 22. 0 31. 5 20. 4 23. 1
半免修复层 21. 2 1. 0 30. 2 1. 2 20. 0 0. 4 22. 7 0. 4
对照 ( CK2 ) 22. 2 31. 4 20. 4 23. 1
免修复层 21. 4 0. 8 29. 5 1. 4 19. 8 0. 7 22. 4 0. 8
对照 ( CK3 ) 22. 2 30. 9 20. 5 23. 2
注:温差 =对照 ( CK i)气温 -林带内气温。
由表 2可见, 各种防火林带内的日平均气温均
低于附近空旷地 ( CK i ) ,降温效果为: 免修复层 > 半
免修复层 >人工单层, 平均降温幅度分别为 0. 8、
0. 4、0. 2 ∃ 。一天中的 8: 00、20: 00时降温幅度小,
介于 0. 3~ 1. 0 ∃ ; 而 14: 00时降温幅度最大, 分别
为 1. 4、1. 2、0. 7 ∃ 。午后是发生森林火灾的高峰时
段,防火林带内气温的降低无疑会降低火险等级, 降
温幅度越大, 防火效果越佳。
3. 3 各种防火林带相对湿度差异
相对湿度表明一定空气中的干燥或湿润的能
力,无论是火险天气预报或火险等级预报中,相对湿
度是最重要的因子之一 [ 8 ] ,湿度越大的防火林带类
型,阻火效果越佳,反之,则越差。
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林 业 科 学 研 究 第 20卷
表 3 各种防火林带日平均相对湿度差异比较 %
防火林带类型
观测时间
8: 00
相对湿度 湿差
14: 00
相对湿度 湿差
20: 00
相对湿度 湿差
平均值
相对湿度 湿差
人工单层 80. 3 1. 3 62. 3 3. 8 80. 3 0. 5 75. 8 1. 7
对照 ( CK1 ) 79. 0 58. 5 79. 8 74. 1
半免修复层 81. 2 0. 7 65. 0 4. 7 82. 1 1. 8 77. 4 2. 0
对照 ( CK2 ) 80. 5 60. 3 80. 3 75. 4
免修复层 81. 9 1. 2 66. 4 4. 3 83. 2 2. 3 78. 4 2. 3
对照 ( CK3 ) 80. 7 62. 1 80. 9 76. 1
注:湿差 =林带内相对湿度 -对照 ( CK i )相对湿度。
由表 3可见, 各种防火林带内的相对湿度均大
于附近空旷地 ( CK i ), 相对湿度大小顺序为: 免修复
层 > 半免修复层 > 人工单层。一天中的 8: 00、
20: 00时湿度变化幅度小, 介于 0. 5% ~ 2. 3%; 而
14: 00时湿度变化幅度大,介于 3. 8% ~ 4. 7%之间。
保湿效果越好的林带类型越有利于防火, 而相对湿
度受防火林带所处地理位置的不同影响较大, 位于
沟边的免修复层防火林带及 CK 3的湿度都大于位于
山脊的单层防火林带及其对照 ( CK i )。由此可见,
免修、半免修复层防火林带是防火效果最好和较好
的防火林带。
3. 4 各种防火林带风力差异
风速的强弱给火流的蔓延和扩大带来很大影
响 [ 9] ,俗话说 火借风势、风助火威 , 风是森林火灾
发生诸因素中最主要的因子 [ 8]。挡风能力强的防火
林带类型,则阻火能力强, 反之则差。
表 4 各种防火林带风力差异
风速
防火林带类型
人工单层 对照
( CK
1
)
半免修
复层
对照
( CK
2
)
免修
复层
对照
( CK
3
)
平均风速
/ ( m( s- 1 ) 3. 49 2. 30 3. 00 2. 23 0. 38 1. 90
相对风速 /% 152 100 150 100 20 100
由表 4可见,气流经过免修复层防火林带时, 风
速由林带外的 1. 9m( s- 1降至 0. 38m( s- 1, 风速衰
减 80%,这与免修复层防火林带乔灌木、藤本等枝
叶茂密,使进入林带的气流改变方向,形成风向各异
的小 涡旋 , 抵消了风能, 降低了风速有关。而气
流经过半免修复层和人工单层防火林带时, 反而增
速 50%和 52% ,这是因为这两种防火林带的乔木层
树冠浓密,但林下稀疏, 树干所占空间少, 不仅不能
破碎气流 , 反而在地表至树冠之间产生 管道效
应 ,使气流通过稀疏林带的速度加快。由表 4还可
见,各种防火林带外 ( CK i )的风速也不同, 这与各种
防火林带位于山沟、小山脊或主山脊的环境有关。
可以预见,一旦发生森林火灾,顺风蔓延的热气
流经过具有 管道效应 的人工单层防火林带时, 不
仅不能阻滞地表火的蔓延, 反而会加速地表火蔓延;
半免修复层防火林带由于林下植被高度小, 初期阻
火效果也不强,但随着建设年限的延长, 林下植被茂
盛,阻风效果将逐年加强;而免修复层防火林带不具
有 管道效应 ,能较好地 破碎气流 , 阻挡 火星 、
火球 , 是最好的防火林带类型。
3. 5 各种防火林带下地被物含水率差异
地被物是森林火灾发生和蔓延的物质基础, 防
火林带内地被物含水率的高低直接影响阻火效率。
表 5 各种防火林带枯枝落叶、
活地被物含水率 %
防火林带类型 枯枝落叶 活地被物
人工单层 12. 3 179. 7
半免修复层 15. 8 265. 4
免修复层 33. 6 340. 5
南方山地发生森林火灾,都是枯枝落叶先着火,
再烤干引燃活植被。从表 5可见, 枯枝落叶和活地
被物含水率规律均为免修复层 >半免修复层 >人工
单层。枯枝落叶、活地被物含水率越高的防火林带
类型, 越不利于森林火灾的蔓延, 阻火效果也就
越好。
3. 6 同种植物在各种防火林带内的含水率差异
树木的叶子和小枝含水率对于火行为有重要作
用。一般认为, 针叶含水率在干质量的 100%以下
时,有形成树冠火的危险;地中海地区灌木林树叶含
水率在 75%以下时, 就极易发生火灾 [ 10]。虽然选择
防火林带树种需考虑多种指标, 但探讨同种植物叶
片及小枝在各种防火林带含水率差异, 对判断各种
防火林带的阻火性能仍然具有一定意义。
862
第 6期 洪长福:免修、半免修复层防火林带阻火机理研究
表 6 同种植物在不同防火林
带内含水率差异 ( 20031203) %
防火林带类型 防火林带植物木荷 润楠 鹅掌柴 无花果 藤本类 砂仁
人工单层 168. 5 190. 8 - - - -
半免修复层 180. 7 220. 5 295. 7 464. 8 347. 5 322
免修复层 202. 2 334. 8 672. 2 765. 5 359. 2 340. 8
注: 拉丁学名: 润楠 (M achilus ping ii Cheng ex Y ang)、鹅掌柴
( Schef f lera octophyl la ( Lou r. ) H arm s. )、无花果 (F icu s carica L. )。藤
本类不适合于干燥环境下生长。
从表 6可见,同一时间、同种植物在各种防火林
带内含水率不同, 免修复层防火林带内植物含水率
明显高于人工单层防火林带, 如南方常用的防火树
种木荷, 其含水率介于 168% ~ 203%, 乡土树种润
楠含水率介于 190% ~ 335% , 含水率大小顺序为:
免修复层 >半免修复层 >人工单层。其他乔木、灌
木、藤本、草本植物也具有相同的规律。
3. 7 各种防火林带下土壤含水率差异
浅层土壤含水率可以通过与地表可燃物、特别
是地表枯死可燃物的水分交换影响地表火蔓延。由
表 7可见,浅层土壤含水率为:免修复层 >半免修复
层 >人工单层,也即免修复层最不利于地表火蔓延,
半免修复层次之,人工单层最差。
表 7 不同类型防火林带土壤含水率差异
防火林带类型 绝对含水率 /%
0~ 20 cm土层 20~ 40 cm土层
免修复层 22. 0 22. 2
半免修复层 20. 4 21. 9
人工单层 18. 5 19. 5
4 小结与讨论
防火林带阻火机理有 3个层次:防火树种、结构
合理的防火林带及其形成的火环境。枝叶茂盛的树
冠能有效阻挡火焰的蔓延, 良好的林带结构易于形
成不利于可燃物燃烧的环境 [ 11]。项目研究表明, 营
建具有良好垂直结构的复层防火林带, 减少了林带
内可燃物的积累并造就不利于火灾蔓延的特殊环
境,即使在免修、半免修的条件下, 也具有较好的阻
火效果。主要是因为免修、半免修复层防火林具有
良好的垂直结构, 其衰减光照能力强,降温效果、保
湿能力好,挡风能力强,乔木、灌木、草本层和枯枝落
叶层以及土壤的含水率均高于人工单层防火林带。
人工单层防火林带林冠层枝叶稠密, 具有较好
阻挡树冠火的能力,但林下稀疏,草灌层又年年被清
除,气流经过时必然产生 管道效应 , 速度加快, 易
产生 飞火 ; 若不年年维修, 枯枝落叶大量积累和
其位于山脊干燥通风的特殊环境又使之有利于地表
火蔓延,这也已在本项目设置的火场得以验证。因
此,现行全面清理林带草灌木的维护方式需要改进,
应有选择性地保留含水率高的阴性耐火灌木、藤本、
草本,去除含水率低的阳性易燃植被,定向培育成免
修、半免修的防火林带, 以提高其阻隔地表火的
能力。
在进行营林设计、伐区设计时, 应统筹考虑免
修、半免修复层防火林带的同步建设,充分利用自然
地形的 鸡爪型 沟系,在保护原有的天然次生林、
灌木林的基础上营造或改造防火林带。沟谷两旁湿
润的小环境和肥沃的土壤有利于免修、半免修复层
防火林带的尽快形成。利用自然地形的 鸡爪型
沟系营造或改造免修、半免修复层防火林带,应与已
有的山脊防火林带形成 闭合圈 ,或与背面山坡的
同类防火林带相连接, 并灵活运用免修、半免修、维
修等管护技术,以实现全方位阻火。
由于森林火灾是在开放的系统中进行的, 其燃
烧过程是不容易准确控制的 [ 8] ,为确保森林安全, 防
火林带实施免修、半免修技术措施应因地制宜, 试验
后再推广应用。
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