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Fire Resistance of Leaves During Fire Prevention Period of Nine Common Tree Species in Karst Mountain Regions

喀斯特山区9种常见树木叶片在防火期的阻火性分析


【目的】贵州是世界上喀斯特地貌发育最为典型的地区之一,生态环境脆弱,林火干扰严重。研究该区域树种阻火性,可为完善树种阻火性评价方法、筛选适宜的生物防火树种提供依据,并为喀斯特山区植被恢复提供参考。【方法】以贵州省毕节市喀斯特山区的云南杨梅、珍珠荚蒾、小叶女贞、粉叶栒子、椭圆叶越桔、茅栗、杜鹃、火棘、杉木等9种常见树木为研究对象,于2012年11月底(该区防火期为10月至次年5月)采集植株阳面的健康叶片(按树冠上、中、下3个部位进行采集),测定叶片的苯-醇抽提物含量、灰分含量、着火时间和燃烧热值4个理化性质指标,利用主成分分析结合加权逼近理想解排序分析法研究叶片在防火期的阻火性。【结果】珍珠荚蒾和茅栗的抽提物含量分别为云南杨梅的2.12和1.97倍;云南杨梅和珍珠荚蒾的灰分含量最高,而茅栗、椭圆叶越桔和小叶女贞最低;小叶女贞、茅栗和粉叶栒子的着火时间最长,而火棘、杉木和杜鹃最短;燃烧热值最高的是茅栗、椭圆叶越桔和小叶女贞,其次是杉木、粉叶栒子和火棘,最低的是云南杨梅。着火时间对阻火性影响最大,抽提物含量次之,再次是灰分含量,而燃烧热值的权重最小。9种树木叶片的阻火性大小依次为:云南杨梅 >椭圆叶越桔 >小叶女贞 >粉叶栒子 >茅栗 >珍珠荚蒾 >杜鹃 >火棘 >杉木。【结论】云南杨梅、椭圆叶越桔和小叶女贞的阻火性比较强,适合作为毕节喀斯特区的防火植物。主成分分析定权结合加权TOPSIS法适合对植物的阻火性进行合理评判。

【Objective】 Guizhou province of China is one of the most typical karst regions in the world, at the same time, its fire disturbance is highly representative in the national forest fires. With the fragile karst environment plus severe forest fire disturbance, the fire prevention is particularly important and urgent in the Karst mountain regions of Guizhou province. Among the many fire prevention measures, the biological firebreak with its versatile, and long-term advantage, has attracted much attention of scholars and managers. The primary task of biological firebreak is to select the appropriate pyrophyte (the plants with good fire resistance). However, there is few study focus on the pyrophyte selection for karst mountain regions. On the other hand, with regard to pyrophyte selection, there is no uniform evaluation method up to now. It‘s necessary to select appropriate fire-resistant tree species which are also suitable for growing in karst mountain regions,【Method】we investigated 9 common tree species from karst mountain regions of northwest Guizhou. Based on the measurements of four leaf traits (benzene-alcohol extract content, ash content, ignition time and heat value) during fire prevention period, we used the Principal Component Analysis (PCA), combined with the Weighted-Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution (W-TOPSIS), to analyze the fire resistance. 【Result】The Viburnum foetidum var. ceanothoides‘ s and Castanea seguinii‘ s benzene-alcohol extractive content were 2.12 and 1.97 times higher than Murica nana‘ s; The ash content of M. nana‘sand V. foetidum var. ceanothoides‘ were the highest, and Castanea seguinii‘s, Vaccinium pseudorobustum‘s and Ligustrum quihoui‘s were the lowest; The ignition time of L. quihoui, Castanea seguinii and Cotoneaster glaucophyllus var. glaucophyllus were the longest, and Puracantha fortuneana, Cunninghamia lanceolata and Rhododendron simsii were the shortest; The highest heat value were Castanea seguinii‘s, V. pseudorobustum‘s and Ligustrum quihoui‘s, followed by Cunninghamia lanceolata‘s, Cotoneaster glaucophyllus var. glaucophyllus‘s and Pyracantha fortuneana‘s, and Myrica nana‘s was the lowest; the indicator of greatest impact on fire resistance was ignition time, followed by extractive content, and then ash content, and, heat value was the smallest. The fire resistance order of the nine tree species was as follows: Myrica nana > Vaccinium pseudorobustum > Ligustrum quihoui > Cotoneaster glaucophyllus var. glaucophyllus > Castanea seguinii > Viburnum foetidum var. ceanothoides > Rhododendron simsii > Pyracantha fortuneana > Cunninghamia lanceolata. 【Conclusion】The result suggests that the integration of PCA and W-TOPSIS is suitable to assess the fire resistance of plants. The Myrica nana, Vaccinium pseudorobustum and Ligustrum quihoui are suitable to be planted in the study region as high fire-resistant tree species.


全 文 :第 51 卷 第 3 期
2 0 1 5 年 3 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51,No. 3
Mar.,2 0 1 5
doi: 10.11707 / j.1001-7488.20150313
收稿日期: 2013 - 12 - 06; 修回日期: 2014 - 05 - 22。
基金项目:中央高校基本科研业务费专项(XDJK2011C088)。
* 何平为通讯作者。
喀斯特山区 9种常见树木叶片在防火期的阻火性分析*
梁 琴1,2 陶建平1 邓 锋3 王 微1,4 方 文1,5 何 平1
(1. 西南大学生命科学学院 三峡库区生态环境教育部重点实验室 重庆市三峡库区植物生态与资源重点实验室 重庆 400715;
2. 贵州工程应用技术学院生态工程学院 毕节 551700; 3. 贵州工程应用技术学院化学工程学院 毕节 551700;
4. 重庆文理学院林学与生命科学学院 重庆 402168; 5. 重庆市林业科学研究院 重庆 400036)
摘 要: 【目的】贵州是世界上喀斯特地貌发育最为典型的地区之一,生态环境脆弱,林火干扰严重。研究该区域树
种阻火性,可为完善树种阻火性评价方法、筛选适宜的生物防火树种提供依据,并为喀斯特山区植被恢复提供参考。
【方法】以贵州省毕节市喀斯特山区的云南杨梅、珍珠荚蒾、小叶女贞、粉叶栒子、椭圆叶越桔、茅栗、杜鹃、火棘、杉木
等 9 种常见树木为研究对象,于 2012 年 11 月底(该区防火期为 10 月至次年 5 月)采集植株阳面的健康叶片(按树冠
上、中、下 3 个部位进行采集),测定叶片的苯-醇抽提物含量、灰分含量、着火时间和燃烧热值 4 个理化性质指标,利用
主成分分析结合加权逼近理想解排序分析法研究叶片在防火期的阻火性。【结果】珍珠荚蒾和茅栗的抽提物含量分
别为云南杨梅的 2. 12 和 1. 97 倍;云南杨梅和珍珠荚蒾的灰分含量最高,而茅栗、椭圆叶越桔和小叶女贞最低;小叶女
贞、茅栗和粉叶栒子的着火时间最长,而火棘、杉木和杜鹃最短;燃烧热值最高的是茅栗、椭圆叶越桔和小叶女贞,其
次是杉木、粉叶栒子和火棘,最低的是云南杨梅。着火时间对阻火性影响最大,抽提物含量次之,再次是灰分含量,而
燃烧热值的权重最小。9 种树木叶片的阻火性大小依次为:云南杨梅 >椭圆叶越桔 >小叶女贞 >粉叶栒子 >茅栗 >
珍珠荚蒾 >杜鹃 >火棘 >杉木。【结论】云南杨梅、椭圆叶越桔和小叶女贞的阻火性比较强,适合作为毕节喀斯特区
的防火植物。主成分分析定权结合加权 TOPSIS 法适合对植物的阻火性进行合理评判。
关键词: 岩溶山区; 生物防火; 林火; 燃烧性; 抗火性
中图分类号:S762 文献标识码:A 文章编号:1001 - 7488(2015)03 - 0102 - 07
Fire Resistance of Leaves During Fire Prevention Period
of Nine Common Tree Species in Karst Mountain Regions
Liang Qin1 Tao Jianping2 Deng Feng3 Wang Wei1,5 Fang Wen1,4 He Ping1
(1. Chongqing Key Laboratory of Plant Ecology and Resources Research for Three Gorges Reservoir Region Key Laboratory (Ministry of Education) of
Eco-environments of Three Gorges Reservoir Region School of Life Sciences,Southwest University Chongqing 400715;
2 . School of Ecological Engineering,Guizhou University of Engineering Science Bijie 551700;
3 . School of Chemistry and Chemical Engineering,Guizhou University of Engineering Science Bijie 551700;
4 . Department of Forest and Life Sciences,Chongqing University of Arts and Science Chongqing 402168;
5 . Chongqing Academy of Forestry Chongqing 400036 )
Abstract: 【Objective】Guizhou province of China is one of the most typical karst regions in the world,at the same
time,its fire disturbance is highly representative in the national forest fires. With the fragile karst environment plus severe
forest fire disturbance,the fire prevention is particularly important and urgent in the Karst mountain regions of Guizhou
province. Among the many fire prevention measures,the biological firebreak with its versatile,and long-term advantage,
has attracted much attention of scholars and managers. The primary task of biological firebreak is to select the appropriate
pyrophyte ( the plants with good fire resistance) . However,there is few study focus on the pyrophyte selection for karst
mountain regions. On the other hand,with regard to pyrophyte selection,there is no uniform evaluation method up to
now. It’s necessary to select appropriate fire-resistant tree species which are also suitable for growing in karst mountain
regions,【Method】we investigated 9 common tree species from karst mountain regions of northwest Guizhou. Based on the
measurements of four leaf traits (benzene - alcohol extract content,ash content,ignition time and heat value) during fire
第 3 期 梁 琴等: 喀斯特山区 9 种常见树木叶片在防火期的阻火性分析
prevention period,we used the Principal Component Analysis (PCA),combined with the Weighted-Technique for Order
Preference by Similarity to an Ideal Solution (W-TOPSIS),to analyze the fire resistance. 【Result】The Viburnum foetidum
var. ceanothoides’s and Castanea seguinii’s benzene- alcohol extractive content were 2. 12 and 1. 97 times higher than
Murica nana’s; The ash content of M. nana’s and V. foetidum var. ceanothoides’were the highest,and Castanea
seguinii’s,Vaccinium pseudorobustum’s and Ligustrum quihoui’s were the lowest; The ignition time of L. quihoui,
Castanea seguinii and Cotoneaster glaucophyllus var. glaucophyllus were the longest, and Puracantha fortuneana,
Cunninghamia lanceolata and Rhododendron simsii were the shortest; The highest heat value were Castanea seguinii’s,V.
pseudorobustum’s and Ligustrum quihoui’s,followed by Cunninghamia lanceolata’s,Cotoneaster glaucophyllus var.
glaucophyllus’s and Pyracantha fortuneana’s,and Myrica nana’s was the lowest; the indicator of greatest impact on fire
resistance was ignition time,followed by extractive content,and then ash content,and,heat value was the smallest. The
fire resistance order of the nine tree species was as follows: Myrica nana > Vaccinium pseudorobustum > Ligustrum
quihoui > Cotoneaster glaucophyllus var. glaucophyllus > Castanea seguinii > Viburnum foetidum var. ceanothoides >
Rhododendron simsii > Pyracantha fortuneana > Cunninghamia lanceolata. 【Conclusion】The result suggests that the
integration of PCA and W-TOPSIS is suitable to assess the fire resistance of plants. The Myrica nana,Vaccinium
pseudorobustum and Ligustrum quihoui are suitable to be planted in the study region as high fire-resistant tree species.
Key words: Karst mountain area; biological fire prevention; forest fire; combustibility; fire resistance
喀斯特地区的生态环境十分脆弱,受干扰后逆向
演替快,顺向演替慢,自然恢复时间长,难度大,其环
境保护(如石漠化防治)与可持续发展具有全球性战
略地位(喻理飞等,2000; 熊康宁等,2002)。林火是
森林的显著干扰因子,可在短时间内大面积毁坏或改
变森林的组成和结构,提升大气 CO2 浓度,改变全球
气候(Cochrane,2003; Bowman et al.,2009; 李修鹏
等,2013)。生态环境脆弱的喀斯特山区一旦发生林
火很容易导致森林退化,甚至逆向演替形成新的石漠
化地块。贵州地处中国喀斯特集中分布区的中心,是
国内历年来森林火灾次数最多、受害面积最大的省区
之一,并且随着全球变暖,其所处的西南地区林火发
生起数还有上升趋势 (杜永胜等,2006; Solomon,
2007; 田晓瑞等,2012; 陶玉柱等,2013)。能否降低
林火的发生率及受害森林面积,对于保护该区森林,
防止或减缓该区石漠化进程十分关键(喻理飞等,
2002; 张喜等,2011)。
生物防火是利用植物的阻火性来防止或减少林
火损失的措施。在众多防火措施中,生物防火以其
多能、长效的优势,受到越来越多学者的关注(单延
龙等,2005; 梁瀛等,2011; 唐伟,2012)。阻火性
是指阻绝林火或通过延缓起火时间、减少可燃性成
分以及降低热量等方式以达到阻滞火势蔓延成灾的
能力。树种不同,森林的阻火性也有差异(谢玉敏
等,1999; 舒立福等,2000);同一种植物各器官的
阻火性也不一致。通过对比分析叶片、小枝和树皮
的理化性质发现,叶片是植物最容易着火的器官
(田晓瑞等,2001; 祝必琴等,2011)。在研究植物
的阻火性时,许多研究者也都关注叶片的燃烧性质
(单延龙等,2003; Alessio et al.,2008),但是关于叶
片阻火性的综合比较,目前还没有统一的评判方法。
常见的方法是通过测定叶片的灰分和抽提物含量
等,然后采用 A. I. D. 分析、灰色关联度分析或因子
分析建立数学模型来对植物阻火性进行比较,进而
筛选难燃植物(陈存及等,1994; 单延龙等,2003;
肖金香等,2011)。上述方法计算过程往往比较复
杂,或者指标权重的确定具有主观性,导致方法不便
于推广。此外,由于采用的研究方法不同,往往造成
同一树种的阻火性分析结果有差异(孙岩等,2001;
单延龙等,2003)。
本研究选择毕节市喀斯特山区的常见树木,对
其叶片在防火期的阻火性进行分析,并尝试一种基
于主成分分析 ( principal component analysis,PCA)
和加权逼近理想解排序(weighted technique for order
preference by similarity to ideal solution W-TOPSIS)法
相结合的方法对阻火性进行评判,以探讨该区域常
见树种间阻火性是否有显著差异,在该区寻找阻火
性较强的乡土植物,验证 PCA 分析与 W-TOPSIS 分
析相结合的方法是否适合用于树种阻火性差异的综
合评判,以期为植物阻火性分析方法研究以及喀斯
特山区的植被恢复提供参考。
1 研究区概况
贵州省毕节市 (26°21—27°46 N,103°36—
106°43 E)为全国石漠化的重点防治区域之一。全
市总面积 2. 69 万 km2,喀斯特面积占 79. 31%,石漠
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林 业 科 学 51 卷
化面积占 24. 36% ; 平均海拔1 511 m,大部分地区
属于北亚热带湿润季风气候区,年均温 10. 5 ~
15. 1 ℃,年均降水量 850 ~ 1 450 mm。该区有较为
明显的旱季和雨季,全年降水主要集中于夏季,且常
出现凝冻天气,增加了折倒木和枯枝落叶等易燃物
的积累,林地透光增温,增加了森林火灾的隐患。每
年 10 月至次年 5 月为该区的森林防火期。据统计,
2005—2009 年仅毕节市七星关区每年发生火灾就
达 102 ~ 237 起。
2 材料与方法
2. 1 试验材料
于 2012 年 11 月底在毕节市典型的喀斯特山区
选择云南杨梅 (Myrica nana)、珍珠荚蒾 ( Viburnum
foetidum var. ceanothoides )、小 叶 女 贞 ( Ligustrum
quihoui)、粉叶栒子 ( Cotoneaster glaucophyllus var.
glaucophyllus )、 椭 圆 叶 越 桔 ( Vaccinium
pseudorobustum )、茅 栗 ( Castanea seguinii )、杜 鹃
( Rhododendron simsii )、 火 棘 ( Pyracantha
fortuneana)、杉木 ( Cunninghamia lanceolata) 9 种常
见树木,采集向阳、完全展开的健康叶片,分树冠上、
中、下 3 个部位进行采集,每个树种至少 3 个重复,
每个重复约 500 g 鲜叶。叶片采后立即用塑封袋封
好带回实验室,一部分立即用于测定着火时间和含
水率,另一部分于 80 ℃恒温干燥箱中烘干后磨碎,
过 60 目筛,装入塑封袋中备试。
2. 2 试验方法
苯 -醇抽提物的测定:称取约 2 g 的过筛植物
样品,用滤纸筒包好,放入苯与乙醇(体积比 2∶ 1)混
合液中进行索氏抽提,然后将提取物蒸馏、烘干后称
量。苯 - 醇抽提物含量(% ) = 残余物质量( g) / 样
品质量( g) × 100% (李艳芹等,2010)。
灰分含量采用 CTM500 灰分挥发分测定仪进行
测定:称取约 1 g 的过筛植物样品,放入灰分测定仪
测定,约 3 h 后取出,称量残余物。灰分含量(% ) =
残余物质量( g) / 样品质量( g) × 100% 。
着火时间用电炉进行测定:将同一树种各部位
的鲜叶均匀混合,再随机选取 6 片叶片分别置于
2 000 W的电炉上助燃,重复 3 次。从叶片放上电炉
到产生第 1 个火星的时间即记录为着火时间,单位
以秒表示(舒立福等,2000)。
燃烧热值采用 CT2100 型多用热量测定仪测
定:称取约 1 g 的过筛植物样品,用预先称好的纸包
裹,再用棉线拴好,放入热量测定仪测定,单位以
kJ·g - 1表示。
2. 3 物种阻火性综合评价
植物的阻火性受其化学成分和物理性质的综合
影响(单延龙等,2003; 梁瀛等,2011),而它们对植
物阻火性的影响程度不同。本文根据主成分分析结
果对各特征指标进行权重赋值,再采用多目标决策
中的加权逼近理想解排序法对叶片的阻火性进行了
综合评判。
2. 3. 1 各指标权重的确定 对数据进行主成分分
析,得出主成分对各特征指标的载荷值 Pi,再计算
出各特征指标的公因子方差 Hi,Hi = P1 i
2 + P2 i
2 +
… + Pxi
2( x 为提取的主成分个数),并将单个特征
指标的公因子方差占所有公因子方差总和的百分数
作为各特征指标的权重 Wi,Wi = Hi /∑
n
i = 1
(H1 + H2 +
… + Hi) (n 为指标个数),且∑
n
i = 1
Wi = 1 (蒋晓芸等,
2002)。
2. 3. 2 阻火性比较 TOPSIS 法是在现有的对象中
进行相对优劣评价的方法 (蔡会德等,2006; 李浩
等,2007),其基本思想是在各指标的单调性一致的
情况下,将各个指标的最高值集合起来,组成一个最
优目标 A + (最阻火); 将各个指标的最低值集合起
来,组成一个最劣目标 A - (最易燃);再根据物种各
个特征指标与 A + 和 A - 的距离来评价物种的阻火
性,距离采用欧氏距离法进行计算。该方法的决策
方式:各个特征与 A + 距离最近且与 A - 的距离最远
的物种阻火性最强。具体的步骤如下:
1) 构造标准化决策矩阵。设有 m 个评价物种
(D1,D2,…,Dm),每个物种有 n 个评价指标 (X1,
X2,…,Xn),构建特征矩阵 D = (Xi j) m ×n,采用向量
归一化进行标准化预处理,得出标准化决策矩阵
R = ( rij) m ×n。
2) 计算加权标准化矩阵。利用主成分分析得
到的公因子方差计算各指标的权重 Wi,构建加权标
准化矩阵 V,则 V = (Vij) m ×n = ( ri j) m ×n × Wi。
3) 定义最优目标 A + 与最劣目标 A - 。
A + = {(maxVij j ∈ J
+ ),(minVij j ∈ J
- ),
| 1 ≤ i ≤ m | } = (V1
+,V2
+,…,Vn
+ ),
A - = {(minVij j ∈ J
+ ),(maxVij j ∈ J
- ),
| 1 ≤ i ≤ m | } = (V1
-,V2
-,…,Vn
- )。
式中: J + 是收益性指标集,表示第 i 个指标上的最
优值; J - 是损耗性指标集,表示在第 i 个指标上的
最劣值。
4) 计算每个物种到最优目标 A + 和最劣目标
A - 的距离。
401
第 3 期 梁 琴等: 喀斯特山区 9 种常见树木叶片在防火期的阻火性分析
采用欧氏距离法分别计算目标物种到 A + 和 A -
的距离,分别用 Di
+ 和 Di
- 来表示。
5) 计算与最优目标的贴近度( Ci
- ),并将 Ci

作为阻火性的综合评判值对植物的阻火性进行大小
排序。
Ci
- = Di
- /(Di
+ + Di
- ),i = 1,2,…,m。
当 Ci
- 越接近于 1,则说明 Di
+ = 0,目标越接近
于最优目标,植物阻火性越强; 当 Ci
- 越接近于 0,
则说明 Di
- 越接近于 0,目标越接近于最劣目标,植
物越易燃,阻火性越差。
2. 4 数据处理
为检验 9 种植物叶片理化性质的差异,采用单
因素方差分析( one-way ANOVA)对样本数据进行分
析,采用 Duncan 多重比较(Duncan’s multiple range
test)检验不同物种间的差异显著性( P < 0. 05 )。
采用 Factor Analysis 对树叶理化性质进行主成分分
析( PCA)。以上分析均采用 SPSS19. 0 统计软件。
为综合评判叶片的阻火性,采用 MATLAB7. 0 软件
对叶片理化性质进行 W-TOPSIS 分析,在分析前先
对样本数据进行标准化和同趋势处理。数据整理、
计算与作图均采用 Microsoft Excel 2007 软件进行。
3 结果与分析
3. 1 叶片理化性质指标比较
9 种植物叶片的苯 - 醇抽提物含量差异很大,
变化在 10. 67% ~ 22. 67%之间,其中珍珠荚蒾和茅
栗的抽提物含量分别是云南杨梅的 2. 12 和 1. 97 倍
(图 1A)。云南杨梅和珍珠荚蒾的灰分含量最高,
而茅栗、椭圆叶越桔和小叶女贞最低(图 1B)。小叶
女贞、茅栗和粉叶栒子的着火时间最长,而火棘、杉
木和杜鹃最短(图 2A)。燃烧热值最高的是茅栗、
椭圆叶越桔和小叶女贞,其次是杉木、粉叶栒子和火
棘,最低的是云南杨梅(图 2B)。
图 1 叶片的抽提物含量及灰分含量(平均数 ±标准误)
Fig. 1 Extractive content and ash content of leaves (mean ± SE)
CS: 茅栗 Castanea seguinii; VP: 椭圆叶越桔 Vaccinium pseudorobustum; PF: 火棘 Pyracantha fortuneana; CL: 杉木 Cunninghamia
lanceolata; CG: 粉叶栒子 Cotoneaster glaucophyllus var. glaucophyllus; RS: 杜鹃 Rhododendron simsii; MN: 云南杨梅 Myrica nana; LQ: 小
叶女贞 Ligusturm quihoui; VF: 珍珠荚蒾 Viburnum foetidum var. ceanothoides.图中不同字母表示树种间差异显著(P < 0. 05)。Different
letters in the figure indicate significant difference among species (P < 0. 05)。下同 The same below.
图 2 叶片的着火时间及燃烧热值(平均数 ±标准误)
Fig. 2 Ignition time and caloric values of leaves (mean ± SE)
3. 2 叶片阻火性综合评判
3. 2. 1 特征指标权重的确定 对 9 种植物叶片的
4 个理化性质指标进行主成分分析。结果表明,按
照累计方差贡献率 ≥ 85%的原则提取前 3 个主成
分,它们的累计方差贡献率为 98. 63%,已保存了原
始变量的大部分信息,能对大多数的数据给予充分
解释和概括(表 1)。因此,各特征对前 3 个主成分
的公因子方差计算权重即可。权重计算结果表明,4
个理化性质指标的权重有差异,着火时间权重最大,
抽提物含量次之,而燃烧热值权重最小。
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林 业 科 学 51 卷
表 1 主成分因子载荷量、累计方差贡献率及权重
Tab. 1 Load coefficient of main component,percent of accumulative contribution,community and weight
特征指标
Trait indices
成份 Components
1 2 3
公因子方差
Communalities
权重
Weight
抽提物含量 Extractive content 0. 517 2 0. 714 1 - 0. 468 0. 996 3 0. 252 5
灰分含量 Ash content - 0. 848 0 0. 508 9 0. 011 5 0. 977 5 0. 247 8
着火时间 Ignition time 0. 559 5 0. 420 4 0. 714 3 1 0. 253 5
燃烧热值 Caloric values 0. 956 4 - 0. 181 0 - 0. 155 0. 971 4 0. 246 2
累计方差贡献率 Accumulative contribution rate (% ) 0. 553 4 0. 798 0 0. 986 3
3. 2. 2 叶片阻火性比较 利用表 1 中得到的各特
征指标的权重进行加权 TOPSIS 分析,得到各树种阻
火性的综合评判值 Ci
- (表 2)。9 个树种叶片的阻
火性大小依次为:云南杨梅 > 椭圆叶越桔 > 小叶女
贞 >粉叶栒子 > 茅栗 > 珍珠荚蒾 > 杜鹃 > 火棘 >
杉木。
表 2 叶片阻火性比较
Tab. 2 Comparison of leaves’fire resistance
物种
Species
云南杨梅
MN
椭圆叶越桔
VP
小叶女贞
LQ
粉叶栒子
CG
茅栗
CS
珍珠荚蒾
VF
杜鹃
RS
火棘
PF
杉木
CL
综合评判值( Ci
- )
Comprehensive evaluation value( Ci
- )
0. 825 8 0. 545 3 0. 509 4 0. 389 5 0. 443 1 0. 428 6 0. 315 8 0. 288 3 0. 212 9
阻火性排序 Rank of fire resistance 1 2 3 4 5 6 7 8 9
4 结论与讨论
对叶片着火时间、苯 - 醇抽提物含量、灰分含
量、燃烧热值等单个指标的测定和分析表明,毕节地
区现存常见植物叶片的理化性质是有差异的;同时,
各个理化特征对叶片阻火性的影响程度不同。着火
时间是衡量可燃物着火特性的最直接参数,着火时
间越长,意味着叶片越不易着火,阻火性越强。因
此,在所有阻火性评价指标中,着火时间占权重最
大;国外一些研究者甚至直接用着火时间作为植物
易燃性的判定参数 (Massari et al.,1998; Alessio
et al.,2008; Ormeno et al.,2009)。苯 -醇抽提物是
指可用苯和乙醇抽提出来的物质的总称,可在较低
温度下分解,是引发火灾和火势蔓延的主要物质
(舒立福等,1999),在当前气候变化和林火研究中
越来越被关注 (Ormeno et al.,2009; Jenkins et al.,
2014)。本研究中苯 - 醇抽提物含量对阻火性的影
响较大,这与前人研究结果相吻合 ( Owens et al.,
1998; 舒立福等,2000)。灰分主要由无法燃烧的
无机化合物组成,在叶片燃烧过程中,灰分在一定程
度上能限制焦油产生并增加木炭的生成量,对有焰
燃烧起阻滞作用 (邓光瑞等,2006; 邹璐,2012)。
所以,灰分含量越高,叶片中无法燃烧的成分越多,
叶片的燃烧性越低,阻火性越强。燃烧热值是指可
燃物燃烧过程中所释放热量的大小,燃烧热值越大,
对火势的蔓延和传播贡献越大,预示着叶片阻火性
越低。在所有指标中,着火时间和苯 - 醇抽提物含
量对叶片的阻火性影响最大,表明叶片的阻火性主
要受引燃因子的影响。
一般认为针叶树的阻火性要弱于阔叶树(梁瀛
等,2011; 祝必琴等,2011),田晓瑞等(2001)的研
究也表明杨梅(Myrica rubra)是阻火性较强的植物,
因此,本研究选择了毕节市人工恢复的主要树种之
一———杉木和该区常见常绿植物———云南杨梅,分
别作为易燃及难燃植物对分析结果进行检验。笔者
预期易燃种类的阻火性综合评判值与杉木比较接
近,而难燃的种类与杨梅接近。研究结果基本符合
预期:云南杨梅和杉木分别处于阻火性最强和最弱
的两端,难燃的种类与云南杨梅比较接近,易燃的种
类与杉木比较接近。这说明笔者的研究结果是合理
的,在毕节喀斯特山区能找到阻火性较强的乡土植
物。当前该区的一些主要造林树种(如杉木)以及
优势物种(如火棘)属于易燃树种,不宜营造大面积
纯林,可挑选阻火性较强的云南杨梅、椭圆叶越桔等
混交种植,提高人工林的阻火性。
本研究结果说明,运用主成分分析确定特征指
标的权重,结合加权 W-TOPSIS 法,能够对不同树种
叶片的阻火性进行合理的评判。因为公因子方差反
映了各原始指标对提取出的几个主成分所起的作
用,也就是反映了各个特征指标的重要程度 (蒋晓
芸等,2002),因此,公因子方差大的指标自然应该
有更高的权重,这实际上是一种客观定权法。而且,
权重的计算结果也与舒立福等( 2000)的研究一致。
TOPSIS 法是一种经典的多目标决策分析方法,能够
最大程度地利用原始信息,并对其进行叠加和放大
处理,从而真实地反映实际情况,具客观性,且操作
601
第 3 期 梁 琴等: 喀斯特山区 9 种常见树木叶片在防火期的阻火性分析
简便,易于使用,通过 SPSS 或者 MATLAB 软件结合
计算机编程就可以实现整个 W-TOPSIS 分析的自动
化(卢坤等,2009)。然而,该法在植物阻火性评价
中的应用还很少。
植物在不同时期、不同器官的阻火性可能不同,
本研究仅分析最易燃的叶片在防火期的阻火性,今
后研究中可对小枝、树皮和根系等器官进行多时段
的综合分析,以便对植物阻火性作出更全面的评价。
参 考 文 献
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(责任编辑 朱乾坤)
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