小兴安岭区是我国重点林区之一，同时也是我国森林火险高发区。该林区森林火灾主要集中在春季和秋季，秋季一般以地表火为主，对林木的危害严重(郑焕能等，2000)。地表火主要燃烧枯枝落叶层(郑焕能，1988)，进一步发展可引燃树皮，导致危害更大的树冠火。因而，研究不同树种树皮和枯落叶的燃烧性差异和筛选阻火树种，对于预防森林火灾发生和延缓火势蔓延有重要意义。

以往研究都是通过树种含水率、抽提物和其他成分分析树种间燃烧的差异性，进而筛选抗火树种(陈存及等，1995；单延龙等，2003；2004；2005)。但由于目前所采用的研究方法和选取的可燃物研究指标不同，造成了同一树种阻火性能有所差异，比如胡海清等(2006)与单延龙等(2003)对枯落叶的研究结果就存在差异。

锥形量热仪是近几年发展起来的日臻成熟的材料燃烧性能测试先进仪器，与真实火灾存在良好的相关性，能够同时获得材料燃烧时有关热、烟、质量变化及烟气成分等丰富而可靠的信息(李坚等，2003)，因而可用于火灾模拟计算。近年来，利用锥形量热仪对树种燃烧性的研究已有报道(田晓瑞等，2001；卢凤珠等，2005)，但通过树皮和枯落叶综合评价树种燃烧性的研究却未见报道。本文利用锥形量热仪对黑龙江省小兴安岭林区常见的8种阔叶树树皮和枯落叶的燃烧性进行测试，其结果可为阻火树种筛选以及防火林带的建设提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 材料来源和处理方法

针对黑龙江省秋季林火的特点(以地表火为主)，选取成熟乔木林树种的树皮和地表枯落叶为研究对象。于2006年10月下旬自带岭凉水国家级自然保护区选择成熟林分采集样品，树种包括白桦(Betula platyphylla)、黄菠萝(Phellodendron amurense)、山杨(Populus davidiana)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、大青杨(Populus ussuriensis)、蒙古栎(Quercus mongolica)、青楷槭(Acer tegmentosum)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)，样木胸径15~20 cm，树皮在树干上、中、下3个部位混合取样，并收集各树种的枯落叶。

取树皮和枯落叶各20 g，105 ℃烘至恒重，计算得树皮和枯落叶的含水率(表 1)。将另一部分树皮和枯落叶放在通风处自然风干。把风干好的枯落叶和树皮用微型植物粉碎机进行粉碎，过筛(200目)备用。

1.2 试验方法

取粉碎好的树皮和枯落叶各25 g，均匀平铺在100 mm×100 mm样品盒内。采用英国FTT公司生产的标准型锥形量热仪，热辐射功率为50 kW·m^-2，对应温度为780 ℃(试验温度接近实际火灾温度)的外部点燃条件。利用锥形量热仪(参照ASTM E1354-90标准)测定样品的热释放速率(Heat release rate, HRR)(kW·m^-2)，总热释放量(Total heatrelease, THR)(MJ·m^-2)，烟产生速率(Smoke production rate, MLR)(g·s^-1)，比消光面积(Specific extinction area, SEA)(m²·kg^-1)，点燃时间(Time to ignition, TTI(s)等指标，利用Excel2003进行数据处理分析，计算出各测定样品的火发生指数FPI(张军等，2004)，综合确定各树种阻火性(Gilman et al., 1997)。

2 结果与分析 2.1 热释放速率

热释放速率(heat release rate, HRR)是单位时间单位面积拭件燃烧释放热量的速度，HRR的最大值称释热速率峰值(pkHRR)。HRR或pkHRR越大，单位时间内燃烧反馈给材料单位表面积的热量就越多，使材料热解速度加快和挥发性可燃物生成量增多，从而加速火焰传播(李坚等，2003)。因此，HRR或pkHRR越大，材料在火灾中危险就越大。从树皮和枯落叶的pkHRR值看，各树种树皮白桦最高，其次为黄菠萝，最低的为青楷槭；而枯落叶pkHRR最高的是黄菠萝，最低的是大青杨，青楷槭也很低。从到达pkHRR的时间看，白桦和山杨树皮最先达到峰值，而青楷槭和胡桃楸树皮最晚；对于枯落叶，白桦和蒙古栎最早达到峰值，胡桃楸最晚。从平均热释放速率看，白桦树皮始终最大，青楷槭始终最小；枯落叶平均热释放速率最大的为山杨和黄菠萝，最小的为青楷槭。因而，可以认为青楷槭最不易燃，而白桦和山杨较易燃(表 2)。

2.2 总热释放量

总热释放量(total heat release, THR)是单位面积的材料在燃烧全过程中所释放热量的总和。白桦树皮THR(62.6 MJ·m^-2)明显高于其他树种；胡桃楸、山杨、水曲柳、黄菠萝、大青杨、蒙古栎和青楷槭均比较接近(20.27~32.88 MJ·m^-2)。青楷槭最小，仅为白桦的32%(图 1A)。

青楷槭叶THR(10.75 MJ·m^-2)明显低于其他7个树种，仅为最大树种黄菠萝的59 %，而且其燃烧热能增加也最缓慢。其余6个树种THR比较接近(图 1B)。

THR值越大，材料燃烧所释放出来的热量就越多，一般情况下火灾危险就越大。将HRR和THR结合起来可更为合理地评价材料的阻燃性能(李坚等，2003)。HRR和THR的比较均表明，白桦树皮易燃；青楷槭树皮和枯落叶均难燃。

2.3 烟产生速率

烟产生速率(smoke production rate，SPR)指样品在燃烧过程中单位面积上瞬时产烟量。白桦树皮SPR峰值(0.1 m²·s^-1)远高于其他树种(0.02~0.04 m²·s^-1)；青楷槭树皮的SPR峰值最低，比白桦树皮低86%(图 2A1, A2)。

各树种叶SPR大小依次为黄菠萝、山杨、青楷槭、蒙古栎、白桦、水曲柳、胡桃楸、大青杨(图 2B1, B2)。其中黄菠萝叶SPR峰值最大(0.013 m²·s^-1)；大青杨叶SPR峰值最小(0.002 m²·s^-1)。

2.4 比消光面积

比消光面积(specific extinction area, SEA)指在试验条件下消耗单位质量的材料所产生的烟量(以面积计)。各树种树皮和叶SEA曲线波动较大。白桦树皮SEA曲线从燃烧开始迅速上升，并始终高于其他树种(图 3A1，A2)。各树种从大到小依次是白桦、山杨、大青杨、黄菠萝、胡桃楸、水曲柳、蒙古栎、青楷槭。

山杨叶SEA最先达到峰值(19 s)，白桦、水曲柳、胡桃楸和黄菠萝相差不大；青楷槭的曲线高峰出现在6 s，而大青杨叶的曲线高峰出现在11 s(图 3B1，B2)。

样品燃烧发出的烟由烟产生速率和比消光面积的增加反映出来，挥发性气体燃烧，比消光面积降低(王清文，2000)。结合SPR曲线和SEA曲线，可以看出白桦和山杨，高峰的出现时间最早，说明这2个树种在燃烧过程中发烟量大；而青楷槭叶和大青杨叶出现高峰时间晚，燃烧过程中发烟量少。

2.5 总烟释放量

总烟释放量(total smoke release, TSR)指单位面积的材料在燃烧过程中所释放烟量的总和。白桦树皮TSR(1 202 MJ·m^-2)最大，为其余7个树种(12~96 MJ·m^-2)的数倍乃至数十倍(图 4A)。各树种叶TSR比较分散，差异明显，从大到小依次为：黄菠萝(41.28MJ·m^-2)、白桦(25.54MJ·m^-2)、蒙古栎(23.81MJ·m^-2)、水曲柳(18.82MJ·m^-2)、山杨(16.92MJ·m^-2)、胡桃楸(14.71MJ·m^-2)、青楷槭(12.23MJ·m^-2)和大青杨(6.70 MJ·m^-2)，其中大青杨只占黄菠萝的16%，青楷槭占黄菠萝的16.23%(图 4B)。

2.6 点燃时间

点燃时间(time to ignition, TTI)是指样品从加热开始到出现稳定火焰的时间(王清文，2000；李坚等，2003；张军等，2004)，是评价材料阻燃性的重要指标之一。从TTI看，各树种树皮和枯落叶之间的阻燃性能并不一致(表 3)。对于树皮而言，青楷槭和胡桃楸为13 s，最难燃；而黄菠萝和白桦分别为2 s和3 s，最易燃。对于枯落叶而言，胡桃楸最难燃；而蒙古栎和白桦最易燃。

2.7 火发生指数

火发生指数(FPI)常被用来表示试验材料的火险程度，它是点燃时间与热释放速率峰值的比值。FPI值越大，抗火能力越强。对于树皮来说，青楷槭FPI值明显高于其他树种，抗火能力最强，而黄菠萝和白桦抗火能力最差。对于枯落叶，胡桃楸抗火能力最强，其次为青楷槭和山杨，最差的为蒙古栎和白桦(表 3)。

3 结论与讨论

利用锥形量热仪对黑龙江常见阔叶树种的树皮和叶进行了燃烧测定，综合对比分析了不同树种之间的热释放速率、总热释放量、烟产生速率、比消光面积、总烟释放量、点燃时间和火发生指数，认为白桦阻火能力最差，而青楷槭最强，因而青楷槭可以作为阻火优先筛选树种。其他树种介于白桦和青楷槭之间。另外，蒙古栎树皮具有较强的抗火能力，但枯落叶极易燃，因而可以认为是耐火树种。

本文根据不同树种树皮和枯落叶的燃烧差异性来分析树种的燃烧性能，综合确定了各树种阻火能力。地表可燃物(包括枯枝、落叶及半分解层)，特别是地表落叶燃烧性是影响林火发生的主要条件(郑焕能等，1988)，地表可燃物破碎化会对燃烧有影响，所以本文在样品处理中，把枯落叶粉碎，模拟了自然分解的第一步，为以后进一步研究未分解、半分解及完全分解的地表可燃物层对林火的影响做了铺垫。而由于粉碎所致样品在燃烧过程中存在发烟量大、燃烧不充分等问题，可能会影响试验结果，而且粉碎不能完全模拟自然状态的凋落物分解，因此分析结果与树种实际抗火能力可能存在一定的偏差，在以后的研究中应予以改进。

与以往研究相比，白桦阻火性能差这一结论与单延龙等(2003；2004；2005)的研究结果一致，但与孙岩等(2001)的研究有所差异，这可能与研究方法不同有关。不同的分析方法和指标体系都可导致研究结果有很大的差异。森林防火具有明显的区域性，尽管目前对黑龙江省防火树种的筛选已有很多研究，但并没有一致的结论，其主要原因就在于指标选择没有统一的标准。尽管锥形热量仪有其自身的优点，但也不能获得全面的指标，比如着火点、点燃含水率和蔓延含水率(胡海清等，2006)等重要参数。因此，筛选抗火树种亟需建立指标全面的综合评价体系，并且需要野外火烧试验的验证才能应用到防火实践中。