森林地表枯死可燃物是森林燃烧的基础物质之一，直接影响着地表火行为发生的强度。承德县境内分布着大面积的人工针叶林，林下积蓄的枯枝落叶较多，发生地表火的危险性极高，因此，对影响潜在地表火行为的因子，即地表枯死可燃物的各类载量及含水率进行调查研究(Shan et al., 2002)，从而实时掌握不同林分的潜在地表火行为状况，显得尤为重要。目前，学者们将可燃物载量(胡海清，2005；郭利峰等，2007)、可燃物含水率(覃先林等，2001)作为独立的因子进行大量的研究，而将可燃物的参数运用到潜在地表火行为评价及管理中的实例研究尚不多见。本文利用容易获得的林分、地形、气象等影响因子建立各类可燃物参数的估测模型，并以各参数为潜在地表火行为的划分指标，对不同林地的潜在地表火行为进行分类并划分等级，可以减少实地观测时消耗的人力、物力、财力，实时并且快捷地掌握不同林分类型的可燃物特点及状态，为当地林火的分级管理提供数据基础及理论依据，从而更有效地开展林火的防范工作。

1 研究方法 1.1 研究区概况

承德县位于河北省东北部，西南与北京接壤，东北毗邻内蒙古赤峰市，年平均气温5.9~9.0 ℃，降水量在450~850 mm之间，雨量多集中在7—9月份，属于暖温带大陆性季风型山地气候，四季分明，南北温差大。土壤以酸性棕壤土为主，土层较厚，土壤肥力较高。每年的11月到次年的5月为该区的防火期，县内由南向北设有红旗、南甲山、五道河、北大山四大国有林场。

1.2 调查方法

2008年5月份于承德县北大山林场、红旗林场区域内，依据不同的林分类型、林龄，选择有代表性的油松(Pinus tabulaeformis)纯林、落叶松(Larix gmelinii)纯林、油松落叶松混交林，利用机械布点的方法设置30 m×30 m的样地，样地尽量避免林缘及人为破坏的地方，采用常规调查法测定海拔、坡度、坡向、树高、胸径、冠幅、郁闭度、林龄等地形和立地因子，共获得29个小班，58块样地的数据，其中油松幼龄林、油松近熟林、落叶松中龄林、油松落叶松混交林幼龄林、油松落叶松混交林近熟林各6块，油松中龄林12块，落叶松幼龄林16块。

可燃物载量的测定：在样地内一条对角线上机械设置5块1 m×1 m小样方，记录枯落物的厚度，测得每个样方内1 h，10 h和100 h时滞可燃物的湿质量，取样带回实验室测定含水率。各样地的测定同时进行，每隔2天重复1次，连续5个重复。

可燃物分类标准：1 h时滞可燃物——凋落物层，直径小于0.5 cm的小枝，树叶和杂草；10 h时滞可燃物——半分解层，直径0.6~2.5 cm的小枝条；100 h时滞可燃物——直径2.6~7.5 cm的木棍(单延龙等，2006)。

林内气象因子的测定：每样地为1个观测点，分别使用3杯风向风速仪、温湿度表观测取样当天14时距地面1.5 m处的风速、相对湿度和空气温度。

1.3 内业计算

把取回试样放入烘箱内，在105 ℃下连续烘干24 h至绝干质量，用电子天平称质量，计算出每个样方内不同种类可燃物含水率：可燃物含水率(%)＝(湿质量－干质量)/干质量×100%。

根据小样方内可燃物含水率和对应种类的可燃物湿质量可推算出各样地及各调查小班的1，10，100 h时滞可燃物的载量(kg·hm^-2)。

1.4 分析方法

1) 线性回归分析法  本研究选取对地表枯死可燃物有影响的4个林分因子(胸径、树高、冠幅、郁闭度)和3个地形因子(海拔、坡位、坡度)作为自变量，利用逐步回归分析法建立各类可燃物载量与这些因子的数学估测模型。这个方法是剔除对因变量贡献较小的自变量，只保留对因变量有显著意义的自变量(单延龙等，2004)，选用的引入值为0.05，剔除值为0.1。而可燃物含水率与气象因子间的关系研究采用的是回归分析法中的全部纳入法。数据处理采用SPSS11.5软件。

2) 聚类分析法  利用DPS数据处理系统，选用系统聚类分析法，以1 h时滞可燃物载量、地表总可燃物载量、可燃物的含水率和枯落物层的厚度作为聚类的因子，对29个小班的潜在地表火行为状况进行聚类分析，聚类距离采用欧式距离，聚类方法为离差平方和法，依据聚类结果确定分级标准，对各林地的潜在地表火行为进行等级分级。

2 结果与分析 2.1 不同林分类型地表枯死可燃物载量分析及估测模型

综合各样本数据，从林型及林龄的角度对各类可燃物载量进行比较分析(图 1)。

从图 1可以看出：调查的7种人工针叶林类型中，地表枯死可燃物载量最高的为落叶松中龄林，其次为油松落叶松混交林近熟林，落叶松各林地的可燃物载量较油松林偏高。在各林地类型的地表总可燃物载量中，1 h时滞可燃物载量所占比例普遍较高；100 h时滞可燃物载量随着年龄段的增加虽有一定的增长趋势，但所占比例仍相对较低，并且从油松来看，生长后期的增加幅度较前期小，可能是生长后期自然整枝与自然稀疏程度降低所致。对同一类型来说，处于生长阶段中后期的各种类可燃物载量均高于生长阶段初期，在一定程度上反映了年龄对可燃物载量的影响。但可燃物载量间的差异并不是单因素造成的，而是多种因子综合作用的结果。

为量化各类可燃物载量与其影响因子之间的关系，利用逐步回归分析法对不同林分类型的可燃物载量与选取的林分、立地因子进行回归分析(张敏等，2007)。因1 h时滞可燃物载量代表燃烧的难易程度，地表总可燃物载量代表地表可燃物具有的能量，本研究主要对1 h时滞可燃物载量、地表总可燃物载量进行分析，得到的关系模型见表 1。

经检验可知，建立的各类可燃物载量与影响因子的关系模型用于估测是可行的。对各回归方程进行分析，3种林分类型的1 h时滞可燃物载量受到某一单因子的影响较为明显，即树高对油松落叶松混交林和油松纯林的1 h时滞可燃物载量产生正影响，落叶松纯林的1 h时滞可燃物载量主要受到坡度的负作用，也就是说随着坡度的增大呈减小的趋势。而3种林分类型的地表总可燃物载量主要受多个因子的交互影响：对油松落叶松混交林来说，总可燃物载量主要受冠幅和坡度的共同影响，冠幅对其产生正面影响，而坡度对其产生负作用；胸径和坡度综合作用于落叶松林地表总可燃物载量的大小，胸径对其形成正影响，而坡度对其产生负影响；而油松林的总可燃物载量主要是树高、海拔、坡位综合作用的结果，即随着各因子数值的增大，总载量呈增大趋势。模型中，树高、坡度2个因子出现的次数较多，对可燃物载量的影响较明显。这里需要指出的是，各模型中未被引入的因子并非对可燃物的载量不产生影响，这可能是选取的样地在此类因子上的差异较小所致。

2.2 不同林分类型地表枯死可燃物含水率的回归模型

为确定可燃物含水率与林内气象因子的关系，以不同林分类型地表枯死总可燃物的平均含水率为因变量，利用多元统计回归方法进行分析，经显著性检验，建立了油松落叶松混交林、落叶松纯林、油松纯林与林内气象因子的多元回归模型(表 2)。

由表 2可以看出：可燃物含水率的回归方程拟合效果较好，不同林分类型含水率的大小都是由空气温度、相对湿度以及风速共同决定的，温度及风速对其产生负影响，而相对湿度对其产生的是正影响。

2.3 潜在地表火行为等级分析

1) 各林地潜在地表火行为的聚类结果及等级划分  为准确掌握各个林地的潜在地表火行为状况，从可燃物本身的特性出发，以地表枯死总可燃物载量、1 h时滞可燃物载量、可燃物含水率和枯落物层的厚度为聚类因子，对29个小班的潜在地表火行为状况进行聚类，聚类结果见图 2。

图中横坐标为样点间的距离，距离越近，表明两者越相似，选择24.42处为组间距离标准，得到差异明显的3个组。由此，把不同林地潜在地表火行为分为差异明显的3个类(张景群等，2001)。为进一步确定各类的划分界限，将各小班的数据在4个潜在地表火行为分类指标上分别进行排序并赋值，即在枯落物厚度、地表总可燃物载量、1 h时滞可燃物载量3个指标上，按照数值从小到大的顺序从1到29赋值，而在可燃物含水率这个指标上依照从大到小的顺序赋为1到29。根据各指标的得分值可计算出各小班潜在地表火行为的综合分值(表 3)。

在聚类分析的基础上结合各小班潜在地表火行为的综合分值，制定潜在地表火行为等级的相对标准，并进行分级评价，评价结果为各小班潜在地表火行为的相对强弱程度(表 3)。将所调查的29个小班的潜在地表火行为分为3类：3块油松落叶松混交林幼龄林、3块油松幼龄林、油松中龄林2为弱地表火类型；3块油松落叶松混交林近熟林、落叶松幼龄林1、落叶松幼龄林2、落叶松幼龄林4、落叶松幼龄林6~8、油松中龄林1、油松中龄林3~6、3块油松近熟林为中度地表火类型；落叶松幼龄林3、落叶松幼龄林5、3块落叶松中龄林则为强度地表火类型。需要指出的是这里所说的强弱只是一个相对的概念，并不是绝对意义上的强弱程度。

聚类分析中10号林地，也就是落叶松幼龄林4被归为了第Ⅱ类，为中度地表火类型，但其综合得分值相对较小。对该小班的各火行为指标进行分析，造成这一矛盾的主要原因可能是该林地在地表总可燃物载量、可燃物含水率2个指标上与该类的其他林地比较相近，所以被归为一类；而1 h时滞可燃物载量的得分值明显小于其他林地，对综合得分值有相对较大的影响，也在一定程度上说明该指标对潜在地表火行为影响较大。

2) 不同林分类型潜在地表火行为分析  从林分类型的角度对各林地的潜在地表火行为状况进行分析，如表 4。

通过表 4得知：落叶松纯林较油松纯林及混交林来说，发生地表火的危险性较大，有5个小班的潜在地表火行为为强度地表火类型，占所调查的落叶松纯林样地数量的45.5%，而且并未出现弱地表火类型的林地；油松纯林和油松落叶松混交林并没有处于强度地表火类型的林地，主要有弱地表火和中度地表火2个类型，发生地表火的危险性相对较小，其中油松落叶松混交林弱地表火和中度地表火类型的林地各占一半，而油松纯林弱地表火类型林地的比例相对较小，这也在一定程度上说明了混交林发生地表火的危险性较纯林小，证明了混交林的营林模式要优于纯林。

3) 不同林龄的林地潜在地表火行为分析  从林龄的角度对各林地的潜在地表火行为状况进行比较分析，结果见表 5。

由表 5可以看出：幼龄林和中龄林阶段的林地潜在地表火行为分属于3个等级，各林地间差异较大，处于强度地表火类型的林地明显多于近熟林，通过分析它们各聚类因子的调查值发现，2块强度地表火类型的幼龄林地的可燃物含水率与其他幼龄林地近似，而其1 h时滞可燃物载量和地表总可燃物载量这2个因子的数值明显高于其他幼龄林地，与3块强度地表火类型的中龄林地比较接近，这也说明这2个因子对幼龄林地表火的影响相对较大；中龄林阶段的林地处于中度和强度地表火状态的共占了88.9%，明显多于幼龄林，这是由于这一阶段的植被还处于生长的旺盛阶段，各类可燃物的载量相对较高，而各生态系统对林地小环境改善功能正趋向于完备性演化，可燃物的含水率较近熟林低，因此中龄林是一个危险性相对较高的年龄阶段；而调查的6块近熟林中，并没有处于强度地表火类型的林地，发生地表火的危险性相对较低。

3 结论与讨论

本研究建立的各类可燃物载量与林分、立地因子，可燃物含水率与气象因子的回归关系模型的拟合效果较好，在林火管理工作中，可以用来预测可燃物载量及可燃物含水率，这些模型也证明了可燃物载量及可燃物的含水率状况受多种因素的影响，是多因子综合作用的的结果，而各影响因子的作用却不尽相同。模型中所涉及的因子调查简单，而且一部分因子可以从森林资源档案中获得，计算简便精准，为森林可燃物的管理提供一条便捷之路(陈宏伟等，2008)。

从可燃物本身的特性出发，结合聚类分析的结果，将承德县人工针叶林潜在地表火行为分为3个等级(康永祥等，1999)，该区大部分林地处于中度和弱地表火状态，强度地表火林地的比例相对较小。对于处于强度地表火状态的林地要重点控制，但也不能忽视弱度和中度地表火状态的林地(徐丽华，2001)，这为当地林业部门有针对性的进行护林防火提供了依据。就地表火发生的危险性来说，油松落叶松混交林要小于落叶松纯林和油松纯林，近熟林要小于幼龄林和中龄林。

本研究建立的估测模型以及对潜在地表火行为的划分，不仅为当地森林防火的管理提供可靠的依据，而且还减少了实地观测的工作量，实用价值较高。建议今后积累这方面的资料，不仅要研究地表可燃物，还应该将乔灌木以及可燃物的垂直、水平分布状况与潜在地表火行为结合起来，以便实时估测掌握火行为发生的动态。