森林可燃物是森林燃烧的物质基础和林火行为的主体。对可燃物的研究涉及可燃物的理化性质、可燃物含水率、可燃物分类、可燃物载量估算等。可燃物的燃烧除取决于火源和氧气的必要条件外，还取决于本身的尺寸大小、结构状态、理化性质和数量分布(刘菲等，2005)。而树种的理化性质直接影响森林燃烧性及其火行为特点(单延龙等，2003; 张思玉等，2006)。森林可燃物的燃烧性和理化性质取决于构成森林的树种，其中树种的含水率、热值、灰分及抽提物与燃烧密切相关，可燃物的热值影响着火温度和蔓延速度(舒立福等，2000)，热值越大火强度越大; 灰分对有焰燃烧起阻滞作用，使挥发性可燃物产量降低; 抽提物大部分在低温下挥发，呈有焰燃烧，且热值较高，火线高度、亮度都与其含量成正比; 可燃物的含水率较高则不易燃烧(刘菲等，2005)。因此，测定分析树种这些基础数据，可为研究森林着火、蔓延、能量释放、火强度测算及防火树种筛选等提供依据。

1 研究区概况

研究地点位于新疆乌鲁木齐县水西沟乡天山森林生态定位研究站，地理坐标为43°09′—43°28′N，87°12′—87°50′E。该区属于天山北麓中部，高寒半干旱气候，年均降水量400~600 mm，年平均气温5 ℃，极端最低气温-38 ℃，最高气温30 ℃; 无霜期150~160天。雨季(6—9月)降水量占全年的79.1%。年均相对湿度57%。该站占地面积369 hm²，其中林业用地266 hm²，有林地面积139 hm²。海拔在1 908~2 710 m，土壤为山地灰褐色森林土。林龄一般为60~80年，最大年龄达150年。该试验区植被随山地地形和气候的差异而形成明显的垂直分布带，主要分布有天山云杉(Picea schrenkiana var. tianschanica)、方枝柏(Sabina saltuaria)、山柳(Salix depressa)、欧洲山杨(Populus tremula)、宽刺蔷薇(Rosa platyacantha)、忍冬(Lonicera tatarica)、黑果小檗(Berberis heteropoda)、山楂(Crataegus pinnatifida)、天山花楸(Sorbus tianschanica)等9种乔木和灌木。

2 材料与方法 2.1 试验材料

本项研究的野外取样在新疆天山森林生态定位研究站林区内，采集林分内主要的9种乔木(叶、大枝、小枝、皮、木质)、灌木(大枝、小枝、叶)的样品，用于每个树种可燃物理化性质的测定。

2.2 试验方法 2.2.1 含水率的测定

森林可燃物含水率的大小决定其点燃难易程度和燃烧蔓延的快慢，进而影响火强度等林火的行为(胡海清等，2006)。可燃物含水率和可燃物易燃性之间的关系十分密切，含水率越高，可燃物的易燃性越弱。一般采用烘干恒重法对可燃物的含水率进行测定。

将野外采集的样品装入牛皮纸信封，随即用电子天平称质量(取2位小数); 再将样品放入恒温干燥箱内，在105 ℃下烘至恒质量。当样品质量在2 h之间变化小于0.01 g时，称量得出样品的干质量。计算绝对含水率

(1)

式中，AMC为绝对含水率(%)，W_H为可燃物湿质量(g)，W_D为可燃物烘干后的绝干质量(g)。

2.2.2 灰分测定

灰分是影响可燃物燃烧性的重要因素，它主要由氧化硅、非氧化硅和矿物质构成，对有焰燃烧起阻滞作用，使挥发性可燃物产量降低。故而灰分越大燃烧性愈小，反之愈大(谢玉敏等，1999)。

灰分含量测定采用干灰分法测定，灰分的测定方法一般采用高温加热。用已粉碎好的样品用分析天平称取2 g左右放入坩锅内，放入样品前称量坩锅质量并记录，先将装有样品的坩锅放在电炉上将样品炭化，再放入茂辐炉内，温度调至850~1 000 ℃范围，经过6 h的充分燃烧，将样品在高温下灰化，冷却后对样品进行称量并记录。每个样品设置一个平行试验，使用仪器有茂辐炉、电子天平、坩锅。计算公式如下：

(2)

式中，A为灰分含量，M₁为炭化前样品和坩锅的质量，M₂为灰化后样品和坩锅的质量，m为坩锅质量。

2.2.3 抽提物测定

抽提物是可以用水(热水、冷水)、有机溶剂(醚、苯醇)或稀酸稀碱水液抽提出来的物质的总称。粗脂肪是一种成分很复杂的易燃物，对燃烧行为影响较大，粗脂肪含量是衡量树种易燃性的重要指标，不同植物粗脂肪含量越高的可燃物易燃性越强。

粗脂肪抽提物采用有机浸出残余法。取粉碎好的样品2 g左右，用滤纸包好，将滤纸包置于玻璃容器中，加入石油醚(60~90 ℃)，放置过夜浸泡，第2天将浸泡后的滤纸包放入浸提器中，安装好浸提器并放入80 ℃的电热套中抽提6 h，至浸提器中的浸提液变成无色，将滤纸包取出置于通风处，挥发掉石油醚再放人烘箱内烘干3~4 h，取出后称质量，每个样品设一个平行试验。

计算公式如下：

(3)

式中，M为抽提物质量，n为样品质量，B值是试验中各样品平行试验结果的平均值。

2.2.4 热值测定

热值即单位质量可燃物在25 ℃，101 kPa下完全燃烧时放出的热量，热值的测量一般采用氧弹式热量计。本研究中用Parr6300型全自动式量热计测定样品的热值。将粉碎好的样品称取1 g左右，利用压饼器压饼，放入热值计量仪内，按键操作，燃烧完毕后小屏幕上会显示热量值并打印出来。

2.3 可燃性指数评价方法

可燃物的各种属性不是相互孤立的，其化学成分和物理性质相互作用，形成了树种的各种特性，可燃物的理化性质不同其性质也发生变化，可燃物的理化性质对其燃烧性有较大的影响(张景群等，2001)。按照对可燃物燃烧性定量化研究的某些方法，本文可燃物的燃烧性根据可燃物的理化指标所属的隶属函数类型，求得隶属度值，通过主成分分析确定评价指标的权重，然后建立可燃性指数综合评价模型，计算各树种的可燃性综合指数，为可燃物属性值的获得奠定基础。

2.3.1 各指标隶属度值的计算

采用连续性质的隶属度函数(黎孟波等，1991)，并根据主成分因子负荷量值的正负性，确定隶属函数分布的升降性。

升型分布函数，即：

(4)

降型分布函数，即：

(5)

其中，F(X_i)表示各指标的隶属度值，X_ij表示各指标测量值，X_imax和X_imin分别表示第i项指标中的最大值和最小值。

2.3.2 各指标权重的计算

依据抽提物、灰分、热值、含水率共4项指标作为数据源，应用主成分分析确定4项指标的权重，即通过各评价指标的公因子方差占公因子方差和的百分数，利用下面公式求得单项指标的W_i(王建国等，2001)。

(6)

其中，W_i为第i个指标的权重，Communality_i为各指标的公因子方差。

2.3.3 可燃性指数综合评价模型

应用模糊数学中模糊集的加权综合方法(王建国等，2001; 许明祥等，2005)，建立可燃性指数综合评价的数学模型：

(7)

式中，FI(fuel index)为可燃物综合评价指标，FI越大，表示可燃物燃烧性越强。

3 结果与分析 3.1 可燃物理化性质分析

本试验共对9种乔木和灌木的含水率、灰分、热值及抽提物含量进行了测定，结果见图 1~4。

由图 1可知：乔木含水率最高的是山柳，最低的是花楸; 灌木的含水率最高的是忍冬，最低的是方枝柏。以含水率来评价可燃物燃烧性，基本符合灌木易燃性强于乔木，针叶树易燃性强于阔叶树的规律。但天山花楸的含水率却低于大部分灌木的含水率，这也验证了可燃物的易燃性受多种因子共同作用的观点。

灰分含量越高，可燃物越不易燃，反之，越易燃。由图 2可知：在乔木中，山柳的灰分含量最高，其次是欧洲山杨，由此可见山柳和欧洲山杨比天山云杉难燃; 在灌木中，宽刺蔷薇的灰分含量最高，其次是方枝柏、黑果小檗，最低的是忍冬。

抽提物是对可燃物易燃性评价的一个重要指标，一般来说，粗脂肪含量越高，可燃物的易燃性越强，反之，易燃性越弱。从图 3中可以看出，乔木中云杉的粗脂肪含量最高，然后依次是山楂、欧洲山杨、山柳、天山花楸; 灌木中，方枝柏的粗脂肪含量最高，然后依次是黑果小檗、忍冬、宽刺蔷薇。总的来说乔木中针叶树的粗脂肪含量高于阔叶树的粗脂肪含量。

可燃物热值是指在绝干状态下单位质量的可燃物完全燃烧时所释放出的热量，单位是kJ·kg^-1，可燃物燃烧时释放出来的热量，对林分的燃烧性有重要影响。一般来说，低热值的可燃物燃烧时释放能量少，火强度小，高热值的可燃物燃烧时释放的能量较大，火强度大。由图 4可知:乔木中热值最高的是云杉，最低的是天山花楸; 灌木中方枝柏的热值最高，其次是忍冬，最低的是宽刺蔷薇。

3.2 可燃性评价指标的计算 3.2.1 可燃物评价指标的主成分分析

依据抽提物、灰分、热值、含水率共4项指标作为数据源，运用主成分分析计算各项指标的负荷系数、贡献率与公因子方差，并应用公式(6)计算权重，结果见表 1。

3.2.2 评价指标隶属度计算

根据主成分因子负荷量值的正负性，确定各评价指标隶属函数分布的升降性。对于抽提物和热值采用公式(4)，灰分和含水率采用公式(5)，计算结果见表 2。

3.2.3 可燃性综合指标值计算

根据表 1和表 2的结果，运用公式(8)，计算出天山地区不同树种可燃性综合指标值(表 3)。

4 结论与讨论

森林可燃物易燃性研究是森林燃烧性的基础，可燃物理化性质是易燃性的主要影响因素。因此可燃物理化性质分析是可燃物易燃性研究的基础，是森林火灾研究的重点。本研究中对可燃物属性值进行了相关性分析，得出天山中部林区主要树种燃烧性大小顺序依次为：方枝柏＞天山云杉＞黑果小檗＞山楂＞忍冬＞欧洲山杨＞山柳＞天山花楸＞宽刺蔷薇。

对森林燃烧性影响较大的是在森林中占优势的树种。天山云杉林是新疆分布最广，木材生产量最高的珍贵针叶林。在天山中部林区，天山云杉为绝对优势树种，几为纯林，很少见混生有其他树种，只是在立木稀疏的情况下，才混生有天山花楸或柳类，森林的下木与草类也很稀少。通过对天山中部林区9个不同树种的合水率、抽提物、灰分含量和热值的测定，得出：方枝柏的燃烧性最强，天山云杉的燃烧性次之，这说明天山中部林区属较易燃的森林群落。天山云杉是易燃树种，抗火灾干扰能力较差，其森林系统的自维持在某种程度上依赖于火干扰(李明辉等，2005)。火是天山森林生态系统自维持所依赖的动力源，这也从另一个侧面表明：天山云杉林在低强度、小面积的小火或局部高强度火的作用后，有利于改善森林更新条件，有利于幼苗幼树的生长发育，并不影响其优势地位，有利于该森林生态系统的稳定性。

森林的可燃性与树种的组成关系密切，因此对树种易燃性研究非常必要。但树种的易燃性受树种理化性质、生物学性质、生态学特征共同作用。本文在树种易燃性研究中仅研究了树种的理化性质，而没有涉及到树种的生物学性质和生态学特征，在今后的研究中，应对可燃物的易燃性进行全面分析，得出更加科学的结果。