森林可燃物是森林燃烧的物质基础，1 h时滞可燃物含水率是决定森林火灾能否发生的关键因素。关于可燃物含水率的研究可追溯到1928年，加拿大林务局采用基于相对含水率的火险预报法。加拿大火险等级系统给出了3种不同可燃物的含水率预测模型：细小可燃物湿度码、枯枝落叶层湿度码和干旱码^[1]，1963年提出了时滞的概念^[2]。ROTHERMEL^[3]研究了可燃物含水率与环境因子的关系并建立了细小可燃物火行为预测模型。中国关于可燃物含水率模型的研究起步相对较晚^{[4, 5]}，学者们研究了东北地区大小兴安岭和长白山的可燃物含水率与气象因子的关系^{[6, 7, 8, 9]}。卢欣艳等^[10]研究了北京西山林场死可燃物含水率和活可燃物含水率对气象因子的响应机制，并建立了模型。杨国福等^[11]监测了浙江千岛湖地区4种林型地被可燃物含水率，研究了可燃物含水率与空气温度和空气湿度的相关性。王超等^[12]建立了塞罕坝林区可燃物含水率与气象要素的关系。全国大部分林区基本都对当地可燃物含水率与气象因子的关系进行了研究，而坡向坡度2个地形因子对可燃物含水率的影响研究相对较少。通过研究坡向坡度对地被可燃物含水率的影响，可提高气象回归模型的精确性，为构建地形修正模型提供参考。

以哈尔滨城市林业示范基地白桦(Betula platyphylla Suk.)林、兴安落叶松(Larix gmelinli Rupr.)—白桦混交林的凋落叶和地表 0.7 cm以下的小枝^[10]为研究对象。2015年1月7日，采用随机抽样法在白桦林和兴安落叶松—白桦混交林中分别采集60个尼龙网的地被可燃物。可燃物床层所用的土壤分别取自白桦林和兴安落叶松—白桦混交林林下，采集过程：用铁锹在样地中划出边长为20 cm的正方形土块并整块挖出，挖取时尽量不把土壤敲碎，避免破坏土壤的孔隙度，取土深度为20 cm。运送途中尽可能减少小枝折断，保持自然状态下的可燃物结构和密实度。

采用150 cm×50 cm×40 cm的塑料槽模拟野外可燃物床层，床层的一端固定在高度可调的支架上，通过调节支架的高度来模拟不同的坡度。在变坡土槽中依次填入20 cm厚的土壤及10 cm厚的可燃物。分别模拟0°(平地)、15°(缓坡)和45°(陡坡)3种坡度。

镝光灯可作为太阳光的替代光源，可见光部分可以达到太阳模拟器国家A级标准，其余部分可以达到国家B级标准^[13]。以卤素镝光灯作为替代日光，按照大兴安岭林区野外阴阳坡的日太阳辐射差异量进行照射，从而模拟阴阳坡。大兴安岭地区南坡年平均日辐射量比北坡多62 K·cm^-2[14]，南北坡太阳辐射量最大差值出现在中午12：00，最小差值出现在下午15：00^[5]。实验室模拟时，用太阳辐射计测量可燃物床层所接收到的净太阳辐射，通过调节镝光灯的高度，改变地表所接受的太阳辐射量，当辐射量为6.2 K·cm^-2时视为与野外情况吻合，每天照射10 h。

按照上述方法构建阳坡陡坡、阳坡缓坡、阳面平地、阴坡陡坡、阴坡缓坡和阴面平地6个地被可燃物床层，每个床层内放置10个装有地被可燃物的尼龙网。为了模拟野外的环境，将尼龙网随机分布在可燃物床层上，一半埋入凋落物中，另一半暴露在空气中。实验共持续20 d，每种林型测量10 d，每天8：00-18：00每小时称重1次，在称重的同时，用便携式手持气象站测量南坡和北坡的空气温度及相对湿度。最后将尼龙网中可燃物装进档案袋中，统一放入烘箱中烘干，测量干重，计算绝对含水率。

地被可燃物含水率计算公式如下

式中：M为地被可燃物绝对含水率(%)；W_H为地被可燃物鲜重(g)；W_D为地被可燃物干重(g)。

地被可燃物含水率动态变化：计算监测期间同一地被可燃物床层中每个时间点各个尼龙网中可燃物含水率的平均值，用Excel软件绘制地被可燃物含水率日动态变化折线图，比较不同地被可燃物床层之间含水率的变化。采用Pearson相关性分析法比较不同地形条件下地被可燃物含水率的相关性。计算各个地被可燃物床层含水率的平均值、最大值、最小值和标准差，分析造成差异的原因。

含水率气象回归模型的建立：由于实验室内属于无风封闭环境，所以只选用空气温度和空气相对湿度2个气象因子，应用多元线性回归法，建立地被可燃物含水率与气象要素的回归模型。

应用SPSS 19.0和Statistic 10.0统计软件进行数据统计分析。

地被可燃物含水率的日动态变化曲线如图 1所示。由图 1可以看出，不同林型、坡向条件下地被可燃物含水率日变化曲线总体呈下降趋势。同一林型阴坡地被可燃物含水率大于阳坡地被可燃物含水率。白桦林地被可燃物床层阴坡日平均含水率比阳坡高0.98%，兴安落叶松—白桦混交林地被可燃物床层阴坡日平均含水率比阳坡高2.11%。坡向相同条件下，白桦林地被可燃物含水率大于兴安落叶松—白桦混交林地被可燃物含水率。

	图 1 地被可燃物含水率的日变化 Figure 1 Diurnal moisture change of ground cover combustible materials
图选项

地被可燃物含水率的统计学特征见表 1、表 2。其他条件相同时，不同坡度地被可燃物含水率平均值的差值并不大，有的甚至不到1%。产生这种结果可能是因为实验空间较小且封闭，空气对流和平流周期较短，不同地被可燃物床层空气相对湿度差异较小。变坡土槽长度有限，无法完全模拟野外样地的坡长与海拔，坡度对地表径流和高程作用的影响无法完整体现。

可燃物含水率与坡度坡向的Pearson相关性分析结果见表 3、表 4、表 5和表 6。从表 3、表 5可以看出，白桦林不同坡度地被可燃物含水率的Pearson相关系数0.5 < R < 0.8，说明坡度与地被可燃物含水率呈中度相关关系；兴安落叶松—白桦混交林不同坡度地被可燃物含水率的Pearson相关系数R>0.8，说明坡度与兴安落叶松—白桦混交林地被可燃物成含水率呈高度相关关系；兴安落叶松—白桦混交林的Pearson相关系数大于白桦林的Pearson相关系数，说明兴安落叶松—白桦混交林坡度与地被可燃物含水率的相关性大于白桦林的。坡度对2种林型地被可燃物含水率的影响存在差异，造成差异的原因是2种林型地被物组成不同，可燃物载量和可燃物床层理化属性存在较大差异，可燃物失水的机理以及对环境因子的反应速度都不相同。

从表 4、表 6看出，白桦林不同坡向地被可燃物含水率的相关系数0.3 < R < 0.5，说明坡向与白桦林地被可燃物含水率呈低度相关关系；兴安落叶松—白桦混交林不同坡向地被可燃物含水率的相关系数R>0.8，说明坡向与地被可燃物含水率呈高度相关关系；兴安落叶松—白桦混交林坡向与地被可燃物含水率的相关性大于白桦林。坡向直接影响太阳辐射量，2种林型地被可燃物对坡向的响应程度不同，说明可燃物床层对太阳辐射的接收能力和反射能力不同，可燃物内部对热的传导能力也存在差异。

由于坡度、坡向与地被可燃物含水率的相关性不同，在建立地被可燃物含水率预测模型时，若不区分坡向和坡度势必会影响模型的准确性，对森林火险等级和火行为的预报产生误差。野外条件下，地被可燃物床层结构复杂且内部差异较大，不易得出统一的规律。气象要素回归法是基于统计学原理，在大量气象数据和含水率数据的支持下建立的回归模型，地域局限性较大，但小尺度范围内较为精确。在实验室相对封闭的条件下，气象要素回归法在小尺度的精确性优势明显，不同林型地被可燃物含水率与气象因子的回归模型见表 7，监测期室内相对温度变化范围14.12-17.75 ℃，室内相对湿度变化范围31.93%-38.28%。

T为空气相对温度，H为空气相对湿度。参数的回归系数为正，说明参数与可燃物含水率呈正相关，反之为负相关。由表 7可以看出，参数H的回归系数均为正，说明可燃物含水率与空气相对湿度始终呈正相关；白桦林阴坡缓坡参数T的回归系数为正，说明白桦林地被可燃物含水率与空气相对温度呈正相关，白桦林其他样地类型参数T的回归系数为负，可燃物含水率与空气相对温度呈负相关；兴安落叶松—白桦混交林参数T的回归系数均为正，说明兴安落叶松—白桦混交林地被可燃物含水率与空气相对温度呈正相关。

不同林型条件下，地被可燃物床层属性差异较大。白桦林地被可燃物主要为白桦落叶，叶面积较大，叶片之间结构稀疏且叶片容易腐烂；兴安落叶松—白桦混交林地被可燃物多为针叶，叶面积较小，结构紧密，且带有一定油脂不易腐烂。白桦林地被可燃物床层密实度较低，可燃物个体大且卷曲，持水性相对较强；兴安落叶松—白桦混交林地被可燃物床层密实度较高，部分可燃物个体体积小，针叶上带有一定油脂，持水性相对较弱。在无降雨的条件下，可燃物失水过程多为内部水分向火环境中散失。此种情况下，地被可燃物床层结构对水分散失过程影响较大。不同坡向条件下，地被可燃物床层接受的太阳直接辐射量差异很大。阳坡的空气温度高于阴坡，且阳坡的昼夜温差也大于阴坡。阴阳坡的空气湿度差异分为雨后天气和连旱天气2种情况：雨后土壤湿度比较大，阳坡由于太阳辐射较强，水分蒸发快速，大量土壤中的水蒸发到空气中，导致阳坡的空气湿度高于阴坡；在连旱天气下，阳坡比阴坡土壤温度更高，土壤水分蒸发能力强，土壤含水率较低，此时虽然阳坡蒸发能力较强，但实际蒸发的水分并不多，因此此时阳坡的空气湿度低于阴坡。在春、秋2个防火季阴坡的太阳直接辐射是最小的，圆形山谷谷底次之，除了低纬度地区外，阳坡的太阳辐射量是各个坡向中最大的。不同坡度条件下，地被可燃物床层的日照时间和太阳辐射通量达到最大值的时间存在差异。阴坡的土壤温度最低，且随着坡度的增加而降低；阳坡的土壤温度最高，且随着坡度的增加而上升。受风和乱流的影响，不同坡度空气温湿度的差异并没有土壤温湿度明显。坡度不同，地被可燃物床层属性存在差异，地被可燃物床层厚度与坡度呈反比。陡坡可燃物载量小，结构稀疏，单位质量可燃物的太阳辐射热通量较大；缓坡可燃物载量大，结构紧密且容易腐烂，单位质量可燃物的太阳辐射热通量较小。地被可燃物床层内部结构不同，其对周围环境的反应机理也存在差异。坡度不同，地表径流量和土壤水分散失速度存在差。陡坡地表径流量大，土壤水分流失速度快；缓坡地表径流量偏小，土壤持水能力强，这种差异在雨后尤为明显。

研究表明，地被可燃物含水率低于4%时易发生大规模森林火灾，地被可燃物含水率高于40%时发生森林火灾的概率极小。可燃物含水率在区间内的日动态变化受气象和地形因子的影响。通过绘制哈尔滨城市林业示范基地的白桦林和兴安落叶松—白桦混交林可燃物含水率日动态变化曲线，可以得到：不同林型和坡向条件下，地被可燃物含水率日变化曲线都呈下降趋势；相同坡向条件下，白桦林地被可燃物含水率大于兴安落叶松—白桦混交林地被物含水率。对地被可燃物含水率数据进行统计分析发现：在同一环境中对于白桦林和兴安落叶松—白桦混交林的地被可燃物，都有陡坡可燃物含水率 < 缓坡可燃物含水率 < 平地可燃物含水率。通过Pearson相关性分析得出，坡度与可燃物含水率呈中度相关关系，坡向与白桦林可燃物含水率呈低度相关关系，坡向与兴安落叶松—白桦混交林地被可燃物含水率呈高度相关关系；与野外实验的结果存在差异，这种差异是由实验室条件造成的，变坡土槽的长度有限，无法模拟野外的坡长和海拔。在野外环境中，坡长越长，不同坡度的地表径流差异越明显，地被可燃物含水率差异越大。在夜间海拔因素主导的高程作用致使冷空气下沉，坡下的空气温度高于坡上。当海拔较高时，迎风坡易形成地形雨，背风坡则因空气下沉引起绝热增温，云量和降雨量偏少。

地被可燃物含水率是影响林火发生与否的重要因素，准确预测地被可燃物含水率，描述地被可燃物含水率的动态变化对林火的预防与扑救意义重大。地被可燃物含水率不仅受到气象因子和地形因子的影响，还与可燃物床层属性有关^{[15, 16]}。地被可燃物床层属性主要包括可燃物载量和密实度。密实度越大，平衡含水率越高，含水率变化较慢；密实度越小，平衡含水率越低，含水率变化较快^[17]。本实验在取样时无法保证样品之间的密实度和可燃物载量完全相同，实验结果会产生一定的误差。在野外环境中，林冠干旱指数和林内郁闭度对可燃物含水率产生影响。林冠干旱指数为一定时间内累计降雨量与蒸发量之比。林冠干旱指数能够描述出样地的净蒸发量。实验室环境属无降雨环境且没有冠层，在野外监测时，应单独考虑林冠干旱指数和郁闭度2个因素。

地被可燃物含水率与环境因子的关系是目前森林火险研究重点之一。传统的烘干法计算地被可燃物含水率比较准确，但消耗人力物力较多，不利于地被可燃物含水率的长期采集。地被可燃物含水率与气象参数关系密切，建立可燃物与气象参数的回归模型，可以通过长期的气象数据来弥补地被可燃物含水率数据的不足。在实际应用中，无法实现用手持气象站连续获取不同样地的气象参数，只能采用气象站的数据。气象站数据与林内气象数据的差异程度决定了地被可燃物含水率预测的准确度。气象站与不同样地的距离差异，不同地形和林型对林内气象数据的影响是差异的主要来源。由于林中郁闭度较大，当有降雨发生时林内降雨量和气象站降雨量差异明显。修正气象站数据，得到准确连续的林内气象数据是以后研究的重点。