張笑一 胡同欣 劉方策 孫龍

(森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué)),哈爾濱,150400)

林火行為是指森林可燃物從被點(diǎn)燃開(kāi)始到發(fā)生發(fā)展直至熄滅的整個(gè)過(guò)程中所表現(xiàn)出的各種現(xiàn)象和特征。林火行為預(yù)報(bào)作為林火預(yù)報(bào)中的主要部分，能夠在結(jié)合氣象條件和可燃物干濕程度以及地形因素(坡向、坡位、坡度、海拔等)預(yù)報(bào)林火發(fā)生后火蔓延速度和火強(qiáng)度等林火行為指標(biāo)[1]。地表可燃物是地表火發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是影響地表火蔓延的主要因素，95%以上的地表火是由1 h時(shí)滯細(xì)小死可燃物引起的[2]。地表細(xì)小死可燃物作為地表火的載體，其含水率、載量和壓縮比等對(duì)火行為具有重要影響，風(fēng)速和地形等環(huán)境因素對(duì)地表火行為的影響也十分顯著[3-6]。

國(guó)外有關(guān)林火行為的研究較早，Mcallister et al.[7]研究了可燃物含水率的差異對(duì)火行為的影響；Albini et al.[8]利用森林冠層內(nèi)的風(fēng)速構(gòu)建了預(yù)測(cè)地表火蔓延速度的模型；Porterie et al.[3]模擬風(fēng)在可燃物床層內(nèi)部傳播，利用風(fēng)速和時(shí)間因子建立火蔓延模型，同時(shí)通過(guò)質(zhì)量、動(dòng)量和能量的交換來(lái)量化氧氣與可燃物蔓延速度之間的關(guān)系；Frandsen[9]建立了森林草原地下火陰燃蔓延概率與可燃物中無(wú)機(jī)物含量、可燃物含水率和可燃物密度的3因素模型；Watts et al.[10]研究了可燃物含水率、可燃物無(wú)機(jī)物含量、可燃物密度對(duì)地下火陰燃速率的影響，構(gòu)建了陰燃蔓延速度模型。國(guó)內(nèi)對(duì)火行為研究起步較晚，主要包括室內(nèi)點(diǎn)燒試驗(yàn)和潛在火行為等方面的研究。李存宇等[11]、唐曉燕等[12]、金森等[13]在Rothermel模型的基礎(chǔ)上研究了紅松(Pinuskoraiensis)凋落物床層風(fēng)速因子的模擬試驗(yàn)，分別以床層壓縮比和可燃物含水率建立了新的風(fēng)速因子模型[11-13]。王凱[14]分析了北京西山林場(chǎng)主要森林類型的可燃物分布及潛在火行為狀況，建立了不同氣象條件及立地因子的林火行為預(yù)測(cè)模型，并計(jì)算了不同可燃物類型的潛在火行為。陶奇等[4-5]、武金模等[6]研究了坡度與火蔓延之間的關(guān)系，將坡度歸納為坡度自身的作用和上坡火誘導(dǎo)產(chǎn)生斜坡風(fēng)的作用。金森等[15]、張吉利等[16]以帽兒山地區(qū)紅松、蒙古櫟(Quercusmongolica)林下地表凋落葉為材料，在不同條件下進(jìn)行點(diǎn)燒試驗(yàn)，分析了各類相關(guān)火險(xiǎn)因子對(duì)火行為指標(biāo)的影響。何誠(chéng)等[17]研究了大興安嶺森林草原地下火陰燃特征，認(rèn)為可燃物含水率與地表可燃物溫度上升速度成反比；而且可燃物載量越大，釋放的熱量越大，達(dá)到最高溫度所需時(shí)間越短。

綜上所述，可燃物特征、風(fēng)速和坡度都是影響火行為的重要因素，并且這些因素之間存在對(duì)火行為產(chǎn)生影響的交互作用，因此在分析林火蔓延的過(guò)程中，必須考慮各個(gè)因素對(duì)火行為所產(chǎn)生的作用。興安落葉松(Larixgmelinii)是中國(guó)北方森林生態(tài)系統(tǒng)的建群種和優(yōu)勢(shì)種，也是受森林火災(zāi)影響最大的群落類型。本文以興安落葉松針葉凋落物為研究對(duì)象，系統(tǒng)的研究興安落葉松林床層的可燃物特征、風(fēng)速、坡度以及這些因子之間的交互作用對(duì)林火蔓延速度產(chǎn)生的影響，建立興安落葉松針葉凋落物蔓延速度模型，為預(yù)測(cè)興安落葉松林地表火行為，以及提高森林火災(zāi)的預(yù)防和撲救效率提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省南部尚志市帽兒山林場(chǎng)，張廣才嶺西坡(45°20′～45°25′N，127°30′～127°34′E)，平均海拔為300 m，境內(nèi)最高海拔805 m。該地區(qū)屬于典型溫帶大陸性氣候，年均氣溫2.8 ℃，1月份最冷，7月份最熱；年均降水量724 mm，降水集中在6—8月份。該地區(qū)土壤多為暗棕壤。植被類型主要包括蒙古櫟、胡桃楸(Juglansmandshurica)、樟子松(Pinussylvestnisvar.mongolica)、紅松、山楊(Populusdavidiana)、白樺(Betulaplatuphylla)及興安落葉松等。

2 材料與方法

2.1 材料的采集及預(yù)處理

于2018年5月春季防火期，利用五點(diǎn)估計(jì)法計(jì)算樣地內(nèi)松針載量，在興安落葉松林地內(nèi)設(shè)置5個(gè)20 m×20 m的正方形樣地，調(diào)查樣地的基本信息。在樣地內(nèi)4角和中央分別設(shè)置5個(gè)50 cm×50 cm的小樣方，隨機(jī)選取小樣方內(nèi)3處測(cè)量其松針針葉的厚度，求平均值；采集林下松針針葉(不包括腐殖質(zhì)層和半腐殖質(zhì)層)，使用檔案袋一次性取回小樣方內(nèi)所有的松針針葉并計(jì)算其載量。稱重后，將樣品存放儲(chǔ)藏室內(nèi)保存，在收納袋上標(biāo)記采集地點(diǎn)、日期和質(zhì)量。樣地基礎(chǔ)信息和可燃物特征見(jiàn)表1。

表1 樣地基礎(chǔ)信息和可燃物特征

2.2 室內(nèi)點(diǎn)燒試驗(yàn)

試驗(yàn)在東北林業(yè)大學(xué)帽兒山風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展，試驗(yàn)以可燃物含水率、可燃物載量、床層坡度、風(fēng)速為控制變量。在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，受地形因素的影響，興安落葉松針葉載量為6～14 t·hm-2，試驗(yàn)將載量設(shè)為4個(gè)水平(8、10、12、14 t·hm-2)?？扇嘉锖试O(shè)4個(gè)水平(5%、10%、15%、20%)，每次點(diǎn)燃前將松針?lè)湃牒嫦渲校?05 ℃條件下連續(xù)烘干24 h以上，烘干至恒質(zhì)量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需可燃物干質(zhì)量計(jì)算所需加水量(可燃物濕質(zhì)量-可燃物干質(zhì)量)，利用噴壺將指定質(zhì)量的水均勻噴灑到指定質(zhì)量的可燃物上，并用封口袋密封24 h至水分完全被吸收，完成可燃物含水率的制備?？扇嘉锖视?jì)算公式如下：

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)帽兒山地區(qū)興安落葉松所生長(zhǎng)的坡度不超過(guò)20°，因此床層坡度設(shè)3個(gè)水平(0°、10°、20°)。森林中風(fēng)速一般不超過(guò)5 m·s-1。預(yù)試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)風(fēng)速為1和2 m·s-1時(shí)，可燃物床層不蔓延，故風(fēng)速設(shè)3個(gè)水平(2、3、4 m·s-1)。

試驗(yàn)共進(jìn)行144組。為確保室內(nèi)溫度、相對(duì)濕度，點(diǎn)燃試驗(yàn)在09：00—16：00進(jìn)行。每次試驗(yàn)開(kāi)始前利用Kestrella4500型手持氣象站進(jìn)行測(cè)量。早08：00開(kāi)始為床層預(yù)熱，冷卻數(shù)分鐘后，進(jìn)行第一場(chǎng)試驗(yàn)的點(diǎn)燃，試驗(yàn)需間隔5～10 min進(jìn)行第二場(chǎng)試驗(yàn)的點(diǎn)燃。選擇不同可燃物含水率、可燃物載量的興安落葉松針葉均勻鋪設(shè)在長(zhǎng)1.2 m、寬0.5 m的可傾斜燃燒床上，在燃燒床上隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)測(cè)量松針可燃物的高度并計(jì)算其平均高度，然后計(jì)算其床層壓縮比。燃燒床下方墊石棉網(wǎng)，可以隔熱、絕緣、防火，防止點(diǎn)燃其他物品。在燃燒床的側(cè)邊布設(shè)5根鋼尺，鋼尺距離床頭分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 m，用來(lái)計(jì)算床層可燃物的蔓延速度。用木炭均勻引燃興安落葉松針葉床層的前端，打開(kāi)風(fēng)洞，記錄蔓延速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

對(duì)興安落葉松針葉床層火蔓延速度的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、最大值和百分?jǐn)?shù)等基本數(shù)據(jù)進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)分析。

利用SPSS 19.0(IBM.USA)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，分析蔓延速度與可燃物含水率、可燃物載量、床層坡度、風(fēng)速和床層壓縮比之間是否存在相關(guān)性，并用Sigma Plot 12.5繪制與蔓延速度呈顯著相關(guān)的各因子的散點(diǎn)圖。

利用Statistica 10.0(Stat Soft. USA)，進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析，僅考慮了單個(gè)變量對(duì)蔓延速度的影響，并不能夠剔除其他變量對(duì)蔓延速度的影響。在多個(gè)可控變量中，選取2個(gè)變量交互對(duì)蔓延速度進(jìn)行分析時(shí)，在不考慮第3個(gè)變量的情況下，分析2個(gè)變量的交互作用對(duì)蔓延速度的影響。

通過(guò)多因素方差分析，計(jì)算各因子對(duì)火蔓延速度變異解釋的百分比，綜合考慮各因子之間的交互作用對(duì)蔓延速度變異的解釋。通過(guò)逐步回歸分析，計(jì)算與蔓延速度有顯著影響的因子，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建火蔓延速度預(yù)測(cè)模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 興安落葉松針葉床層火蔓延速度的統(tǒng)計(jì)特征

在144組點(diǎn)燃試驗(yàn)中有22組沒(méi)有點(diǎn)燃或者沒(méi)有蔓延到床尾，其中風(fēng)速為2 m·s-1的占16組。由表2可知，122組點(diǎn)燃試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，興安落葉松針葉床層蔓延速度的平均值為6.76 m·h-1，最大值與最小值相差較大，為92.61 m·h-1，從75%的區(qū)間值來(lái)看，多數(shù)點(diǎn)燒試驗(yàn)的林火蔓延速度小于5.58 m·h-1。床層高度為自然鋪平的狀態(tài)。

表2 點(diǎn)燒試驗(yàn)蔓延速度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

由表3可知，在0.01水平(雙側(cè)檢驗(yàn))上，極顯著相關(guān)的變量，對(duì)火蔓延速度的影響由大到小的順序?yàn)椋猴L(fēng)速、可燃物含水率、坡度?；鹇铀俣扰c可燃物載量沒(méi)有顯著相關(guān)性，試驗(yàn)過(guò)程由于興安落葉松針葉細(xì)小，無(wú)法設(shè)置固定床層高度，床層壓縮比幾乎為恒定值。本試驗(yàn)主要研究興安落葉松針葉床層火蔓延(明火燃燒和陰燃)速度與可燃物含水率、可燃物載量、床層坡度、風(fēng)速之間的關(guān)系。

表3 火蔓延速度與變量因子的相關(guān)分析

3.2 興安落葉松針葉床層林火蔓延速度的影響因子

3.2.1 可燃物含水率對(duì)蔓延速度的影響

由圖1可知，興安落葉松針葉床層可燃物含水率與火蔓延速度擬合曲線符合線性相關(guān)，火蔓延速度與可燃物含水率呈極顯著負(fù)相關(guān)。隨著可燃物含水率的增加，火蔓延速度減小，可燃物含水率較低時(shí)，被點(diǎn)燃概率増加?；鹇铀俣瘸^(guò)20 m·h-1的數(shù)據(jù)點(diǎn)大部分都集中在可燃物含水率為5%的區(qū)域。說(shuō)明火蔓延速度對(duì)可燃物含水率的變化較為敏感。

圖1 林火蔓延速度與可燃物含水率之間的關(guān)系

由圖2可知，興安落葉松針葉床層火蔓延速度與可燃物含水率的關(guān)系在不同床層坡度與風(fēng)速的可燃物床層條件下基本一致，可燃物含水率與興安落葉松針葉床層火蔓延速度均呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，擬合度較好。說(shuō)明可燃物含水率對(duì)火蔓延速度的影響與坡度、風(fēng)速無(wú)明顯依賴關(guān)系，但坡度與風(fēng)速相對(duì)于可燃物含水率對(duì)火蔓延速度的影響具有一定的負(fù)相關(guān)作用，可燃物含水率對(duì)火蔓延速度的影響?yīng)毩⒂谄露扰c風(fēng)速。可燃物含水率為5%、10%、15%、20%的最大蔓延速度分別為93.02、30.60、15.55、12.70 m·h-1，平均蔓延速度分別為14.36、5.28、3.88、3.03 m·h-1。當(dāng)興安落葉松可燃物含水率為5%時(shí)，其平均蔓延速度是可燃物含水率為10%的3倍?？扇嘉锖蕿?0%時(shí)，其平均蔓延速度是可燃物含水率為15%的1.36倍，由此可見(jiàn)，隨可燃物含水率的增加，興安落葉松針葉床層火蔓延速度增加的趨勢(shì)越來(lái)越緩慢。

E、F、G分別表示風(fēng)速為2、3、4 m·s-1；a、b、c分別表示床層坡度為0°、10°、20°。

3.2.2 床層坡度對(duì)蔓延速度的影響

由圖3可知，試驗(yàn)觀測(cè)上坡火蔓延過(guò)程中，隨床層坡度角增加，興安落葉松針葉床層火蔓延速度呈線性增加?；鹇铀俣瘸^(guò)20 m·h-1的點(diǎn)較多，大部分都集中在20°坡的燃燒床上。

圖3 林火蔓延速度與床層坡度之間的關(guān)系

如圖4所示，在可燃物含水率和風(fēng)速為定值的情況下，床層坡度為唯一變量時(shí)，其中只有床層坡度為10°，風(fēng)速為2 m·s-1時(shí)，火蔓延速度與可燃物床層坡度呈弱相關(guān)，其余都為顯著相關(guān)。趨勢(shì)線斜率均隨著可燃物含水率的增加而降低，火蔓延速度隨床層坡度變化的趨勢(shì)愈加緩和；隨風(fēng)速的增加，火蔓延速度隨床層坡度的變化逐步加強(qiáng)。床層坡度為0°時(shí)，試驗(yàn)共點(diǎn)燒38組，其中有18組火蔓延速度小于2 m·h-1，16組火蔓延速度在2～4 m·h-1；床層坡度為10°時(shí)，試驗(yàn)共點(diǎn)燒38組，其中有14組火蔓延速度小于2 m·h-1，6組點(diǎn)燒試驗(yàn)火蔓延速度大于10 m·h-1，最快的火蔓延速度達(dá)到36 m·h-1；床層坡度為20°時(shí)，試驗(yàn)共點(diǎn)燒46組，其中僅有8組點(diǎn)燒試驗(yàn)火蔓延速度小于2 m·h-1，大部分火蔓延速度集中在10 m·h-1左右，其中有13組點(diǎn)燒試驗(yàn)大于10 m·h-1，5組火蔓延速度大于30 m·h-1，火蔓延速度最大達(dá)到93 m·h-1。床層坡度為0°、10°、20°坡的平均火蔓延速度分別為2.66、5.63、11.08 m·h-1。從總體情況來(lái)看，興安落葉松針葉床層在不同可燃物含水率和不同風(fēng)速條件下，坡度對(duì)火蔓延速度的影響依舊呈線性相關(guān)。

3.2.3 風(fēng)速對(duì)蔓延速度的影響

由圖5可知，興安落葉松針葉床層點(diǎn)燒試驗(yàn)中，風(fēng)速對(duì)蔓延速度具有較強(qiáng)的影響，風(fēng)速不僅增加可燃物燃燒蔓延速度，也提高了可燃物的點(diǎn)燃概率。風(fēng)速為4 m·s-1試驗(yàn)的有效數(shù)據(jù)為48組，風(fēng)速為2 m·s-1試驗(yàn)的有效數(shù)據(jù)為32組。且火蔓延速度大于20 m·h-1的點(diǎn)幾乎全部集中在風(fēng)速為4 m·s-1的燃燒床上。所以，從整體情況來(lái)看興安落葉松針葉床層風(fēng)速與火蔓延速度呈極顯著正相關(guān)。

由圖6可知，各趨勢(shì)線斜率總體趨勢(shì)隨風(fēng)速的增加而增加，也就是說(shuō)林火蔓延速度隨風(fēng)速的增加而增大。隨著可燃物含水率逐步增大時(shí)，火蔓延速度隨風(fēng)速增加而增加，但這種變化趨勢(shì)越來(lái)越緩慢；隨著床層坡度逐步增大時(shí)，火蔓延速度隨風(fēng)速的增加而增加，這種變化趨勢(shì)逐步增強(qiáng)。風(fēng)速為2 m·s-1時(shí)，共進(jìn)行32組點(diǎn)燒試驗(yàn)，占總點(diǎn)燒試驗(yàn)的26%，其中火蔓延速度小于3 m·h-1的為29組，最大的火蔓延速度為7.2 m·h-1，且在可燃物含水率為5%、可燃物載量為14 t·hm-2、床層坡度為20°時(shí)實(shí)現(xiàn)的；風(fēng)速為3 m·s-1時(shí)，床層試驗(yàn)共點(diǎn)燒42組，火蔓延速度的最大值為29.7 m·h-1；風(fēng)速為4 m·s-1時(shí)，共進(jìn)行48組點(diǎn)燒試驗(yàn)，約占總點(diǎn)燒組數(shù)的40%，火蔓延速度大于5 m·h-1不超過(guò)10 m·h-1的點(diǎn)燒床層試驗(yàn)為12組，大于10 m·h-1的點(diǎn)燒試驗(yàn)共18組，其中火蔓延速度超過(guò)30 m·h-1的點(diǎn)燒試驗(yàn)共6組，最大的火蔓延速度為93.02 m·h-1。風(fēng)速為2、3、4 m·s-1的平均火蔓延速度分別為1.69、3.51、12.99 m·h-1。在不同可燃物含水率和床層坡度的條件下，林火蔓延速度與風(fēng)速依舊呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，風(fēng)速為4 m·s-1的平均火蔓延速度為風(fēng)速為3 m·s-1的3倍以上。

A、B、C、D分別表示可燃物含水率為5%、10%、15%、20%；E、F、G分別表示風(fēng)速為2、3、4 m·s-1。

圖5 林火蔓延速度與風(fēng)速之間的關(guān)系

3.3 不同蔓延速度等級(jí)間可燃物特征和環(huán)境因素的差異分析

興安落葉松林的點(diǎn)燒試驗(yàn)有效數(shù)據(jù)共有122組，分為四個(gè)等級(jí)：第Ⅰ等級(jí)火蔓延速度不超過(guò)5 m·h-1，共87組，平均火蔓延速度為2.31 m·h-1，且全部為陰燃；第Ⅱ等級(jí)火蔓延速度在5～10 m·h-1，共15組，平均蔓延速度為6.37 m·h-1；第Ⅲ等級(jí)火蔓延速度在10～20 m·h-1，共13組，平均火蔓延速度為14.14 m·h-1；第Ⅳ等級(jí)火蔓延速度為超過(guò)20 m·h-1，共7組，平均火蔓延速度為49.21 m·h-1，且全部為明火。

從表4中可以看到四個(gè)等級(jí)中可燃物載量、床層高度、床層壓縮比與火蔓延速度差異不顯著(P>0.05)，而可燃物含水率、床層坡度、風(fēng)速與火蔓延速度之間差異顯著(P<0.05)。當(dāng)火蔓延速度為Ⅳ級(jí)時(shí)，其可燃物含水率與其他火蔓延速度可燃物含水率具有顯著差異(P<0.05)。當(dāng)火蔓延速度為Ⅰ級(jí)時(shí)，其床層坡度與其他蔓延速度床層坡度值具有顯著差異(P<0.05)；其風(fēng)速與其他蔓延速度風(fēng)速值具有顯著差異(P<0.05)。由此可知，當(dāng)可燃物含水率低于6%或床層坡度高于12°或風(fēng)速大于3 m·s-1時(shí)，興安落葉松針葉火蔓延速度急劇增加，極易引發(fā)森林大火。

A、B、C、D分別表示可燃物含水率為5%、10%、15%、20%；a、b、c分別表示床層坡度為0°、10°、20°。

表4 不同火蔓延速度等級(jí)之間可燃物特征和環(huán)境因素的差異分析

3.4 興安落葉松林火蔓延的預(yù)測(cè)模型

根據(jù)多因素方差分析不同火險(xiǎn)因子在興安落葉松林針葉火蔓延速度中的相對(duì)貢獻(xiàn)，風(fēng)速、可燃物含水率、坡度各自解釋火蔓延速度變異的17.2%、6.1%、3.9%，可燃物載量?jī)H能解釋蔓延速度變異的0.2%。當(dāng)考慮各因子間的交互作用時(shí)，交互作用能夠解釋蔓延速度變異的72.1%，其中，可燃物含水率×坡度×風(fēng)速、可燃物含水率×坡度×風(fēng)速×可燃物載量、可燃物含水率×風(fēng)速、坡度×風(fēng)速、坡度×風(fēng)速×可燃物載量、可燃物含水率×坡度分別能夠解釋蔓延速度變異的27.7%、13.0%、11.0%、9.2%、6.2%、5.0%(R2=0.670 8)。

通過(guò)逐步線性回歸分析，所選擇的6個(gè)變量中，僅風(fēng)速、可燃物含水率和坡度對(duì)火蔓延速度有顯著影響，三者能夠解釋其變異的43.1%(R2=0.431)。預(yù)測(cè)模型為V=-6.448+5.520W-0.719M+0.478S。式中，V為火蔓延速度，W為風(fēng)速，M為可燃物含水率，S為坡度。通過(guò)預(yù)測(cè)模型可以得到3個(gè)變量因子對(duì)火蔓延速度的影響由大到小的順序?yàn)椋猴L(fēng)速、可燃物含水率、坡度。模型調(diào)整后的R2為0.41；5%≤M≤20%，2 m·s-1≤W≤4 m·s-1，0°≤S≤20°；模型的標(biāo)準(zhǔn)估計(jì)誤差值為8.56，驗(yàn)證誤差為12.93。

4 結(jié)論與討論

興安落葉松針葉床層可燃物蔓延速度，在不同可燃物含水率、可燃物載量、床層坡度、風(fēng)速的條件下，蔓延速度存在較大的差異。且興安落葉松與蒙古櫟、紅松床層蔓延有明顯區(qū)別。通過(guò)差異性分析，當(dāng)興安落葉松松針含水率低于6%或坡度高于12°或風(fēng)速大于3 m·s-1時(shí)，可燃物床層蔓延速度急劇增加，極易引發(fā)森林大火。通過(guò)試驗(yàn)說(shuō)明興安落葉松雖為難燃樹(shù)種，試驗(yàn)設(shè)定范圍內(nèi)80%左右為陰燃，但條件發(fā)生改變，可以完全轉(zhuǎn)化為明火，蔓延速度較快，火勢(shì)較強(qiáng)。而蒙古櫟、紅松為易燃樹(shù)種，點(diǎn)燒試驗(yàn)全部為明火[15-16]。試驗(yàn)結(jié)果表明可燃物含水率、床層坡度、風(fēng)速與火蔓延速率呈極顯著相關(guān)(P<0.05)。可燃物含水率較低時(shí)，可燃物床層火蔓延概率増加；隨可燃物含水率的增加會(huì)增加吸熱，使可燃物床層表層的熱量散失較快，減緩火蔓延速度[18]。試驗(yàn)過(guò)程中，可燃物含水率為30%不會(huì)引燃，有些點(diǎn)燒試驗(yàn)可燃物含水率為20%，可燃物床層火不蔓延。這一研究結(jié)果表明熄滅可燃物含水率并不是一個(gè)固定值，這可能與可燃物床層結(jié)構(gòu)、可燃物載量、風(fēng)速和火源大小等都有密切關(guān)系[19]。床層坡度平緩，火蔓延緩慢，隨坡度的增加，蔓延速度呈線性增加。在有坡度存在的條件下，火焰向上蔓延，坡度加大了火焰長(zhǎng)度，加強(qiáng)了火焰向前方的熱輻射[4]，快速加熱可燃物，引發(fā)了火蔓延速度的增大。在無(wú)風(fēng)的條件下，火蔓延速度較慢，增大風(fēng)速可以帶走可燃物表層的氣體，能降低可燃物含水率，使其干燥易燃，同時(shí)加強(qiáng)可燃物上層的氣體流動(dòng)[20]，在一定程度上帶走可燃物床層表層的CO2氣體，補(bǔ)充氧氣，增加供氧量，加速燃燒過(guò)程；隨著風(fēng)速增加，增加了火焰穿過(guò)床層內(nèi)部的動(dòng)能，為火蔓延提供熱量[6]。風(fēng)速作為森林火災(zāi)發(fā)生最重要的因子，當(dāng)發(fā)生森林火災(zāi)時(shí)，風(fēng)速加劇了熱輻射改變熱對(duì)流，加快林火蔓延速度。

在試驗(yàn)設(shè)定范圍內(nèi)，可燃物載量與興安落葉松的蔓延速度無(wú)顯著影響。由于興安落葉松針葉表面積與體積比較小，針葉為條形或倒披針狀條形，長(zhǎng)3～6 cm，寬在1 mm以內(nèi)，很難設(shè)置固定的床層高度，且床層高度極差小。因此在布置可燃物床層時(shí)，盡可能使可燃物床層為自然平鋪狀態(tài)。而可燃物的壓縮比幾乎恒定，故本試驗(yàn)中興安落葉松針葉床層高度、床層壓縮比對(duì)蔓延速度均無(wú)顯著影響。與金森等[20]、孫武等[21]試驗(yàn)的結(jié)果相反，他們認(rèn)為床層壓縮比與蔓延速度呈極顯著正相關(guān)，只有在可燃物之間的空隙發(fā)生火焰接觸后，火勢(shì)才會(huì)在不連續(xù)可燃物中蔓延，而風(fēng)速增加了火焰穿過(guò)可燃物空隙的可能性，并通過(guò)對(duì)流傳熱點(diǎn)燃未燃燒的可燃物；楊語(yǔ)田[22]研究了可燃物載量與火行為的關(guān)系，認(rèn)為細(xì)小可燃物載量對(duì)是否發(fā)生森林火災(zāi)起著決定性作用；Lacroix et al.[23]試驗(yàn)結(jié)果表明，中低可燃物的載量能夠減緩火勢(shì)蔓延，當(dāng)可燃物的載量不足以維持火焰?zhèn)鞑ィ紵K止。本試驗(yàn)中，可燃物載量小于6 t·hm-2時(shí)，增加風(fēng)速、加大床層坡度、減少可燃物的含水率，燃燒也無(wú)法進(jìn)行，所以試驗(yàn)設(shè)置的最低可燃物載量為8 t·hm-2。在所有未燃及未蔓延的試驗(yàn)中，可燃物載量為8 t·hm-2占總數(shù)的36%。故可燃物載量可能與熱傳導(dǎo)和燃燒強(qiáng)度有極顯著關(guān)系[24]。本試驗(yàn)中，當(dāng)載量滿足火勢(shì)蔓延的情況下，蔓延速度與載量無(wú)顯著相關(guān)。由于載量能夠增加火勢(shì)蔓延，從而增加燃燒強(qiáng)度，引起蔓延速度的變化，未燃可燃物起燃所需要的能量完全來(lái)自火焰對(duì)它的熱輻射[25]。而本研究中興安落葉松針葉多數(shù)為陰燃蔓延，在興安落葉松針葉陰燃過(guò)程中隨載量的增加受到的熱輻射變化不明顯，而且試驗(yàn)所設(shè)置載量梯度較小。因此，在可燃物含水率、坡度、風(fēng)速等同時(shí)存在的條件下，興安落葉松針葉的蔓延速度與載量的關(guān)系還需要進(jìn)一步研究。

風(fēng)速為2～4 m·s-1，可燃物含水率為5%～20%，床層坡度最大為20°的情況下，最大蔓延速度不超過(guò)100 m·h-1，75%區(qū)間的蔓延速度都在6 m·h-1以內(nèi)，在平地?zé)o風(fēng)的條件下不蔓延。而與田曉瑞等[26]室外點(diǎn)燒試驗(yàn)的結(jié)果不一致，主要原因是興安落葉松松針堆積起來(lái)的可燃物床層壓縮比較小，興安落葉松針葉為不易燃樹(shù)種，80%左右為陰燃。蒙古櫟的葉片倒卵形至長(zhǎng)倒卵形，表面積體積比較大，堆積起來(lái)的可燃物床層壓縮比較大，床層內(nèi)部氧氣含量足；兩者研究所設(shè)置的可燃物載量梯度不同，試驗(yàn)條件不同。因此，興安落葉松室內(nèi)點(diǎn)燒試驗(yàn)研究對(duì)于提升林火預(yù)報(bào)精度和林火管理有著十分重要的意義，但是對(duì)于興安落葉松林火行為的研究還不夠深入，室內(nèi)模擬點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)開(kāi)展較少，將來(lái)應(yīng)加大林火行為方面的研究，進(jìn)一步量化全國(guó)典型可燃物類型火行為的動(dòng)態(tài)模擬，為科學(xué)開(kāi)展森林火災(zāi)防控提供科學(xué)方法以及決策依據(jù)。