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摘 要：本文拟通过室内控制试验确定对于不同样品采取什么样的烘干温度及时间，才能保证又快又好的完成样品的室内烘干处理。本文通过具体实验得出东北三种典型针叶树种（红松、樟子松、落叶松）在不同的湿度条件（100%、80%、60%、40%、20%）、时滞条件（1、10、100时滞）以及不同部位（树皮、树叶、地被物）在105℃下的烘干时间。使用正交实验法研究可知，红松所需要的烘干时间明显高于其他两种植物，排序为：红松>樟子松>落叶松，就时滞条件而言，烘干时间排序为100时滞>10时滞>1时滞，就植物部位而言，需要的烘干时间为：树皮>地被物>树叶。正交实验的结果可知，红松在100时滞条件下的树皮部分所需要的烘干时间最长，影响因素的大小依次为：时滞条件>植物部位>植物品种。
关键词：针叶树种；烘干时间；时滞；影响因素
中图分类号：S 762.2文献标识码：A 文章编号：1001-005X（2016）04-0022-06
Abstract：The indoor control test was conducted to determine the drying temperature and drying time for various samples in order to ensure fast and good drying treatment for sample chambers.In this paper，different treatments including humidity conditions（100%，80%，60%，40%，20%），delay conditions（1-h time-lag，10-h time-lag，100-h time-lag）and plant parts（bark，leaves，ground covers）under 105℃ were applied in three typical conifer species（Pinus koraiensis，Pinus sylvestris，larch）in the northeast region.The orthogonal experiment showed that Pinus koraiensis required more drying time compared with the other two plants and the order was：Pinus koraiensis > Pinus sylvestris > larch.In terms of time lag，the order of drying time was：100-h time-lag>10-h time-lag>1-h time-lag.With regard to the plant parts，the order of drying time required was：bark > ground covers > leaves.The orthogonal experimental results showed that，the barks of Pinus koraiensis under 100-h time-lag required the longest drying time，and the order of influencing factors was：time lag > plant parts > plant varieties.
Keywords：coniferous tree species；drying time；time lag；influenc factors
0 引 言
红松、落叶松、樟子松是东北三种典型针叶树种，它们分布广泛，易发生森林火灾，很多关于森林防火、林火生态相关研究野外采样都包括这三个林型的可燃物。目前关于东北这三种典型针叶树种的可燃性以及烘干参数的研究主要包括树枝、树叶、树皮、地被物以及凋落物等。例如李艳红等在桉-桤不同混合比例凋落物分解过程中土壤动物群落动态中针对凋落物的烘干条件进行了分析[1]；郭忠玲等针对长白山各植被带主要树种凋落物分解速率及模型模拟的试验研究[2]。在一些研究中，根据设定温度的不同，烘干时间参差不齐，如：设定在80℃烘干12 h[3]；设定在80℃烘干24 h[4]；设定在105℃烘干24 h[5-7]；设定在105℃烘干18～25 h[8]；设定在105℃烘干24～48 h[9]；设定在65℃烘干48 h[10]；设定在70℃烘干72 h[11]，其中用的最多的烘干温度为105℃。
由于在野外实验，受实验设备及时间限制，往往不能连续烘干24 h。如果事先能够粗略判断可燃物的含水率范围，则可以针对不同范围的可燃物进行不同时长的烘干，这样可能会损失一些精度，但节省了烘干时间，更适合野外工作。目前这些工作还没有开展，本文研究了落叶松、樟子松和红松在不同初始含水率（100%、80%、60%、40%、20%）、不同部位（树枝、树叶、树皮、地被物）在105℃下烘干所需要的时间，并进行总结，为今后野外工作提供基础数据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
为了探讨不同物种（红松、樟子松、落叶松）、不同时滞（1、10、100时滞）、不同部位（树枝、树皮、树叶、凋落物）、不同初始含水率（20%、40%、60%、80%、100%）的植物烘干时间。本文主要选择的实验材料为来自于哈尔滨城市林业示范基地的红松、樟子松、落叶松。实验器材为101-3A型电热鼓风干燥箱、电子天平（精度0.01g）、标准布袋、信封和火柴等。本文主要使用正交实验法进行东北三种典型针叶树种烘干参数的确定以及影响因素分析，正交实验法就是利用排列整齐的表-正交表来对试验进行整体设计、综合比较，实现通过少数的实验次数找到较好的参数条件，以达到最高实验效果。分析出在何种程度的植物部位、含水量、时滞条件以及植物品种时，需要的烘干时间最短或者是最长，从而找出不同条件下不同植物部位烘干参数，包括温度和时间，为将来开展相关研究提供参考。
1.2 实验方法及步骤设计
结合上述的研究背景，本文主要设计了实验，对不同品种不同条件不同部位的烘干时间进行对比和分析，总共涉及了以下几个实验，具体的步骤描述如下所示，其中可燃物的含水率的计算：首先将可燃物烘到绝干（最后两次称量差值不超过0.01g），得到干重，再将可燃物全部浸湿得到湿重，可燃物含水率=（湿重-干重）/干重×100%。
1.2.1 不同时滞条件的烘干实验
以1时滞落叶松枝条为例：
取长度5 cm，直径为0.5 cm，含水率为100%、80%、60%、40%、20%的兴安落叶松枝条各10支，称取初始质量。放到105℃烘干箱上层（放入烘箱时，样品间应留有适当空隙，以利空气对流，防止下层温度升高而烧毁样品），同时将长度为10 cm，直径为0.5 cm，含水率为100%、80%、60%、40%、20%的兴安落叶松枝条各10支放到105℃烘干箱下层中，每隔0.5 h称取一次质量，并测定含水率（若两次的含水率相差很大则缩短时间半小时或更短），直至恒重[12]。
1时滞（直径为0.5 cm）的樟子松、红松，10时滞（直径为1 cm）的落叶松、樟子松、红松，100时滞（直径为1 cm）的落叶松、樟子松、红松的烘干方法同上。
1.2.2 不同部位的烘干实验
以兴安落叶松实验为例：取含水率为100%的兴安落叶松树皮（2 cm×2 cm）10个、针叶（长度2 cm）10个、地被物20 g，称取初始质量，放到105℃烘干箱上层（放入烘箱时，样品间应留有适当空隙，以利空气对流，防止下层温度升高而烧毁样品），每隔0.5 h称取一次质量，并测定含水率（若两次的含水率相差很大则缩短时间半小时或更短），直至恒重，以同样的方法进行含水率为80%、60%、40%、20%的上述兴安落叶松树皮、针叶、地被物的烘干实验，上述实验进行10组重复。
采用上述的同样方法分别对红松以及樟子松的各部位进行烘干实验。
2 实验结果分析
2.1 实验结果统计
（1）1、10、100时滞烘干时间结果如图1～图6所示。
（2）针叶烘干时间结果如图7所示。
（3）树皮烘干时间结果如图8所示。
（4）地被物烘干时间结果如图9所示。
由图1～图9可知：1时滞5 cm、1时滞10 cm、10时滞5 cm、10时滞10 cm、100时滞5 cm、100时滞10 cm的落叶松、红松、樟子松随着含水率的降低烘干时间逐渐减少，在同一含水率区间，1时滞5 cm、10时滞5 cm、10时滞10 cm、100时滞5 cm的烘干时间为落叶松<樟子松<红松，1时滞10 cm的烘干时间表现为落叶松<红松<樟子松（40%含水率除外），100时滞10 cm的烘干时间表现为落叶松<樟子松<红松（20%含水率除外）。1时滞5 cm、10时滞5 cm、10时滞10 cm、100时滞5 cm、100时滞10 cm的落叶松、红松、樟子松三者之间烘干时间的差距随着含水率的降低变化不明显，而三者在1时滞10 cm的烘干时间的差距随着含水率的降低变化较为明显。落叶松、红松、樟子松在不同含水率时的烘干时间随着时滞的增加而增加。
红松的针叶、树皮、地被物在不同含水率时的烘干时间明显高于落叶松和樟子松。树皮在100%≥含水率≥60%时，落叶松和樟子松的烘干时间表现为落叶松≥樟子松，差距呈现逐渐减少的趋势，在60%>含水率≥20%时，落叶松和樟子松的烘干时间表现为落叶松<樟子松。针叶、地被物在100%≥含水率≥40%时，落叶松和樟子松的烘干时间表现为落叶松≥樟子松，差距呈现逐渐减少的趋势，在40%>含水率≥20%时，落叶松和樟子松的烘干时间表现为落叶松<樟子松。落叶松、红松、樟子松的针叶、树皮、地被物的烘干时间随着含水率减少而减少。
2.1.1 三种针叶树种对烘干时间的影响
结合上述的研究，本文同样针对红松和樟子松进行实验分析。具体得到这三种树种在相同的条件（选择1时滞，树叶）下的，所需要的时间见表1。
结合表1可知，针对兴安落叶松、红松以及樟子松三个树种而言，在同一含水率的情况下，所需要的烘干时间是不一致的，例如在100%含水率的情况下，落叶松需要的烘干时间为3.5 h，红松需要的烘干时间为5.75 h，樟子松需要的烘干时间为4.5 h，由此可知，这三种植物当中红松所需要的烘干时间明显比其他两种植物需要的时间长，由此，红松最不易起火，其次是樟子松，而落叶松是最易起火的。
2.1.2 时滞条件对烘干时间的影响
结合上述实验，以兴安落叶松松枝为例，选择兴安落叶松松枝5 cm，分析在不同的时滞条件下，不同含水量的落叶松松枝烘干时间，具体的结果见表2。
根据上表的数据随着时滞的增加，不同的含水率的烘干至全干的情况下所需要的时间越来越久。例如就100%含水率而言，在1时滞需要烘干至全干需要的时间为3.5 h，在10时滞需要烘干至全干需要的时间为8.5 h，在100时滞需要烘干至全干需要的时间为26h。由此可知，时滞条件是影响植物烘干的重要原因。在同一时滞，针对不同的含水率，含水率越高需要的时间也越长，例如在1时滞的条件下，100%、80%、60%、40%、20%含水率烘干至全干需要的时间分别为3.5、3.25、2.75、2.25、1.75 h，由此可知，在其他条件相同的情况下，植物在越潮湿的情况下需要的烘干时间越长，因此也就越不容易在短时间内引起火灾，反之，植物越干燥就越容易引起火灾。
2.1.3 植物部位对烘干时间的影响
结合上述实验，以兴安落叶松为例，选择兴安落叶松松叶、地被物以及树皮三个组成部分，分析不同含水率的这三种落叶松组成部位的烘干时间，具体的结果见表3。
结合表3可知，针对兴安落叶松松叶、地被物以及树皮三个组成部分而言，在同一含水率的情况下，所需要的烘干时间是不一致的（除开在40%和20%条件下松叶和地被物所需要的时间是一致之外），在100%含水量的情况下，松叶需要的烘干时间为3.75 h，地被物需要的烘干时间为4 h，树皮需要的烘干时间为8.5 h，由此可知，这三种部位当中树皮所需要的烘干时间明显比松叶和地被物需要的时间长，由此，树皮最不易起火，其次是地被物，而树叶是最易起火的。
根据表3，可以绘制出在不同的湿度条件下各个部位需要的时间图，如图10所示。
结合表3可知，在低湿度的条件下（20%）松叶部分的烘干时间为2.25 h，地被物部分的烘干时间为2.25 h，树皮部分的烘干时间为5.75 h；在中湿度的条件下（60%）松叶部分的烘干时间为2.75 h，地被物部分的烘干时间为3h，树皮部分的烘干时间为7.5 h；在高湿度的条件下（100%）松叶部分的烘干时间为3.75 h，地被物部分的烘干时间为4 h，树皮部分的烘干时间为8.5 h。由此可知，对于相同湿度条件下，树叶和地被物的烘干时间差不多，而树皮的烘干时间远远要大于树叶和地被物。
2.2 正交实验分析
结合上述的单因素分析可知，其实上述的实验当中主要涉及到4个因素：植物部位、含水率、时滞条件以及树种，但是结合具体实验得知，不论对于哪一种条件而言，含水率为100%的烘干时间最高[13]。
根据正交实验结果，选取植物品种（1落叶松；2樟子松；3红松）、植物部位（树叶；树皮；地被物）、时滞条件（1时滞；10时滞；10时滞）为研究对象，进行3水平3因素正交试验，因素水平见表4，进行单因素试验。
结果显示，森林植物的烘干时间最长的条件为A3B3C2，红松在100时滞条件下的树皮部分所需要的烘干时间最长，影响因素的大小依次为：时滞条件>植物部位>植物品种，烘干时间为28.75 h。由此可知，在不同的植物状态以及条件下，植物需要的烘干时间是不一样的，因此对不同类型的森林而言，其起火的概率也是不一样的[14-20]。
3 结 论
（1）野外采样烘干中，由于烘干设备及时间限制，不能够长时间烘干，在有误差的情况下，在24 h内可燃物烘干情况如下。
在低湿度的条件下（20%）：落叶松、樟子松、红松的烘干部位（松叶部分、地被物部分、树皮部分）烘干时间分别为（2.25、2.25、5.75 h）、（2、2、5 h）、（3.25、5.5、8.25 h）；在中湿度的条件下（60%）：落叶松、樟子松、红松的烘干部位（松叶部分、地被物部分、树皮部分）烘干时间分别为（2.75、3、7.5 h）、（3.25、3.25、7.5 h）、（5、6.75、9.75 h）；在高湿度的条件下（100%）：落叶松、樟子松、红松的烘干部位（松叶部分、地被物部分、树皮部分）烘干时间分别为（3.75、4、8.5 h）、（4.75、4.75、10 h）、（6.25、7.75、11.5 h）。
由此可知，对于相同湿度条件下，树叶和地被物的烘干时间相差不多，树皮的烘干时间长于树叶和地被物。
（2）结合正交实验得出，影响烘干时间的主要因素包括植物部位、植物时滞条件以及植物品种这三个因素。经过本文的对比研究可知，就单因素分析的结果而言，对比落叶松、红松以及樟子松，红松所需要的烘干时间明显比其他两种植物需要的时间长，由此，红松最不易起火，其次是樟子松，而落叶松是最易起火的。随着时滞的增加，植物烘干至全干所需要的时间越来越久。就植物部位而言，树皮所需要的烘干时间明显比松叶和地被物的时间长，由此，树皮最不易起火，其次是地被物，而树叶是最易起火的。就正交实验的结果可知，红松在100时滞条件下的树皮部分所需要的烘干时间最长，影响因素的大小依次为：时滞条件>植物部位>植物品种，烘干时间为28.75 h。
【参 考 文 献】
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