福州地區(qū)馬尾松林下地表可燃物煙氣排放研究.pdf

1、森林破壞已經(jīng)成為繼化石燃料燃燒之后，大氣中CO2濃度增加的第二大來(lái)源。林火發(fā)生釋放大量的CO、CO2和碳?xì)浠衔锊粌H影響該區(qū)域的碳循環(huán)，而且所產(chǎn)生的煙塵和其他煙氣成分對(duì)周邊環(huán)境、人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生巨大影響。因此，從林火煙氣成分分析的角度研究林火的生態(tài)影響具有獨(dú)特的意義和應(yīng)用價(jià)值。本文選擇我國(guó)南方分布最廣泛、火災(zāi)危險(xiǎn)隱患最大的馬尾松林為研究對(duì)象，從該典型林分地表可燃物入手，定量和半定量地對(duì)不同可燃物燃燒所產(chǎn)生的主要?dú)怏w成分進(jìn)行測(cè)試分析，研

2、究其排放規(guī)律。主要工作如下：
　　 (1)森林可燃物燃燒煙氣的儀器分析方法和理論分析方法
　　 探索了一套基于熱重分析儀一傅立葉變換紅外光譜分析儀聯(lián)用( TG-FTIR)技術(shù)的林火煙氣測(cè)試的工作方法。該方法在對(duì)森林可燃物燃燒的熱失重過(guò)程進(jìn)行熱重分析的同時(shí)，同步地對(duì)熱解氣體成分進(jìn)行傅立葉變換紅外光譜( FTIR)分析，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃燒過(guò)程諸因素的跟蹤分析。以馬尾松林地表可燃物為典型試樣，較完整地描述了森林可燃物氣體釋放的機(jī)

3、理和規(guī)律，并根據(jù)朗伯特一比爾定律(The Lambert-BeerLaw)，在OMNIC軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了可燃物氣體釋放的定量分析方法。運(yùn)用該方法成功地計(jì)算了馬尾松林下14種可燃物的CO2排放因子，估算了福州地區(qū)馬尾松林內(nèi)設(shè)置樣地的地表可燃物的CO2排放量。
　　 (2)研究了不同供氧水平對(duì)馬尾松林可燃物煙氣成分及其濃度的影響
　　 以馬尾松各種器官凋落物為試樣，分別使用熱紅聯(lián)用儀測(cè)定了不同供氧條件下試樣熱解和燃燒產(chǎn)生的

4、主要?dú)怏w的濃度差別。結(jié)果表明：在充分供氧的條件下，可燃物產(chǎn)生的CO2比純氮?dú)夥障聼峤猱a(chǎn)生的CO2多5～8倍；而可燃物在純氮?dú)庵袩峤?，則能夠產(chǎn)生更多成分復(fù)雜的有機(jī)化合物。這一結(jié)果為進(jìn)一步研究不同燃燒狀態(tài)的森林可燃物氣體釋放類型及釋放量提供了重要的參照。
　　 (3)測(cè)定并研究了馬尾松林地表可燃物熱解燃燒的煙氣排放過(guò)程規(guī)律
　　 測(cè)定了4種馬尾松林分類型456個(gè)可燃物樣本熱解燃燒過(guò)程各階段氣體排放量、排放延續(xù)的時(shí)間、排放量達(dá)

5、到峰值時(shí)的溫度。實(shí)驗(yàn)表明在程序升溫的條件下，可燃物在2500C時(shí)開(kāi)始大量增加氣體排放，當(dāng)升溫至620℃左右時(shí)，在有氧氣條件下可燃物熱解燃燒的氣體排放基本結(jié)束，然而在純氮?dú)庀拢瑒t繼續(xù)排放氣體，甚至在950℃時(shí)仍然有CO2和CO排放。這個(gè)事實(shí)說(shuō)明馬尾松林可燃物的有機(jī)物熱解是在一個(gè)很寬的溫度范圍內(nèi)發(fā)生的。
　　 實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)CO的排放存在明顯的雙峰現(xiàn)象，并且CO雙峰現(xiàn)象與環(huán)境含氧量存在明顯的關(guān)聯(lián)，兩個(gè)CO排放峰出現(xiàn)的溫度和有機(jī)物排放的峰

6、值溫度基本吻合。而與CO2的排放相異。
　　 從官能團(tuán)重建(Chemigram)圖可以看到，總氣體釋放量、CO2. CO以及氣態(tài)有機(jī)物的釋放在275℃、350℃C和475℃等溫度下存在排放量的峰值變化，在純氮?dú)庀聼峤鈺r(shí)松針試樣的CO2和CO排放峰值溫度基本相同，均為375℃。這表明森林可燃物在熱解過(guò)程中發(fā)生了2～3次的反應(yīng)高峰期，這種觀點(diǎn)得到可燃物的TG曲線和c-DTA曲線變化的佐證。
　　 (4)測(cè)定并研究了不同馬尾松

7、林下地表可燃物氣體排放差異
　　 研究發(fā)現(xiàn)，馬尾松林4種不同器官凋落物釋放的氣體在組成和濃度上存在明顯差異。松針在氣體排放總量和C02排放量最高，而CO的排放量最低。這說(shuō)明松針是最易燃的馬尾松凋落物。與此相反，馬尾松球果的氣體排放總量和CO2排放量明顯低于其他樣品，而CO值最高，說(shuō)明球果是最不易燃燒的馬尾松凋落物。
　　 (5)研究了馬尾松林下不同層次典型地表可燃物的氣體排放量和排放機(jī)理
　　 分別對(duì)馬尾松下14

8、種典型和優(yōu)勢(shì)分布的地表可燃物的起始分解溫度、熱解燃燒殘余百分比、氣體排放量和CO2/CO值進(jìn)行了比較分析，找出了CO2/CO值與可燃物理化、燃燒性質(zhì)的關(guān)系。研究表明赤楠(Syzygium buxifolium)和野漆(Toxicodendronsuccedaneum)等灌木的燃燒排放的氣體總量和C02總量超過(guò)了松針、芒萁
　　 (Dicranopteris dichotoma)等居于前列，赤楠和黃梔子(Gardenia jasm

9、inoides)的CO2/CO值最高，托竹(Arundinaria cantorii)和五節(jié)芒(Miscanthus floridulus)等禾本科草本則在氣體排放總量、CO2量和CO2/CO值等幾項(xiàng)指標(biāo)上均為最低(除了半分解層)。
　　 上述工作是建立在福州地區(qū)典型馬尾松林的實(shí)地生態(tài)調(diào)查以及大量樣本采集的基礎(chǔ)上完成的。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，對(duì)諸如升溫方案、反應(yīng)環(huán)境(氣體)等影響煙氣排放的因子進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)和控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜林火煙氣釋

10、放影響因子的降維分析。該工作對(duì)可燃物燃燒、氣體釋放的機(jī)理的研究對(duì)不同馬尾松林可燃物燃燒氣體釋放總量的估算，以及林火對(duì)環(huán)境影響的評(píng)估尤其是對(duì)大氣碳循環(huán)的研究具有重要參考價(jià)值。
　　 對(duì)于林火釋放的某些含量少、降解周期長(zhǎng)的有毒有害氣體還需要更方便、靈敏度更高的測(cè)試手段。比如煙氣中對(duì)人體健康危害很大的多環(huán)芳香烴(PHA)成分的分析，特別是直接的定量分析還需借助更有效的儀器和理論分析手段。另一方面，對(duì)于我國(guó)南方森林的其他林型和更廣泛區(qū)域