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源。林火發(fā)生釋放大量的CO、CO2和碳氫化合物不僅影響該區(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)影響具有獨特的意義和應(yīng)用價值。本文選擇我國南方分布最廣泛、火災(zāi)危險隱患最大的馬尾松林為研究對象，從該典型林分地表可燃物入手，定量和半定量地對不同可燃物燃燒所產(chǎn)生的主要氣體成分進行測試分析，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)的林火煙氣測試的工作方法。該方法在對森林可燃物燃燒的熱失重過程進行熱重分析的同時，同步地對熱解氣體成分進行傅立葉變換紅外光譜( FTIR)分析，從而實現(xiàn)了對燃燒過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

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)上開發(fā)了可燃物氣體釋放的定量分析方法。運用該方法成功地計算了馬尾松林下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)用儀測定了不同供氧條件下試樣熱解和燃燒產(chǎn)生的

4、主要氣體的濃度差別。結(jié)果表明：在充分供氧的條件下，可燃物產(chǎn)生的CO2比純氮氣氛下熱解產(chǎn)生的CO2多5～8倍；而可燃物在純氮氣中熱解，則能夠產(chǎn)生更多成分復(fù)雜的有機化合物。這一結(jié)果為進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)測定并研究了馬尾松林地表可燃物熱解燃燒的煙氣排放過程規(guī)律
　　 測定了4種馬尾松林分類型456個可燃物樣本熱解燃燒過程各階段氣體排放量、排放延續(xù)的時間、排放量達

5、到峰值時的溫度。實驗表明在程序升溫的條件下，可燃物在2500C時開始大量增加氣體排放，當(dāng)升溫至620℃左右時，在有氧氣條件下可燃物熱解燃燒的氣體排放基本結(jié)束，然而在純氮氣下，則繼續(xù)排放氣體，甚至在950℃時仍然有CO2和CO排放。這個事實說明馬尾松林可燃物的有機物熱解是在一個很寬的溫度范圍內(nèi)發(fā)生的。
　　 實驗還發(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CO排放峰出現(xiàn)的溫度和有機物排放的峰

6、值溫度基本吻合。而與CO2的排放相異。
　　 從官能團重建(Chemigram)圖可以看到，總氣體釋放量、CO2. CO以及氣態(tài)有機物的釋放在275℃、350℃C和475℃等溫度下存在排放量的峰值變化，在純氮氣下熱解時松針試樣的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程中發(fā)生了2～3次的反應(yīng)高峰期，這種觀點得到可燃物的TG曲線和c-DTA曲線變化的佐證。
　　 (4)測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理
　　 分別對馬尾松下14

8、種典型和優(yōu)勢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。在實驗室內(nèi)，對諸如升溫方案、反應(yīng)環(huán)境(氣體)等影響煙氣排放的因子進行了合理的設(shè)計和控制，實現(xiàn)了對復(fù)雜林火煙氣釋

10、放影響因子的降維分析。該工作對可燃物燃燒、氣體釋放的機理的研究對不同馬尾松林可燃物燃燒氣體釋放總量的估算，以及林火對環(huán)境影響的評估尤其是對大氣碳循環(huán)的研究具有重要參考價值。
　　 對于林火釋放的某些含量少、降解周期長的有毒有害氣體還需要更方便、靈敏度更高的測試手段。比如煙氣中對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，對于我國南方森林的其他林型和更廣泛區(qū)域