地表火行為對其排放PM_2.5中水溶性陰離子的影響

摘 要：【目的】探究森林火災(zāi)對PM2.5排放機(jī)制的影響，為開展區(qū)域森林火災(zāi)PM2.5排放研究及森林火災(zāi)PM2.5排放造成的大氣環(huán)境安全問題提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐，以期提高對森林火災(zāi)PM2.5排放的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)認(rèn)識。【方法】以紅松人工林地表可燃物為試驗(yàn)材料，通過預(yù)設(shè)試驗(yàn)條件、氣象因素的模擬燃燒試驗(yàn)，測定火焰長度、火焰高度、火焰深度、燃燒效率等火行為特征，采用單因素方差分析、多因素方差分析、Spearman相關(guān)分析、冗余分析（db-RDA）等方法分析火行為特征（火焰長度、火焰高度、火焰深度、燃燒效率）、預(yù)設(shè)試驗(yàn)條件及氣象因素對PM2.5中水溶性陰離子的影響?！窘Y(jié)果】可燃物載量極顯著影響F-、Cl-、NO3-含量，顯著影響SO42-含量；可燃物含水率極顯著影響NO3-含量，顯著影響Cl-含量，對F-、SO42-含量無顯著影響；坡度極顯著影響F-含量，顯著影響Cl-含量，對NO3-、SO42-含量均未產(chǎn)生顯著影響。除相對濕度外，其余變量均與F-、Cl-、NO3-、SO42-含量呈正相關(guān)；床層厚度、火焰長度、火焰高度與NO3-含量和Cl-含量均呈顯著正相關(guān)，SO42-含量與火焰長度、火焰高度均呈正相關(guān)，而燃燒效率對F-、Cl-、NO3-、SO42-含量的影響相對較小。進(jìn)一步進(jìn)行dbRDA分析發(fā)現(xiàn)，對F-、Cl-、NO3-、SO42-含量影響最為顯著的火行為特征是火焰高度?！窘Y(jié)論】火行為特征與PM2.5中水溶性離子排放之間存在顯著相關(guān)性，可燃物載量、可燃物含水率、坡度則能通過影響火行為間接對PM2.5水溶性陰離子含量造成顯著影響。

關(guān)鍵詞：模擬燃燒試驗(yàn)；預(yù)設(shè)試驗(yàn)條件；火行為特征；PM2.5；水溶性陰離子

中圖分類號：S762.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-923X（2025）01-0122-08

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32371881）；國家資助博士后研究人員計(jì)劃項(xiàng)目（GZC20230398）。

Effects of surface fire behavior on its emission of water-soluble anions in PM2.5

ZHANG Qing， YANG Guang ， LI Zhaoguo， WANG Xinyu， GENG Daotong， WANG Lixuan， NING Jibin

（College of Forestry， Northeast Forestry University， Harbin 150040， Heilongjiang， China）

Abstract：【Objective】To explore the impact of forest fire on the emission mechanism of PM2.5， provide basic data and theoretical support for the study of PM2.5 emission from regional forest fire and the atmospheric environmental safety problems caused by PM2.5 emission from forest fire， so as to improve the understanding of the ecological and environmental effects of PM2.5 emission from forest fire.【Method】In this study， the fuel on the surface of Pinus koraiensis plantation were used as experimental materials， and simulated combustion experiments were carried out with different fuel load， fuel moisture content and slope preset conditions. The effects of fire behaviors and preset conditions on water-soluble anions in PM2.5 were analyzed by single factor analysis of variance， multivariate analysis of variance， correlation analysis and redundancy analysis （db-RDA）.【Result】Fuel load significantly affects the contents of F-， Cl-， NO3-， and SO42-. The fuel moisture content significantly affects the content of NO3- and Cl-， but has no significant effect on the content of F- and SO42-. Slope has a significant effect on F- content and Cl- content， but has no significant effect on NO3-and SO42- content. Except humidity， other variables are positively correlated with the contents of F-， Cl-， NO3-， and SO42-. Fuel bed depth， flame length and flame height are positively correlated with NO3-content and Cl- content， while SO42- content is positively correlated with flame length and flame height， while combustion efficiency has relatively little influence on F-， Cl-， NO3-， and SO42- content. Further db-RDA analysis shows that the fire behavior characteristic that has the most significant influence on the contents of F-， Cl-， NO3-， and SO42- is the flame height.【Conclusion】There is a significant correlation between the characteristics of fire behavior and the emission of water-soluble ions in forest fire PM2.5， fuel load， fuel moisture content and slope can indirectly affect the content of water-soluble anions in PM2.5 by influencing fire behavior.

Keywords： simulated combustion experiment； preset experimental conditions； fire behavior characteristics； PM2.5； water-soluble anion

在厄爾尼諾現(xiàn)象、拉尼娜現(xiàn)象等極端氣象和人類活動的影響下，森林火災(zāi)發(fā)生的頻率變高，范圍增廣，破壞力越來越大[1]。森林火災(zāi)釋放大量的顆粒物進(jìn)入大氣圈，對野生動植物和人類生命造成威脅，對生物生存環(huán)境造成持久的二次破壞。細(xì)顆粒物PM2.5不但是煙霧中最重要的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)參數(shù)[2-4]，而且對人體健康危害極大。PM2.5可在空氣中滯留較長時(shí)間，并在順風(fēng)條件下進(jìn)行遠(yuǎn)距離的輸送，對大氣化學(xué)、輻射平衡、氣候和人類健康均產(chǎn)生負(fù)面影響[5-7]。最新的毒理學(xué)研究表明，來自森林火災(zāi)的PM2.5毒性要比來自工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣等其他環(huán)境污染來源的同等排放量的PM2.5毒性更大[8]，因此研究森林火災(zāi)來源的PM2.5的成分具有重要意義。PM2.5成分包括重金屬離子、有機(jī)質(zhì)及水溶性無機(jī)離子（water soluble inorganic ions，WSIIs）等。其中水溶性無機(jī)離子在PM2.5中占據(jù)重要比例，占PM2.5質(zhì)量的30%～80%[9]，能反映顆粒物中無機(jī)組分和化合物的生成機(jī)理，并在一定程度上影響顆粒物的表面特性，促進(jìn)霧霾的形成[10]，對大氣環(huán)境造成長期深遠(yuǎn)的影響[11]。而水溶性陰離子（F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、PO43-、SO42-等）的含量很大程度上決定了顆粒物的酸堿性[12]。PM2.5通常通過干沉降或濕沉降方式去除，其中的水溶性陰離子可能沉積在地表水中[13]，造成地表水污染物負(fù)荷增加[14]以及影響周圍土壤質(zhì)量[15]，并且水溶性陰離子的高度持久性會引起水體富營養(yǎng)化、水體酸化[16]等問題，一旦超過安全限值就會對生態(tài)環(huán)境[17]和人類健康構(gòu)成潛在威脅。

國內(nèi)外已有很多關(guān)于森林火災(zāi)排放PM2.5中水溶性離子可能對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在危害的研究，Ma等[18]通過表征不同燃燒狀態(tài)、可燃物類型和森林類型的森林火災(zāi)排放PM2.5的水溶性成分來評估森林火災(zāi)是否影響PM2.5的酸度；Sequeira等[19]通過對葡萄牙森林火災(zāi)后森林和農(nóng)業(yè)用地實(shí)施地表水監(jiān)測，從水溶性離子成分等方面對河流水體進(jìn)行表征，探究森林火災(zāi)影響下地表水物理和化學(xué)性質(zhì)的時(shí)間演變特征；Kilic等[20]將SEM設(shè)備與粒度分析儀一起使用來表征和檢測森林火災(zāi)后雨水中的化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)高濃度的銨、鈣、氯化物、鉀和硫酸鹽可以作為森林火災(zāi)排放源特征。然而森林火災(zāi)的影響因素如可燃物性質(zhì)、地形條件以及火行為特征如何影響PM2.5中水溶性陰離子產(chǎn)生鮮見報(bào)道。本研究通過室內(nèi)模擬燃燒試驗(yàn)，預(yù)設(shè)不同的可燃物載量、可燃物含水率、坡度條件，分析預(yù)設(shè)試驗(yàn)條件、氣象因素與火行為特征對PM2.5中水溶性陰離子含量的影響，在此基礎(chǔ)上探究森林火災(zāi)對PM2.5排放機(jī)制的影響，為開展區(qū)域森林火災(zāi)顆粒物排放研究及森林火災(zāi)顆粒物排放造成的大氣環(huán)境安全問題提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐，以期提高對森林火災(zāi)顆粒物排放的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)認(rèn)識。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究選擇黑龍江省尚志市帽兒山鎮(zhèn)境內(nèi)的東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實(shí)驗(yàn)林場（45°15′～45°29′N、127°23′～127°43′E）的紅松人工林作為采樣地。林場地處長白山系張廣才嶺，屬于大陸性季風(fēng)氣候，四季變化明顯，夏季濕熱，冬季寒冷干燥，年平均氣溫2.7 ℃，無霜期為120～140 d，降水量為600～800 mm，降水主要集中在7—8月，最高海拔為805 m，平均海拔為300 m，地帶性土壤為暗棕壤?，F(xiàn)以紅松Pinus koraiensis、樟子松Pinus sylvestris var. mongolica、山楊Populus davidiana、白樺Betula phatyphylla、黑樺Betula dahurica、蒙古櫟Quercus mongolica為主的次生落葉闊葉混交林和人工針葉林。紅松是我國東北地區(qū)最重要的人工林樹種之一，除具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)效益外，因其油脂含量較高，通常成為森林火災(zāi)的高發(fā)地[21-22]。本試驗(yàn)在紅松人工林內(nèi)選取坡度較為平緩的區(qū)域收集樣地內(nèi)的地表可燃物，隨后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室處理。

1.2 模擬燃燒試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：模擬燃燒試驗(yàn)在東北林業(yè)大學(xué)森林草原火行為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，設(shè)置4、8、12、16 t/hm2 4個(gè)梯度的可燃物載量水平，5%、10%、15% 3個(gè)梯度的可燃物含水率水平，0°、10°、20°、30° 4個(gè)梯度的坡度水平，每種試驗(yàn)條件均設(shè)3次重復(fù)，共計(jì)144組模擬燃燒試驗(yàn)。

試驗(yàn)儀器與材料：模擬燃燒試驗(yàn)在本學(xué)科自制變坡度燃燒床展開，用于進(jìn)行模擬燃燒試驗(yàn)的可燃物先進(jìn)行烘干處理，然后根據(jù)不同載量水平將可燃物稱質(zhì)量分組，絕干可燃物含水率分別調(diào)整為5%、10%、15%，儲存在密閉箱內(nèi)以防止可燃物含水率發(fā)生變化。試驗(yàn)使用JCH-120F型中流量環(huán)境顆粒物采樣器，以石英纖維濾膜為過濾材料，采集細(xì)顆粒物（PM2.5）樣品。取樣前，將濾膜放置在恒溫恒濕箱中平衡48 h，取樣后濾膜存于濾膜盒，并于-20 ℃冰凍儲存。

燃燒試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作：展開燃燒試驗(yàn)前，用手持氣象站（Kestrel 4500）記錄周圍環(huán)境的溫度和相對濕度。將預(yù)先準(zhǔn)備好的可燃物均勻地散布在1 m×4 m的燃燒床上，并在可燃物床層上選擇5個(gè)測點(diǎn)，用刻度尺測量可燃物床層厚度。將環(huán)境顆粒物采樣器放置于燃燒床后2 m的位置采集細(xì)顆粒物樣品。

燃燒試驗(yàn)與樣品采集：在可燃物床層末端設(shè)置約1 cm寬的引燃槽，將95%的乙醇溶液倒入引燃槽中，用火柴將可燃物床層引燃。通過預(yù)試驗(yàn)確定了1 m長的預(yù)燃區(qū)，火頭通過預(yù)燃區(qū)后被視為火焰達(dá)到似穩(wěn)態(tài)?；鹧孢_(dá)到似穩(wěn)態(tài)后，采用標(biāo)桿法分別測量并記錄火焰高度、火焰長度、火焰深度。在引燃可燃物的同時(shí)打開環(huán)境顆粒物采樣器開始收集細(xì)顆粒物樣品，利用TSI8534氣溶膠測試儀測量室內(nèi)PM2.5濃度，每次燃燒試驗(yàn)結(jié)束后，當(dāng)室內(nèi)PM2.5濃度與燃燒試驗(yàn)前基本一致時(shí)，結(jié)束取樣并將濾膜存于濾膜盒。燃燒試驗(yàn)結(jié)束后，將燃燒剩余物收集稱量并記錄，用可燃物消耗量與試驗(yàn)前測得的絕干質(zhì)量的比值來表示燃燒效率。

1.3 樣品處理與分析

取樣前，將濾膜放置在恒溫恒濕箱中平衡48 h。取出后使用電子天平稱質(zhì)量并記錄濾膜質(zhì)量作為濾膜采樣前的質(zhì)量。采樣結(jié)束后，將濾膜在相同條件下再次平衡48 h，稱質(zhì)量并記錄濾膜采樣后的質(zhì)量。濾膜前后稱得質(zhì)量差值即采集到的PM2.5排放量。

將濾膜裁剪1/4放入離心管中，加入20 mL的去離子水（Milli-Q，R≈18.2 MΩ·cm）超聲提取，超聲20 min，震蕩15 min，使用一次性配藥注射器和0.22 μm的MCE水系濾膜過濾上清液，得到待測液。使用瑞士萬通MagIC 940離子色譜儀測得7種水溶性陰離子（F-、Cl-、NO3-、SO42-、Br-、NO2-、PO43-）的含量，其中Br-、NO2-、PO43-的含量低于檢測限。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，用Origin Pro 2024軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化。通過多因素方差分析不同可燃物載量、可燃物含水率、坡度條件及其交互作用對火行為特征的影響；通過單因素ANOVA檢驗(yàn)比較不同可燃物載量、可燃物含水率、坡度下水溶性陰離子含量的差異，通過多因素方差分析不同可燃物載量、可燃物含水率、坡度條件及其交互作用對水溶性陰離子含量的影響；使用Spearman相關(guān)系數(shù)評價(jià)預(yù)設(shè)試驗(yàn)條件、火行為特征與水溶性陰離子含量間的相關(guān)性；使用R語言vegan包，通過db-RDA分析（Bray-Curtis距離）評價(jià)火行為特征、可燃物載量、可燃物含水率、坡度對水溶性陰離子含量的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 燃燒試驗(yàn)概況

以火焰長度、火焰高度、火焰深度、燃燒效率為因變量，可燃物載量、可燃物含水率、坡度為自變量分別進(jìn)行多因素方差分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知，可燃物載量、可燃物含水率、坡度以及可燃物載量和坡度的交互作用對火焰長度、火焰高度、火焰深度、燃燒效率產(chǎn)生了極顯著影響（P<0.01），可燃物載量與可燃物含水率的交互作用對火焰長度、火焰高度造成極顯著影響，而對火焰深度、燃燒效率的影響并不顯著，可燃物含水率與坡度的交互作用對火焰長度、火焰高度造成極顯著影響（P<0.01），卻并未對火焰高度、燃燒效率造成顯著影響，可燃物載量、可燃物含水率、坡度三者的交互作用對火焰長度、火焰高度造成顯著影響（P<0.05），對火焰深度、燃燒效率均未產(chǎn)生顯著影響。

2.2 可燃物載量、可燃物含水率、坡度對水溶性陰離子含量的影響

通過單因素ANOVA檢驗(yàn)，比較相同可燃物載量條件下，不同可燃物含水率及不同坡度組間水溶性陰離子F-、Cl-、NO3-、SO42-含量的差異性。如圖1所示，F(xiàn)-含量在可燃物載量為4 t/hm2、坡度為20°，可燃物載量為8 t/hm2、坡度為10°以及可燃物載量為12 t/hm2、坡度為0°時(shí)，在不同可燃物含水率組間存在顯著差異（P<0.05）。Cl-含量在可燃物載量為8 t/hm2、坡度為10°，可燃物載量為12 t/hm2、坡度為10°以及可燃物載量為16 t/hm2、坡度為30°時(shí)，在不同可燃物含水率組間存在顯著差異（P<0.05）。NO3-含量在可燃物載量為8 t/hm2、坡度為10°和20°，可燃物載量為8 t/hm2、坡度為0°時(shí)，在不同可燃物含水率組間存在顯著差異（P<0.05）。SO42-含量在可燃物載量為8 t/hm2、坡度為10°，可燃物載量為12 t/hm2、坡度為10°，可燃物載量為16 t/hm2、坡度為30°時(shí)，在不同可燃物含水率組間存在顯著差異（P<0.05）。在不同坡度組別間，可燃物含水率相同時(shí)，僅在可燃物載量為16 t/hm2時(shí)的F-含量和可燃物載量為4 t/hm2和12 t/hm2時(shí)的Cl-含量差異不顯著（P>0.05）。綜上所述，可燃物載量、可燃物含水率、坡度顯著影響PM2.5中水溶性陰離子含量。

由圖1可知，當(dāng)載量為8和12 t/hm2時(shí)，除坡度20°試驗(yàn)組，F(xiàn)-含量隨含水率變化趨勢相似，均在0°時(shí)隨含水率升高而降低。當(dāng)載量為4和8 t/hm2、含水率為15%時(shí)，F(xiàn)-含量隨坡度變化趨勢相似；當(dāng)載量為8和12 t/hm2、含水率為5%時(shí)，F(xiàn)-含量隨坡度變化趨勢相似。在載量為8 t/hm2試驗(yàn)組，當(dāng)坡度為10°、可燃物含水率為10%時(shí)，F(xiàn)-含量最高。Cl-含量均在載量為8和16 t/hm2試驗(yàn)組內(nèi)，當(dāng)坡度相同時(shí)，隨含水率的增大而減小。在4種載量水平下，坡度為20°時(shí)，Cl-含量隨含水率變化趨勢相似；當(dāng)載量為12和16 t/hm2、含水率為5%和10%時(shí)，Cl-含量隨坡度變化趨勢相似。當(dāng)載量為8 t/hm2、坡度為10°、含水率為5%時(shí)，Cl-含量最高。在載量為4 t/hm2試驗(yàn)組中，除坡度為20°時(shí)，NO3-含量在坡度相同情況下隨含水率增大而減?。辉谳d量為12 t/hm2試驗(yàn)組中，除坡度為0°時(shí)，NO3-含量在坡度相同情況下也隨含水率增大而減小。在載量為16 t/hm2試驗(yàn)組中，除坡度為30°時(shí)，NO3-含量在坡度相同情況下隨含水率增大而增大。除載量為4 t/hm2試驗(yàn)組外，當(dāng)坡度為0°時(shí)，NO3-含量隨含水率增大而增大。在8和12 t/hm2的載量水平下，含水率不變時(shí)，NO3-含量隨坡度變化趨勢相似。其中在載量為12 t/hm2試驗(yàn)組中，坡度10°、含水率為15%時(shí)，NO3-含量最高。在載量為4 t/hm2試驗(yàn)組中，除坡度為20°時(shí)，SO42-含量與NO3-含量變化趨勢及規(guī)律相似。除載量為4 t/hm2試驗(yàn)組外，當(dāng)坡度為0°時(shí)，SO42-含量隨含水率增大而增大。其中當(dāng)載量為12 t/hm2、坡度為20°、可燃物含水率為5%時(shí)，SO42-含量最高。

以水溶性陰離子F-、Cl-、NO3-、SO42-含量為因變量，可燃物載量、可燃物含水率、坡度為自變量進(jìn)行多因素方差分析，分析結(jié)果如表2所示。除可燃物含水率外，各因子及其交互作用均極顯著影響F-含量（P<0.01），可燃物載量、可燃物載量和可燃物含水率的交互作用以及三者的交互作用均對Cl-含量造成極顯著影響（P<0.01），而可燃物含水率、坡度、可燃物載量和坡度的交互作用以及可燃物含水率和坡度的交互作用對Cl-含量造成顯著影響（P<0.05），可燃物載量、可燃物含水率、可燃物載量與可燃物含水率和坡度的交互作用以及三者的交互作用對NO3-含量產(chǎn)生了極顯著影響（P<0.01），可燃物含水率和坡度的交互作用顯著影響NO3-含量（P<0.05），而坡度對NO3-含量無顯著影響（P>0.05），僅可燃物載量以及可燃物載量和可燃物含水率的交互作用顯著影響SO42-含量（P<0.05），其他因子對SO42-含量均未產(chǎn)生顯著影響（P>0.05）。

2.3 火行為對水溶性陰離子含量的影響

由圖2可知，相對濕度與Cl-含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），床層厚度、火焰長度、火焰高度與F-含量均呈顯著正相關(guān)（P<0.05），床層厚度、火焰長度、火焰高度、火焰深度均與Cl-含量極顯著正相關(guān)（P<0.01），床層厚度、火焰高度與NO3-、SO42-含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），火焰深度與NO3-、SO42-含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），其中燃燒效率對F-、Cl-、NO3-、SO42-含量的影響相對較小，可能是由于風(fēng)速或其他環(huán)境因素的干擾。

選用冗余分析（db-RDA）以研究其綜合相關(guān)性及各變量對水溶性陰離子的貢獻(xiàn)度，以確定影響其含量的關(guān)鍵性指標(biāo)，明確各火行為指標(biāo)、環(huán)境和可燃物變量的相對重要性，分析結(jié)果如圖3所示。根據(jù)db-RDA分析的結(jié)果顯示，8個(gè)變量對水溶性陰離子含量的總貢獻(xiàn)度達(dá)到了56.28%，第一軸解釋度為36.50%，第二軸解釋度為10.33%。床層厚度、火焰高度、燃燒效率、可燃物載量對模型的解釋度均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。通過解釋變量和響應(yīng)變量的夾角反映其相關(guān)性，與F-、NO3-、SO42-含量相關(guān)性最高的變量是火焰高度，與Cl-含量相關(guān)性最高的變量是火焰深度。根據(jù)db-RDA因子總貢獻(xiàn)度排序得出，對F-、Cl-、NO3-、SO42-含量貢獻(xiàn)最大的因子是床層厚度，其余變量貢獻(xiàn)度排序?yàn)椋夯鹧娓叨?gt;燃燒效率>可燃物載量>相對濕度>火焰深度>坡度>可燃物含水率。

3 討 論

可燃物是森林火災(zāi)發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，不同種類、不同燃燒條件的可燃物均會影響森林火災(zāi)蔓延過程及火行為特征，從而使排放的PM2.5和水溶性陰離子質(zhì)量濃度產(chǎn)生差異[24-28]。本研究通過進(jìn)行模擬燃燒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可燃物載量、可燃物含水率、坡度以及三者間交互作用顯著影響火行為，這與Ning等[23]的研究結(jié)果類似。在8、12、16 t/hm2的可燃物載量范圍內(nèi)且坡度不變的情況下，Cl-含量均隨可燃物含水率的增大而減少，這與Ma等[29]研究得出的水溶性無機(jī)離子的排放量隨著可燃物含水率的增加而線性增加的結(jié)論相反，這可能是因?yàn)榭扇嘉镌谌紵龝r(shí)，一些水溶性物質(zhì)會隨空氣中的水蒸氣排出，而不是以固體顆粒的形式排出。在不同坡度試驗(yàn)組中，F(xiàn)-、Cl-、NO3-、SO42-含量并無明顯規(guī)律性變化，這可能是由于預(yù)設(shè)的坡度條件均屬于低坡度范圍導(dǎo)致的。本試驗(yàn)結(jié)果表明，Cl-的含量相對較高，需要引起特別注意，因?yàn)榕cNO3-和SO42-等其他陰離子相比，Cl-不受氧化還原過程或陰離子吸附的影響[30-31]，氯化物的濕沉積可能更易導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)酸化。而F-含量與本研究涉及到的變量相關(guān)性較弱，可能與研究對象紅松在不同環(huán)境中對氟的積累能力有關(guān)[32]。

氣象因素作為火環(huán)境的一個(gè)重要組成部分，是影響或改變火蔓延及火行為的關(guān)鍵因素[33]。Kusan等[34]的研究結(jié)果顯示，夏季典型的炎熱干旱條件使野火發(fā)生頻率增加，導(dǎo)致PM2.5中水溶性離子濃度增加。本研究通過對溫度、相對濕度與水溶性陰離子進(jìn)行相關(guān)性分析也得出類似結(jié)論，相對濕度與水溶性陰離子含量呈負(fù)相關(guān)。綜上所述，在旱季早期采用計(jì)劃火燒清理林下可燃物作為前期防火方法時(shí)，建議進(jìn)行預(yù)防措施，避免因干燥的天氣而產(chǎn)生高含量的水溶性陰離子。

森林火災(zāi)行為是指森林火災(zāi)從著火、發(fā)生、發(fā)展到熄滅的整個(gè)森林火災(zāi)過程的所有特征和現(xiàn)象[35]，火行為包括火焰高度、火焰長度、火焰深度、燃燒效率等。本研究表明，火行為對水溶性陰離子含量會產(chǎn)生顯著影響，其中火焰高度對F-、NO3-、SO42-含量影響最大，而火焰高度是火強(qiáng)度的重要表征，說明火強(qiáng)度是影響F-、NO3-、SO42-含量的重要因素。Sanchez等[36]的研究結(jié)果也表明高強(qiáng)度的火會使流域的地表水中離子濃度增加，并對火災(zāi)后森林集水區(qū)的水質(zhì)有長期影響。因此后續(xù)的研究中可通過火焰高度預(yù)測水溶性陰離子的排放量。其次，燃燒效率對4個(gè)水溶性陰離子含量貢獻(xiàn)度也很大，這可能是因?yàn)槿紵矢呤寡趸磻?yīng)更充分，從而產(chǎn)生更多的水溶性陰離子。

本研究涉及到的影響因素及火行為特征不足以完全表征森林火災(zāi)對PM2.5排放的影響，因此后續(xù)研究中可以加入更多的火環(huán)境及火行為變量，如風(fēng)速、火強(qiáng)度特征等，并對森林火災(zāi)排放的PM2.5中除水溶性陰離子外的其他成分進(jìn)一步檢測分析，深入探究森林火災(zāi)來源的PM2.5成分與其他環(huán)境污染來源的區(qū)別。

4 結(jié) 論

森林火災(zāi)發(fā)生過程中可燃物性質(zhì)、氣象因素、火行為特征均會對PM2.5中水溶性陰離子的含量產(chǎn)生影響。火行為特征作為森林火災(zāi)的重要表現(xiàn)形式可以直接影響水溶性陰離子的排放。可燃物載量、可燃物含水率、坡度等則能通過影響火焰長度、火焰高度、火焰深度、燃燒效率等的火行為特征間接對PM2.5中水溶性陰離子含量造成顯著影響。本研究為綜合表征森林火災(zāi)排放PM2.5的成分提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對深入理解森林火災(zāi)背景下PM2.5的排放機(jī)制具有重要意義，有助于進(jìn)一步評估森林火災(zāi)對區(qū)域空氣質(zhì)量和全球氣候的影響及危害。

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[本文編校：謝榮秀]