不同火燒強度對森林土壤養(yǎng)分的影響

岳鑫 囤興建 崔德杰 郭曉冬 宋祥云 劉蕾 王玲麗 姜超 許景偉 李士美

摘要：林火是森林生態(tài)系統(tǒng)中的重要干擾因子。本試驗以山東省威海里口山林火跡地為研究對象，分析其不同火燒程度對表層土壤（0～10 cm）養(yǎng)分的影響。結果表明，與未過火林地相比，火燒跡地內(nèi)土壤pH值升高，表現(xiàn)為重度火燒林地>輕度火燒林地>中度火燒林地；土壤有機質(zhì)與速效鉀含量顯著降低，下降幅度表現(xiàn)為重度火燒林地>輕度火燒林地>中度火燒林地；堿解氮含量顯著降低，下降幅度表現(xiàn)為輕度火燒林地>重度火燒林地>中度火燒林地；有效磷含量顯著增加，增加幅度表現(xiàn)出重度火燒林地>中度火燒林地>輕度火燒林地。重度火燒后土壤養(yǎng)分含量降低，pH值升高，不利于土壤化學性質(zhì)改善。

關鍵詞：林火；火燒強度；土壤養(yǎng)分

中圖分類號：S714.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2018）03-0072-05

Abstract Forest fire is a crucial disturbance factor in forest ecosystems. In this study， the impacts of fire intensity on nutrients in topsoil （0～10 cm）were studied from burned blanks in the Likou Mountain in Weihai City. The results were showed as follows. In contrast with the forest soil without fire， the soil pH value increased after forest fire， and the sequence from high to low was： heavily burned forest， slightly burned forest， moderately burned forest. Soil organic matter and available potassium content were significantly decreased， and the sequence of decrease range from high to low was： heavily burned forest， slightly burned forest， moderately burned forest. Available nitrogen content was significantly reduced， and the sequence of decrease range from high to low was： slightly burned forest， heavily burned forest， moderately burned forest. The content of available phosphorus was significantly increased， and the sequence of increase range from high to low was： heavily burned forest， moderately burned forest， slightly burned forest. The soil nutrient content decreased and pH value increased after heavy fire， which was not conducive to the improvement of soil chemical properties.

Keywords Forest fire； Fire intensity； Soil nutrients

林火是一種自然現(xiàn)象，也是森林生態(tài)系統(tǒng)主要干擾因子之一，對森林生態(tài)系統(tǒng)的演替與發(fā)展具有重要作用[1]。全球平均每年大約有1%的森林遭受火干擾的影響[2]。目前，國外對林火的研究主要集中在北方針葉林，而國內(nèi)對林火的研究主要集中于大興安嶺地區(qū)、西南林區(qū)和北京山區(qū)[3]。然而，截至目前，山東半島沿海地區(qū)林火對土壤的影響卻鮮有報道。

森林在經(jīng)歷火燒后，其生態(tài)系統(tǒng)會遭受不同程度的破壞，火燒時產(chǎn)生的高溫不僅會破壞地表植被，也會改變土壤的化學性質(zhì)。土壤化學性質(zhì)不僅受氣候、植被、地形以及成土過程等自然因素的影響，而且與耕作、土地利用方式以及經(jīng)營措施等人為因素密切相關[4]。土壤化學性質(zhì)是衡量森林土壤質(zhì)量的重要標準，火后森林土壤化學性質(zhì)的變化，是評估森林火災損失和計劃燒除效果的重要依據(jù)[5]。在土壤含有的眾多元素中，氮、磷、鉀的含量與植被、微生物及土壤動物活動聯(lián)系尤其緊密[6]。因此，分析土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀等元素含量，可以反映出土壤肥力水平。土壤pH值與植物生長聯(lián)系緊密，是火災后土壤森林發(fā)育和演替的重要因子[7，8]。以往對森林土壤化學性質(zhì)方面的研究，主要著眼于土地利用方式對土壤化學性質(zhì)的影響，以及采伐干擾和森林經(jīng)營對土壤化學性質(zhì)的擾動等方面，而關于不同強度火燒以及火燒后自然恢復對土壤化學性質(zhì)的研究相對較少[9，10]。

本研究以山東省威海市里口山林火跡地為對象，分析了不同火燒強度對土壤化學性質(zhì)的影響，旨在發(fā)現(xiàn)不同火燒強度對土壤化學性質(zhì)的影響規(guī)律，從而為火災后森林的恢復提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

威海市位于山東半島東端，地處36°41′～37°35′N，121°11′～122°42′E，北、東、南三面瀕臨黃海。本區(qū)域?qū)俦睖貛Ъ撅L型大陸性氣候，年平均氣溫12.2℃，年平均降水量737.7 mm，年平均日照時數(shù)2 480.0 h。

里口山位于威海市西南部，山體主要由花崗閃長巖構成，山基表面多為風化殘積物形成的棕壤性土，土壤普遍存在質(zhì)地粗、結構差、肥力低等問題。本區(qū)域自然分布植被類型為暖溫帶落葉闊葉林區(qū)，現(xiàn)有植被以松櫟混交林為主，伴有刺槐人工林，主要木本植物有赤松（Pinus densiflora）、麻櫟（Quercus acutissima）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、黑松（Pinus thunbergii）、臭椿（Ailanthus altissima）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、扁擔木（Grewia biloba var. parviflora）、三椏烏藥（Lauraceae. obtusiloba）、鼠李（Rhamnus davurica）等。2014年5月29日，里口山發(fā)生森林火災，火線一度達7 km，過火面積約47 hm2。

1.2 研究方法

通過對過火區(qū)域的全面調(diào)查，選擇立地條件基本一致的地段，設立不同過火程度的火燒樣地，分別為未火燒樣地、輕度火燒樣地（燒死木比例<30%）、中度火燒樣地（燒死木比例30%～70%）、重度火燒樣地（燒死木比例>70%）。土壤樣品于2015年11月采集。

在各過火樣地中分別設置20 m×20 m的標準樣地，在各樣地按照梅花式取樣方法各取5個點的表層土壤（0～10 cm）。表1為各試驗地的基本概況。樣品取回后，在室內(nèi)進行自然風干、研磨、過篩等預處理，測定土壤pH值、有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀五項指標。土壤pH值采用電位法；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法；堿解氮采用堿解擴散法；速效磷采用NaHCO3浸提-鉬藍比色法；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計法[11]。

應用Microsoft Excel 2016軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計；結合SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析（LSD法）；對土壤pH值及各土壤養(yǎng)分指標進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 火燒后土壤pH值與養(yǎng)分含量的相關性分析

由表2可以看出，火燒后表層土壤有機質(zhì)、速效鉀含量與pH值，有機質(zhì)含量與速效磷含量均呈極顯著負相關關系；土壤堿解氮、速效鉀含量與土壤有機質(zhì)含量，土壤速效鉀含量與堿解氮含量均呈極顯著正相關關系；土壤堿解氮含量與pH值、速效鉀與速效磷含量均呈顯著負相關關系，其余各組數(shù)據(jù)之間相關性均不顯著。

2.2 火燒對土壤pH值及有機質(zhì)含量的影響

由圖1可知，經(jīng)歷不同程度火燒后，土壤pH值均高于未過火土壤（pH=4.95），且重度火燒（pH=5.5）>輕度火燒（pH=5.2）>中度火燒（pH=5.12），分別較未過火土壤pH值增加11.11%、5.05%和3.43%。除重度火燒后土壤pH值與未過火土壤pH值存在顯著差異外，其余處理的土壤pH值較未過火土壤pH值均無顯著變化。

在經(jīng)歷不同程度火燒后，土壤有機質(zhì)含量均較未過火土壤有機質(zhì)含量有所降低，輕度火燒后土壤有機質(zhì)含量為20.38 g/kg；中度火燒后土壤有機質(zhì)含量為21.40 g/kg；重度火燒后土壤有機質(zhì)含量為11.33 g/kg；降低幅度依次為重度火燒（59.35%）>輕度火燒（26.87%）>中度火燒（23.21%），各過火樣地土壤有機質(zhì)含量及與未過火樣地土壤有機質(zhì)含量相比均存在顯著差異。

2.3 火燒對土壤速效養(yǎng)分含量的影響

由圖2可知，經(jīng)歷不同程度火燒后，土壤堿解氮含量均較未過火樣地土壤顯著降低，其中輕度火燒后土壤堿解氮含量降低31.86%，中度火燒后降低19.9%，重度火燒后降低24.99%。經(jīng)歷不同程度火燒后土壤速效磷含量均較未過火樣地顯著增加，輕度火燒后土壤速效磷含量增加11.31%，中度火燒后增加102.55%，重度火燒后增加169.34%。各處理土壤速效鉀含量分別為輕度火燒45.18 mg/kg，中度火燒51.79 mg/kg，重度火燒38.58 mg/kg，分別較未過火樣地土壤速效鉀含量降低24.75%、13.74%和35.74%。

3 討論

研究表明，林火發(fā)生后會迅速提高土壤pH值，在經(jīng)過幾個月、幾年、甚至幾十年的時間后逐漸下降[12]。這是由土壤腐殖質(zhì)氧化并導致陽離子交換量下降造成，同時，還取決于火燒后灰燼沉積的組成和數(shù)量以及土壤的緩沖能力[13]。有研究顯示，不同火燒強度對森林土壤pH值的影響呈遞增趨勢。這可能是由于火燒后釋放出的一些金屬陽離子中和了土壤中的酸性，從而使得土壤pH值升高[14]。也可能是加熱使土壤中的有機酸變性所致[15]。本研究中，重度火燒土壤pH值顯著高于未過火、輕度火燒和中度火燒林地土壤pH值，與前人研究結果一致。

有機質(zhì)是土壤的重要組成部分之一，也是土壤形成的重要物質(zhì)基礎?；馃笸寥烙袡C質(zhì)的變化不僅影響土壤的理化性質(zhì)，而且對土壤肥力的發(fā)展起著極為重要的作用[16，17]。本研究中，經(jīng)過不同程度火燒后土壤有機質(zhì)含量均較未過火土壤顯著減少。有機質(zhì)含量降低可能是因為火燒后地表枯落物減少，進而對地表補充的有機質(zhì)減少，也可能是由林火引起的有機物質(zhì)蒸發(fā)所致[18]。測定火燒后土壤有機質(zhì)的含量是研究土壤、判斷土壤肥力狀況以及恢復情況的一項重要工作[19]。

土壤中的速效養(yǎng)分可以直接被植物利用，火燒可以提高土壤養(yǎng)分的可用性[20]。一般情況下，火燒后短期內(nèi)林地表層土壤的有效氮含量通常是提高的，因為一定程度的火燒能使土壤有機氮轉(zhuǎn)為無機形式，但長期來看有效氮含量會下降[21]。本研究中過火土壤堿解氮含量降低，可能原因為在試驗測定時距林火發(fā)生已有一段時間。有研究表明土壤氮含量的降低或許與土壤有機物的消釋有關[22]。本研究中土壤堿解氮含量與土壤有機質(zhì)含量存在極顯著正相關關系，符合這一結論。土壤速效磷含量變化較大，不同程度火燒后土壤速效磷含量均顯著增加。速效磷的增加可能是由于火燒使其他形態(tài)磷轉(zhuǎn)化為有效磷[23]。森林過火后土壤速效鉀含量均顯著減少，可能是雨后水土流失導致的。由于重度火燒對森林破壞較嚴重，導致地表大面積裸露，所以，水土流失問題較輕度火燒嚴重[2]。這與本研究結果一致。

4 結論

本研究對山東半島沿海地區(qū)林火對土壤的影響進行了分析比較，結果表明輕度火燒和中度火燒后表層土壤pH值無顯著變化，重度火燒后土壤pH值顯著升高；火燒后表層土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀含量均顯著降低；而土壤有效磷含量則顯著升高，這都不利于土壤化學性質(zhì)的改善。

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