長(zhǎng)白松人工林采伐跡地火災(zāi)對(duì)土壤性質(zhì)的影響

陳 博，薛 偉，張華超，，朱夢(mèng)龍

（1.東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.吉林省白河林業(yè)局，吉林 延邊 133000）

長(zhǎng)白松人工林的采伐作業(yè)完成后，林木的消失使土壤表層受到較高的光照強(qiáng)度。而人工采伐跡地上往往會(huì)殘留大量帶有油脂的伐根及枝丫，在干燥、大風(fēng)、高溫等情況下極易發(fā)生火災(zāi)[1]。強(qiáng)度過(guò)高的火燒會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞，形成板結(jié)。還會(huì)改變土壤性質(zhì)，使土壤養(yǎng)分揮發(fā)侵蝕，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)破壞森林土壤生態(tài)系統(tǒng)，甚至長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法恢復(fù)[2]。

宋啟亮等[3]指出大興安嶺土壤火燒后20年有機(jī)質(zhì)含量提升了64%，起到了穩(wěn)定土壤中有機(jī)碳庫(kù)的作用。李媛等[4]指出，草原火燒后3年土壤養(yǎng)分無(wú)顯著變化，而當(dāng)年火燒和火燒后11年，養(yǎng)分會(huì)發(fā)生一定程度的改變。Hatten 等[5]研究指出，林火產(chǎn)生的木炭、金屬氧化物會(huì)對(duì)土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生長(zhǎng)期的影響。Hart 等[6]研究了火對(duì)土壤微生物的影響機(jī)理，指出火災(zāi)短期內(nèi)升溫導(dǎo)致微生物死亡。Grogan 等[7]研究了火災(zāi)對(duì)主教松林的土壤、微生物、氮循環(huán)的影響，并指出灰分的再分配促進(jìn)了初級(jí)生產(chǎn)力的保留。

前人對(duì)于采伐跡地火災(zāi)研究的時(shí)間跨度較長(zhǎng)且環(huán)境條件比較單一，火燒后10年甚至20年的土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)受非相關(guān)因素影響較大。本文通過(guò)模擬不同風(fēng)速下長(zhǎng)白松采伐跡地的火災(zāi)來(lái)研究火災(zāi)溫度對(duì)土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)的即時(shí)影響，在此基礎(chǔ)上每隔半年進(jìn)行一次土壤的觀測(cè)，能更詳細(xì)、直觀地了解不同強(qiáng)度火燒引起的土壤變化情況，為恢復(fù)長(zhǎng)白松等珍貴樹種的繁育地提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與研究方法

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在吉林省白河林業(yè)局，在林場(chǎng)試驗(yàn)地進(jìn)行，地理位置為42°01′20″～42°48′17″N，127°53′19″～128°34′12″E，全林業(yè)局年平均氣溫為2.2℃，全年無(wú)霜期為110 d 左右，年平均降水量為700 mm 左右且多集中于6—8月。試驗(yàn)地人工林面積為14 hm2，采伐樹齡為45 a，采伐強(qiáng)度為15%，長(zhǎng)勢(shì)健康，分布規(guī)律，樣地的基本情況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地基本概況Table 1 Basic situation of the experimental sites

在試驗(yàn)地劃取4 塊長(zhǎng)17 m、寬15 m 且結(jié)構(gòu)相似的試驗(yàn)地，保持試驗(yàn)區(qū)域的表層可燃物分布情況相近且落葉均勻平鋪，繪制出試驗(yàn)地模擬圖1。為探究不同風(fēng)速條件下的火災(zāi)溫度對(duì)土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，利用鼓風(fēng)機(jī)不同檔位模擬此地區(qū)4 種常見(jiàn)風(fēng)速，分別為1、3、5、7 m/s，在4 塊試驗(yàn)區(qū)域中進(jìn)行燃燒試驗(yàn)。

圖1 試驗(yàn)地模擬Fig.1 Simulation of the experimental ground

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

試驗(yàn)區(qū)域整體結(jié)構(gòu)以及伐根坐標(biāo)見(jiàn)圖2，其中X、Y軸的平面為土壤表面，Z軸坐標(biāo)表示土壤深度。在土壤表層以及地表下3、6、9、12、15 cm 的土層處分別布置熱電偶，黑色實(shí)心點(diǎn)為溫度測(cè)試點(diǎn)。區(qū)域兩側(cè)分別布置9 根間隔為1 m 的標(biāo)桿，在火焰達(dá)到似穩(wěn)態(tài)時(shí)記錄并計(jì)算火蔓延速度。其速度為火頭順風(fēng)速度，由火頭通過(guò)各標(biāo)桿的時(shí)間計(jì)算，對(duì)多段速度取平均值[8]，計(jì)算公式為：

圖2 試驗(yàn)區(qū)域結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of the experimental area

式中：L為火頭在一定時(shí)間內(nèi)的蔓延距離（m）；t為蔓延時(shí)間（s）。

試驗(yàn)設(shè)備包括車載電源、鼓風(fēng)機(jī)、電子秤、測(cè)試箱、ADAM-5018 型測(cè)溫模塊、熱電偶、EY1-B 型風(fēng)速風(fēng)向儀。裝置中的熱電偶為K 型熱電偶，可測(cè)試的溫度范圍為：0～1 370℃。溫度測(cè)試點(diǎn)布置位置見(jiàn)圖3。

圖3 試驗(yàn)區(qū)域俯視Fig.3 Platform of the experimental area

試驗(yàn)后待土壤冷卻進(jìn)行第1 次采樣測(cè)量分析，將火燒跡地在自然條件下保留，每隔半年進(jìn)行1次測(cè)量。2015年5月進(jìn)行試驗(yàn)及第1 次采樣，至2020年11月共12 次采樣測(cè)量。取樣點(diǎn)設(shè)置在伐根之間的受損土壤，在試驗(yàn)地內(nèi)隨機(jī)選擇2 m×2 m的區(qū)域進(jìn)行五點(diǎn)取樣法取樣。取樣后分別測(cè)量其理化性質(zhì)[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)中土壤溫度變化

風(fēng)速對(duì)火災(zāi)土壤溫度的變化有顯著影響，當(dāng)風(fēng)速為1 m/s 時(shí)，試驗(yàn)區(qū)域中火勢(shì)較弱，火蔓延速度為1.32 m/s，表層可燃物燃燒緩慢，3 cm 土壤層最高溫度可達(dá)240℃，6 cm 層土壤最高溫度上升至70～80℃之間，9 cm 土壤層溫度升高至30～40℃之間，12 cm 土壤層溫度略微上升。當(dāng)風(fēng)速為3 m/s 時(shí)，火蔓延速度為1.98 m/s，3～9 cm土壤層溫度明顯升高，9 cm 以下層土壤溫度不受火燒影響。當(dāng)風(fēng)速為5及7m/s時(shí)，火蔓延速度為2.55和2.91 m/s，表層可燃物燃燒較快，雖然伐根持續(xù)燃燒，但溫度向更深層次土壤需要足夠長(zhǎng)的加熱時(shí)間，所以深層土壤溫度變化較弱，3 cm 土壤層最高溫度仍可達(dá)到200℃左右，5 cm 土壤層最高溫度在50℃左右，9、12、15 cm 土壤層溫度幾乎無(wú)變化，故僅研究3、6、9 cm 層土壤結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的改變。

2.2 火災(zāi)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的即時(shí)影響

火燒會(huì)對(duì)土壤的容重、元素含量、含水率等幾個(gè)方面產(chǎn)生影響?；馃陂g，土壤最高溫度達(dá)到了200℃以上，火燒樣地中形成了各種大小不一的裸露地塊，使得土壤的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。而地表的凋落物以及土壤中的有機(jī)質(zhì)燃燒會(huì)改變土壤的礦物成分，高溫更是影響了其中植被以及微生物的存活。在試驗(yàn)結(jié)束后，為了減少環(huán)境對(duì)災(zāi)后土壤的影響，待土壤冷卻立即進(jìn)行取樣并測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)以柱狀圖形式呈現(xiàn)出來(lái)，并加入未進(jìn)行火燒的土壤數(shù)據(jù)為對(duì)照，在圖中以ck 表示。

2.2.1 火災(zāi)后不同風(fēng)速條件下各層次土壤容重變化

將試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)Origin軟件整理繪制柱狀圖，應(yīng)用SPSS20.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。風(fēng)速為1、3、5、7 m/s 時(shí)，火燒后各層次土壤容重的變化如圖4所示。

圖4 火燒后土壤容重變化Fig.4 Soil bulk density after the fire

風(fēng)速為1 m/s時(shí)，3 cm土壤層最高溫度為219～241℃，此時(shí)3 cm 土壤層容重為1.45 g/cm3，下層土壤的容重較大，9 cm 土壤層容重可達(dá)1.55 g/cm3。風(fēng)速為3 m/s 時(shí)，各層土壤容重均有所升高。風(fēng)速為5 m/s 時(shí)，3 cm 土層最高溫度為210℃，此時(shí)3、6 cm 層土壤容重為1.35、1.38 g/cm3，與對(duì)照組相比均有所升高（P＜0.05），但9 cm 層土壤容重與對(duì)照組相比幾乎無(wú)變化。風(fēng)速為7 m/s時(shí)，3 cm 層土壤最高溫度為197℃，容重升高至1.25 g/cm3，其余層土壤容重均無(wú)明顯變化。

2.2.2 火災(zāi)后不同風(fēng)速條件下各層次土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

由圖5可知，火燒產(chǎn)生的高溫會(huì)導(dǎo)致3 cm 土壤層的有機(jī)質(zhì)損失嚴(yán)重（P＜0.05）。3 cm 土層在各風(fēng)速的火災(zāi)下，有機(jī)質(zhì)含量損失均在70%以上且最高達(dá)到了87%。6 cm 土壤層有機(jī)質(zhì)含量受火燒影響較小，風(fēng)速為1、3 m/s 時(shí)，土壤最高溫度在70℃左右，此時(shí)根系開始脫水變干，部分種子和微生物死亡，溫度越高影響越顯著。風(fēng)速為5、7 m/s 時(shí)，6 cm 層土壤最高溫度在50℃左右，此時(shí)僅少量根系脫水變干或死亡，種子以及各種微生物大量存活。9 cm 土層中有機(jī)質(zhì)幾乎不受火災(zāi)影響，風(fēng)速為1、3 m/s 時(shí)，9 cm 層土壤最高溫度在34～40℃之間，對(duì)蛋白質(zhì)以及植物組織影響非常小。而風(fēng)速為5、7 m/s 時(shí)，9 cm 層土壤溫度均在30℃以下，無(wú)論持續(xù)時(shí)間多久，都不會(huì)對(duì)有機(jī)質(zhì)含量產(chǎn)生影響。

圖5 火燒后土壤有機(jī)質(zhì)含量變化Fig.5 Soil organic contents after the fire

2.2.3 火災(zāi)后不同風(fēng)速條件下各層次土壤氮含量的變化

由圖6可知，各風(fēng)速下發(fā)生的火災(zāi)都會(huì)使土壤全氮含量不同程度地減少。風(fēng)速為1 和3 m/s時(shí)，3 cm 層土壤最高溫度分別在219～241℃和218～221℃之間，此時(shí)3、6 cm 土層全氮含量變化顯著（P＜0.05），且溫度越高全氮損失量越大。風(fēng)速為5 m/s 時(shí)，3 cm 層土壤溫度在206～210℃之間，全氮含量與未火燒相比仍有顯著變化。風(fēng)速為7 m/s 時(shí)，其土壤最高溫度不足200℃，3 cm層土壤全氮含量變化不顯著（P＞0.05）。有效氮含量的顯著變化發(fā)生在3 cm土層。風(fēng)速為1 m/s時(shí)，3 cm 土層有效氮含量增加最顯著，風(fēng)速升高至5 m/s 時(shí)，土層最高溫度低于200℃，此時(shí)土壤有效氮含量幾乎無(wú)變化。

圖6 火燒后土壤全氮和有效氮含量變化Fig.6 The total nitrogen and available nitrogen contents of soil after the fire

2.2.4 火災(zāi)后不同風(fēng)速條件下各層次土壤磷含量的變化

由圖7可知，在各風(fēng)速下的火災(zāi)后土壤全磷的損失量都很少，主要發(fā)生在風(fēng)速為1 m/s 時(shí)3 cm土層處（P＜0.05），而速效磷含量在各條件下均未發(fā)生顯著性變化?？傮w而言，土壤全磷和速效磷含量受火燒的即時(shí)影響并不大，土壤溫度超過(guò)220℃時(shí)，土壤全磷才開始損失。

圖7 火燒后土壤全磷和速效磷含量變化Fig.7 The total phosphorus and available phosphorus contents of soil after the fire

2.2.5 火災(zāi)后不同風(fēng)速條件下各層次土壤鉀含量的變化

火燒后土壤中鉀元素含量變化如圖8所示，火燒對(duì)土壤中鉀含量的即時(shí)影響較小，3 cm 層土壤的全鉀含量?jī)H在風(fēng)速為1 m/s 的火燒下才有顯著降低（P＜0.05），深層土壤的全鉀含量幾乎不受影響。且鉀元素的溫度閾值較高[10]，各層速效鉀含量在火燒后即時(shí)變化不顯著（P＞0.05）。

圖8 火燒后土壤全鉀和速效鉀含量變化Fig.8 The total potassium and available potassium contents of soil after the fire

2.3 火災(zāi)后觀測(cè)期內(nèi)土壤結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的變化

為了研究受災(zāi)土壤的后期影響和恢復(fù)情況，對(duì)各個(gè)風(fēng)速、不同層次及火燒后不同時(shí)間的土壤容重、有機(jī)質(zhì)及各種元素含量的變化規(guī)律進(jìn)行探究。2015年5月進(jìn)行第一次試驗(yàn)及采樣，之后每隔半年進(jìn)行一次采樣，至2020年11月共12 次，下文表示為t1～t12。

2.3.1 火災(zāi)后觀測(cè)期內(nèi)各層土壤容重變化

火災(zāi)破壞了采伐跡地原有的面貌，使土壤發(fā)生嚴(yán)重的板結(jié)。觀測(cè)期內(nèi)各土壤層容重變化如圖9所示，當(dāng)風(fēng)速高于5 m/s 時(shí)，采伐跡地火災(zāi)后9 cm土壤層容重幾乎不受火災(zāi)影響，當(dāng)風(fēng)速低于5 m/s時(shí)，燃燒的持續(xù)時(shí)間增加，各層土壤容重均有一定程度的升高。表層土壤受到高溫的作用會(huì)形成嚴(yán)重板結(jié)，土壤容重大幅升高。在風(fēng)速較高火災(zāi)下，6 cm 層土壤最高溫度在45～54℃，土壤容重略有升高，但在第2 至第3年即恢復(fù)至正常水平。

圖9 觀測(cè)期內(nèi)3、6、9 cm（由下至上）土壤層容重變化Fig.9 Bulk density of the 3,6,9 cm (from bottom to top)soil layer during the observation period

2.3.2 火災(zāi)后觀測(cè)期內(nèi)各層土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

觀測(cè)期內(nèi)各土壤層的有機(jī)質(zhì)含量變化如圖10所示，在輕度火燒的作用下，表層土壤的部分有機(jī)質(zhì)高溫?fù)p失或直接燃燒損失，還有一部分有機(jī)質(zhì)經(jīng)淋溶作用進(jìn)入土壤，增加了下層土壤有機(jī)碳含量。6 cm 土壤層在風(fēng)速為1 m/s 的火災(zāi)下，有機(jī)質(zhì)損失達(dá)到了11.4%，在其余風(fēng)速下僅有少量損失且5年內(nèi)恢復(fù)緩慢。9 cm 土壤層的有機(jī)質(zhì)幾乎不受火災(zāi)影響，且在災(zāi)后初期有機(jī)質(zhì)含量有少許增加，第2年左右即恢復(fù)至正常水平，主要原因是火燒加速了上層有機(jī)物的枯落從而提高了下層土壤有機(jī)質(zhì)含量。

圖10 觀測(cè)期內(nèi)3、6、9 cm（由下至上）土壤層有機(jī)質(zhì)含量變化Fig.10 Bulk density of the 3,6,9 cm (from bottom to top)soil layer during the observation period

2.3.3 火災(zāi)后觀測(cè)期內(nèi)各層土壤氮含量變化

觀測(cè)期內(nèi)各土壤層的氮元素含量變化如圖11所示，6 cm 土壤層的全氮含量呈現(xiàn)出較為平緩的趨勢(shì)，且觀測(cè)期內(nèi)無(wú)增長(zhǎng)，這可能是由于火燒導(dǎo)致6 cm 土壤層的種子死亡及根系脫水變干，植物的固氮作用喪失。9 cm 土壤層的全氮含量?jī)H在風(fēng)速為1 m/s 和3 m/s 時(shí)有少量損失，在觀測(cè)期內(nèi)呈現(xiàn)小幅增長(zhǎng)的趨勢(shì)，且該土壤層各風(fēng)速下的火災(zāi)后全氮含量幾乎均恢復(fù)至正常水平。

圖11 觀測(cè)期內(nèi)3、6、9 cm（由下至上）土壤層全氮及有效氮含量變化Fig.11 Total nitrogen and available nitrogen contents of the 3,6,9 cm (from bottom to top) soil layer during the observation period

火燒后3 cm 土壤層中有效氮含量在t1～t3時(shí)期會(huì)有所升高，這是由于土壤中的部分有機(jī)氮在火燒的作用下轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)形式留在土壤中，同時(shí)灰分中還殘留了一些氨氮，沉降到地表便增加了有效氮的含量，導(dǎo)致無(wú)機(jī)氮含量在短期內(nèi)增加[11]。t3～t7時(shí)期有效氮含量迅速下降，t7～t12變化較為平緩且未開始恢復(fù)。6 cm 土壤層中的有效氮含量在前三年左右的時(shí)間持續(xù)降低，在后續(xù)觀測(cè)期間保持平穩(wěn)趨勢(shì)，僅有9 cm 層樣地土壤的有效氮含量幾乎不受火災(zāi)影響。

2.3.4 火災(zāi)后觀測(cè)期內(nèi)各層土壤磷含量變化

由圖12可知，3 cm 及6 cm 層土壤中的磷含量在火燒后并未立即出現(xiàn)大量損失，而是在火燒后的兩年內(nèi)迅速降低，隨后維持平緩的趨勢(shì)。3 cm 土壤層全磷含量在t4時(shí)期最高損失達(dá)到了17.9%，6 cm 土壤層最高損失為11.7%。9 cm 土壤層的磷含量在火燒后各年略低于對(duì)照且趨勢(shì)較為平穩(wěn)，受火燒影響不大?？傮w而言，火燒后5年內(nèi)土壤的磷含量會(huì)保持低于火前水平。

圖12 觀測(cè)期內(nèi)3、6、9 cm（由下至上）土壤層全磷及速效磷含量變化Fig.12 Total phosphorus and available phosphorus contents of the 3,6,9 cm (from bottom to top) soil layer during the observation period

土壤的速效磷與全磷含量無(wú)明顯的相關(guān)性，火燒會(huì)引起土壤pH 值上升，導(dǎo)致淺層土壤速效磷的短期富集。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，火燒后3 cm 和6 cm 土壤層的速效磷含量在半年內(nèi)顯著升高，其中3 cm 土壤層速效磷含量在t2～t5時(shí)期持續(xù)降低但仍高于對(duì)照，隨后保持平緩的變化趨勢(shì)，6 cm土壤層速效磷含量在t2～t8時(shí)期降低至正常水平，其恢復(fù)階段的趨勢(shì)取決于土壤中的鋁和鐵氧化物等眾多因素[12]。9 cm 土壤層受火燒影響相對(duì)較小，其速效磷含量在火燒后平穩(wěn)保持在正常水平之下且接近正常水平。

2.3.5 火災(zāi)后觀測(cè)期內(nèi)各層土壤鉀含量變化

圖13是觀測(cè)期內(nèi)各土壤層鉀元素含量的變化，3 cm 及6 cm 層土壤中的全鉀含量在t2～t5時(shí)期降低，其中一部分鉀元素受淋溶作用逐漸進(jìn)入下層土壤，使9 cm 層土壤中的全鉀含量在火燒后始終略高于對(duì)照組。速效鉀含量會(huì)在火燒后的半年內(nèi)迅速上升，3 cm 層土壤最高超出對(duì)照組11.2%，6 cm 層土壤最高超出對(duì)照組11.3%，9 cm 層土壤最高超出對(duì)照組4.3%。在t3時(shí)期之后，各土壤層速效鉀含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)。3 cm 及6 cm 層土壤速效鉀含量雖然在t3時(shí)期之后出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但始終高于對(duì)照組。9 cm 土壤層速效鉀含量在t5時(shí)期恢復(fù)至正常水平。

圖13 觀測(cè)期內(nèi)3、6、9 cm（由下至上）土壤層全鉀及速效鉀含量變化Fig.13 Total potassium and available potassium contents of the 3,6,9 cm (from bottom to top) soil layer during the observation period

3 結(jié)論與討論

1）高強(qiáng)度火燒導(dǎo)致土壤容重升高，不利于灰分的分解，使土壤養(yǎng)分降低，影響微生物自身合成與代謝[13]。隨著風(fēng)速的增加，火燒地的可燃物燃燒時(shí)間變短，使得土壤沒(méi)有足夠的燃燒時(shí)間和強(qiáng)度達(dá)到高溫，對(duì)土壤容重影響減小。3 cm 層土壤容重在各風(fēng)速火燒后與對(duì)照相比，差異均達(dá)到了顯著性水平。當(dāng)風(fēng)速大于5 m/s 且土壤深度大于9 cm 時(shí)，土壤容重?zé)o顯著性差異。這與耿玉清等[14]的研究結(jié)果相似，中度火燒會(huì)使土壤容重顯著增加，而輕度火燒后的土壤容重未有明顯變化。

2）火燒時(shí)土壤溫度低于100℃，則土壤中有機(jī)質(zhì)含量的變化不顯著，然而隨著溫度的升高，土壤有機(jī)質(zhì)的損失會(huì)大幅上升，當(dāng)土壤溫度達(dá)到200℃時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量嚴(yán)重?fù)p失。在各風(fēng)速的火災(zāi)下，3 cm 層的最高溫度均達(dá)到195℃以上，有機(jī)質(zhì)的損失最高達(dá)到了87%且在5年內(nèi)無(wú)明顯恢復(fù)，較高強(qiáng)度的火燒下腐殖質(zhì)以及林地枯落物被嚴(yán)重?zé)龤?dǎo)致礦質(zhì)土壤裸露、土壤侵蝕嚴(yán)重，土壤損失的有機(jī)質(zhì)難以恢復(fù)，其恢復(fù)情況受氣候、植被、地形等多個(gè)因素影響[15]，需要人工恢復(fù)或者人工促進(jìn)天然恢復(fù)。

3）表層可燃物的消失導(dǎo)致土壤暴露在陽(yáng)光下，土壤的日間溫度急劇升高，大量的氮元素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)形式。且經(jīng)過(guò)各風(fēng)速條件下火燒后的3 cm 土壤層全氮含量在各年持續(xù)減少，至第5年降低25%～36.7%，這與孫明學(xué)等[16]的研究結(jié)果相似，在天然恢復(fù)的情況下，氮含量的損失可以持續(xù)長(zhǎng)達(dá)15～20年，直至林分的郁閉度增加、植被與微生物恢復(fù)，補(bǔ)充土壤中的氮且促進(jìn)土壤中的氮循環(huán)。有效氮含量的變化主要發(fā)生在3 cm土層，土壤中的一部分有機(jī)氮經(jīng)過(guò)火燒作用轉(zhuǎn)化為了無(wú)機(jī)形式，使土壤有效氮含量在一年內(nèi)增加，隨后持續(xù)降低并低于對(duì)照水平。

4）火燒后土壤中的磷并不像氮對(duì)于土壤溫度差異性顯著，各風(fēng)速下火燒后的土壤全磷含量即時(shí)變化不明顯（P＞0.05），這是因?yàn)橥寥懒淄ㄟ^(guò)揮發(fā)和淋溶的損失較小，且地表凋落物的燃燒為土壤增加了少量的營(yíng)養(yǎng)元素。但由于地表植被和凋落物的燃燒改變了磷的化學(xué)循環(huán)、火燒后土壤裸露易發(fā)生水土流失、雨水流失多下滲少，全磷含量在5年內(nèi)持續(xù)降低，速效磷含量在短期富集后也開始逐年減少。這與薛立等[17]的研究結(jié)果相同。磷的揮發(fā)性很高，隨機(jī)性也很強(qiáng)，土壤中的磷元素可以促進(jìn)根系發(fā)育、增加幼苗的成活率[18]，因此應(yīng)在土壤中磷含量高時(shí)，及時(shí)對(duì)火燒跡地進(jìn)行人工恢復(fù)。

5）鉀元素不存在氣體形式，可燃物燃燒后的灰分中含有大量鈣、鉀等離子[19]，其中一些鉀以顆粒狀形式沉淀地表，經(jīng)過(guò)雨水淋洗后進(jìn)一步輸入土壤。因此火燒后土壤全鉀含量在短期內(nèi)不會(huì)有明顯下降，甚至?xí)猩倭吭黾?。李媛等[4]指出新燒地0～10 cm 土層的速效鉀含量顯著高于對(duì)照，火燒后3年略有降低但仍高于對(duì)照，這與本研究結(jié)論相同。谷會(huì)巖等[20]指出，鉀在土壤中流動(dòng)性很強(qiáng)，屬于易淋溶物質(zhì)，火災(zāi)過(guò)后地表的植被、枯落物的減少甚至消失，使地表侵蝕增強(qiáng)，土壤中的鉀很容易被淋溶而流失。

綜上所述，在考慮對(duì)火燒后的跡地進(jìn)行人工恢復(fù)時(shí)，應(yīng)盡量選擇在火燒后的第一年，此時(shí)土壤中有效營(yíng)養(yǎng)元素含量較高，土壤容重以及深層土壤的有機(jī)質(zhì)含量開始恢復(fù)，否則土壤增加的有效營(yíng)養(yǎng)元素將流失掉，最終造成土壤瘠薄。同時(shí)，通過(guò)5年觀測(cè)期內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，大部分營(yíng)養(yǎng)元素變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)均在火燒后的兩年內(nèi)，但本文只就火燒對(duì)土壤的即時(shí)影響做了顯著性分析。因此，為了更詳細(xì)地了解不同風(fēng)速下的火燒導(dǎo)致土壤的理化性質(zhì)改變以及差異，對(duì)各項(xiàng)理化性質(zhì)每次測(cè)量數(shù)據(jù)的顯著性分析有待進(jìn)一步研究。