長江黃河上游高寒退化森林火燒跡地研究進(jìn)展及建議

李 勛，張 艷，彭 彬

（四川民族學(xué)院高原地區(qū)生態(tài)修復(fù)與特色產(chǎn)業(yè)培育研究中心&川藏滇青林草撫育和利用研究中心 四川，康定626001）

甘孜藏族自治州（簡稱甘孜州）高寒森林地處青藏高原東南部邊緣地帶，四川省西部，是長江中上游重要的水土保持區(qū)域和水源涵養(yǎng)地。主要分布于海拔3000m 以上，多為亞高山暗針葉林、山地針闊葉混交林以及亞高山落葉闊葉林。該地區(qū)每年11月至次年4月低溫且凍融循環(huán)頻繁，植被生長期短，土壤發(fā)育緩慢，屬于脆弱生態(tài)系統(tǒng)的典型地區(qū)?！笆濉逼陂g，甘孜州人工造林1.90×104km2，封山育林3.08×104km2，森林撫育10.73×104km2。森林覆蓋率達(dá)35.02%，森林面積達(dá)5.36×106km2，森林蓄積量達(dá)4.84×108m3，州內(nèi)各縣森林面積占比如圖1。森林覆蓋率提高的背后，暗含著森林火災(zāi)增多風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 甘孜州各縣占全州森林面積百分比圖

自20世紀(jì)70年代以來，四川省的森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和受災(zāi)面積均為全國前列，四川森林火災(zāi)高危區(qū)縣市區(qū)占全國23.18%（《全國森林防火規(guī)劃（2016～2025年）》），其中甘孜州又是四川省火災(zāi)發(fā)生最頻繁的區(qū)域。甘孜州高寒森林土壤層淺薄且大多來自地上部分凋落物形成的有機(jī)物質(zhì)，林內(nèi)可燃物負(fù)荷量也遠(yuǎn)超其他地區(qū)。2011年～2019年期間，甘孜州發(fā)生110次森林火災(zāi)。其中，重大火災(zāi)3 次，較大火災(zāi)46 次，一般火災(zāi)61 次，受害森林面積2923.63km2，火場面積5623km2（甘孜州農(nóng)牧農(nóng)村局）。在州內(nèi)主要集中于森林覆蓋率較高的雅江縣、九龍縣、稻城縣。其中雅江縣在2011～2019年發(fā)生火災(zāi)22 次，重大火災(zāi)3次，州內(nèi)各縣森林火災(zāi)發(fā)生情況如圖2。這些頻繁發(fā)生的林火致使甘孜州境內(nèi)天然林資源大幅銳減，高寒森林生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。同時(shí)，作為森林生態(tài)系統(tǒng)常見的影響因子，林火去除了林冠層、地表植被和凋落物層，使土壤直接暴露在自然環(huán)境中，改變了土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)，增加了土壤可蝕性和地表徑流量，且由于甘孜地區(qū)地處高寒地帶，土層薄，土壤結(jié)構(gòu)松散，極易發(fā)生大面積泥石流，大量土壤養(yǎng)分隨雨水徑流等方式流失[1]。因此，森林火災(zāi)已成為甘孜地區(qū)高寒森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)經(jīng)營的重要限制因子。

圖2 甘孜州2011～2019年森林火災(zāi)發(fā)生情況

1 植被多樣性對林火干擾的響應(yīng)

在火災(zāi)林地的治理以及恢復(fù)過程中，選擇或者篩選高效的先鋒建群樹種能夠有效減少群落演替時(shí)間[2]。近年來較多學(xué)者發(fā)現(xiàn)通過集約造林的方式恢復(fù)的退化森林生態(tài)系統(tǒng)，在生物多樣性以及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，因此火燒跡地退化森林治理一般采取林地植被自然更新的方式。在發(fā)生林火3年后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，林地內(nèi)草本灌木的多樣性以及均勻度指數(shù)均隨森林火燒強(qiáng)度（即火烈度）的升高而表現(xiàn)出降低的趨勢，而林地內(nèi)植物的優(yōu)勢度指數(shù)則呈現(xiàn)出增加的變化趨勢[3]。在這些優(yōu)勢物種中，一部分本地原生或者引進(jìn)栽培到本地，且高度適應(yīng)高寒環(huán)境的一類樹種，被稱為鄉(xiāng)土樹種（Indigenous species）,這些樹種能夠體現(xiàn)地域特色，具有相應(yīng)的地區(qū)文化內(nèi)涵，本地群眾和林業(yè)部門對其生長習(xí)性有一定了解，具備較好的培育及養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，常作為本地區(qū)林業(yè)的先鋒樹種。

與外來樹種相比，以鄉(xiāng)土樹種作為退化林地的先鋒恢復(fù)樹種具有極大優(yōu)勢。一方面由于其本身在當(dāng)?shù)厣L良好，適應(yīng)性強(qiáng)，不存在生態(tài)危險(xiǎn)；另一方面，鄉(xiāng)土樹種能夠有效保留乃至提升人工林土壤的水分以及和養(yǎng)分含量，減弱林地內(nèi)土壤的侵蝕程度[4]，也能夠增加林地土壤微生物種群數(shù)量和多樣性[5]。近年來，鄉(xiāng)土樹種已成為干旱和高寒地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中的重要植物資源。常明等[6，7]對我國西南亞熱地區(qū)退化程度較為嚴(yán)重的森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)34 個(gè)鄉(xiāng)土樹種的應(yīng)用價(jià)值以及恢復(fù)潛力進(jìn)行了評估，研究發(fā)現(xiàn)與外來樹種相比，先鋒鄉(xiāng)土樹種的種子萌發(fā)率、種子存活率以及樹種的早期生長指標(biāo)等均表現(xiàn)出更強(qiáng)的優(yōu)勢，而在演替中期以及掩體后期部分鄉(xiāng)土樹種的生長特性也優(yōu)于外來樹種，這些先鋒鄉(xiāng)土樹種通過改良土壤理化性質(zhì)加快了森林火燒跡地的演替恢復(fù)進(jìn)程。李捷等[8，9]研究了火災(zāi)發(fā)生后闊葉林地與針葉林地內(nèi)土壤的理化性質(zhì)差異，發(fā)現(xiàn)針葉林地內(nèi)土壤的碳氮比高于闊葉林地以及兩者組成的混交林。針葉林凋落物的碳氮含量較高，樹種和枯枝落葉中含有易燃油和有機(jī)化合物，會增加火勢，而硬闊葉林產(chǎn)生的易燃枯枝落葉和木屑較少，不易引起森林火災(zāi)或火勢較小。目前，國內(nèi)外關(guān)于森林火燒跡地養(yǎng)分循環(huán)及地力維護(hù)相關(guān)的研究主要側(cè)重于林火發(fā)生對土壤C 庫、土壤N、P 循環(huán)以及植被更新等[10]，而對于火燒跡地背景下，先鋒鄉(xiāng)土樹種對林下植物多樣性的影響及機(jī)理還不清楚。

2 土壤理化性質(zhì)對林火干擾的響應(yīng)

森林火災(zāi)對林地內(nèi)土壤理化因子的作用主要與火災(zāi)因子（火烈度、林火發(fā)生的頻率以及林火發(fā)生后恢復(fù)的年限）有直接關(guān)系。輕度火燒對植被演替有促進(jìn)作用，而中度/重度林地自然恢復(fù)年限需要15～30年。高強(qiáng)度林火可充分燃燒有機(jī)質(zhì)，C、N 元素在200℃～500℃時(shí)揮發(fā)損失，造成土壤C 元素?fù)]發(fā)損失[9]和全氮含量增加[11]，從而導(dǎo)致土壤碳氮比明顯降低，但是隨著火后恢復(fù)年限的延長，土壤碳氮比逐漸提升[12]?；鸷蟪跗冢糠謸]發(fā)溫度較高的土壤養(yǎng)分（如P）的有效性和含量增加，從而有利于植被更新[13]。然而，高強(qiáng)度和高頻率的森林火災(zāi)導(dǎo)致地面大面積裸露，林地表面的徑流和侵蝕造成養(yǎng)分分配格局的轉(zhuǎn)變，這對森林生態(tài)系統(tǒng)的植被群落以及養(yǎng)分組成具有長期的負(fù)面影響[9]?；馃l(fā)生8年后土壤全氮和速效氮分別了減少19.7%和9.5%[14]。火燒31年后土壤全氮(TN)才恢復(fù)到火燒前水平[15]。土壤養(yǎng)分的再分配因其自身性質(zhì)而異，一般來說，小型土壤團(tuán)聚體對土壤C與N有更好的保護(hù)作用[16]。作為影響火災(zāi)后土壤養(yǎng)分的主要因素之一，不同植被類型在化學(xué)特征、生產(chǎn)力和凋落物分解率方面存在明顯差異，導(dǎo)致火災(zāi)后對土壤碳、氮、磷反饋的影響不同。與針葉樹相比，落葉闊葉樹生長更快，葉片中氮、磷含量更高，凋落物分解速度更快。高強(qiáng)度森林火災(zāi)會分解土壤團(tuán)聚體，火災(zāi)后裸露的土壤受到雨水沖刷和風(fēng)的搬運(yùn)侵蝕[17]，導(dǎo)致土壤大粒徑團(tuán)聚體增加，土壤小粒徑團(tuán)聚體占比降低，從而改變土理化性質(zhì)。森林火災(zāi)還能夠通過改善隔水層的形成和灰沉積，導(dǎo)致地表徑流和土壤表面侵蝕[18]，增加養(yǎng)分流失和生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的重新分布，從而降低土壤的持水能力。

3 展望

我們前期發(fā)現(xiàn)土壤動物及植物群落結(jié)構(gòu)、鄉(xiāng)土樹種的種類與林地內(nèi)樹種的養(yǎng)分歸還特征息息相關(guān)[19,20]，樹種的差異以及森林生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的改變（如發(fā)生林火）將通過影響林下生物群落結(jié)構(gòu)的差異影響土壤肥力的提升。這些研究結(jié)果給予的啟示是，林火發(fā)生后土壤養(yǎng)分的差異影響更新植被的多樣性及生物量等，對提升火燒跡地的生物多樣性具有重要現(xiàn)實(shí)意義。現(xiàn)在的科學(xué)問題是：目前，在高寒森林生態(tài)系統(tǒng)中，盡管現(xiàn)有研究對火燒跡地的林下植被的季節(jié)變化動態(tài)進(jìn)行了報(bào)道[21]，探討了火后植物的演替[9,22]等。但仍是從整體植物群落演替及對土壤的作用機(jī)理入手，但由于缺乏與非火燒區(qū)域的對比，對高寒地區(qū)火燒跡地林下更新植被的生物多樣性變化特征仍然不清楚[23-25]。因此亟待篩選適宜甘孜州高寒地區(qū)的防火樹種，充分利用鄉(xiāng)土植物資源，促進(jìn)退化林地修復(fù)，對提高長江黃河上游高寒地區(qū)水土保持和水源涵功能有重要意義。