不同强度的火烧对土壤化学性质的影响

曹慧+白晋华+王建让+郭晋平+贺薇+王振忠

摘 要：以山西省沁源县国有林场火烧迹地为研究对象，采用实地调查和室内分析，分析了不同强度的火烧（重度火烧、中度火烧）1，4，8 a后林地土壤化学性质的影响。结果显示：（1）与对照相比，火烧后土壤pH值没有显著差异；土壤全氮的含量在火烧4 a后差异显著；土壤全磷的含量达到显著差异水平。（2）火烧后土壤pH值升高；重度火烧后，土壤全氮和全磷的含量却降低；中度火烧后土壤的pH值、全氮、全磷明显提高。说明不同年限、不同强度的林地火烧对土壤的化学性质存在一定的显著差异。

关键词：火烧；土壤；化学性质

中图分类号：S153 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.08.005

沁源县国有林场是山西林区森林分布最集中的地带之一，该林场林业用地面积1 786.7 hm2，有林地面积1 405.19 hm2，其中油松人工纯林面积1 384.94 hm2，占有林地面积的98.6%，林木蓄积量41 736.7m3。然而近些年来该地区的火灾次数和面积不断上升，对山西省森林资源造成不同程度的破坏，也会对森林土壤造成不同程度的影响。特别是火烧后直接发生的土壤温度的变化，相应地土壤的物理、化学性质也发生一定的改变[1]。分析火烧后土壤性质的变化，尤其是化学性质的变化，有利于人工更新火烧迹地， 指导林业经济管理，更好地合理利用土壤资源。本研究通过对山西省沁源县国有林场火烧迹地的调查与取样，并与未火烧地进行对比，分析了不同年限、不同强度的火烧对林地土壤化学性质的影响，为华北地区火烧迹地土壤资源的科学管理提供基础资料。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

沁源县国有林场地处太岳山脉，地理坐标东经112°18′～112°33′，北纬36°31′～36°44′。境内多为以石质山为主的土石山区，地势东北高西南低，境内群山起伏，沟谷纵横，林场境内海拔800～1 400 m，岩石主要为砂岩，属中低山区。林场气候属暖温带大陆性季风气候，具有一年四季明显，冬季少雪干旱、春季多风干燥、夏季雨量集中的特点，气候温和干燥，年平均气温约8.3 ℃，日均温≥10 ℃的年积温2 700 ℃左右，年降水量650 mm，多集中在7，8两个月，年日照2 600 h，无霜期125 d。林场土壤主要为淋溶褐土和褐土，淋溶褐土占62%，土壤肥沃，有机质含量较高。

1.2 样地选择与设置

本试验于2014年10月在沁源县国有林场进行调查。火烧强度分为中度（40%～60% 林下植被为活立木） 和重度（活立木<20%林下植被） 2 个等级。选取2006年6月、2010年8月、2014年8月作为火烧样地，以临近未火烧的样地作为对照样地。

1.3 土壤的取样与测定

两种强度的火烧迹地及对照样地各设置 3 个 20 m×20 m 的样方，共计18块。各样地中随机设置3个50 cm×50 cm小样方进行取样，采用环刀法分别取2个层次的土壤。采集A表层（0～10）和B层（10～20）的样品测定土壤的化学性质。样品经自然风干、研磨、过筛等预处理，测定土壤的pH值、全氮、全磷等化学指标。土壤全氮采用凯式定氮法，土壤全磷采用 HCLO4-H2SO4熔融-钼锑抗比色法[2]。

2 结果与分析

2.1 火烧对土壤pH值的影响

从表1可看出，该试验样地中的植被在历经不同年限、不同强度的火烧后，土壤pH值发生了一定的改变，但均未达到显著水平（P<0.05）。重度火烧与中度火烧后土壤的pH值均是4 a后火烧迹地>1 a后火烧迹地>8 a后火烧迹地。与对照样地相比，除了4 a后中度火烧迹地土壤（0～10 cm）层的pH值（7.58）减弱之外，在研究区域内，火烧后土壤的pH值都普遍高于对照样地。原因可能是地表凋落物被火烧之后，释放出一些阳离子中和了土壤中的酸，也可能是加热使土壤中的有机酸变性所致[3-4]。

2.2 火烧对土壤全氮的影响

土壤全氮量是衡量土壤氮素状况的重要指标，火烧会使土壤全氮量产生不同程度的下降[5]。从表2可看出，在植被恢复过程中，0～10 cm土层全氮含量普遍高于10～20 cm土层，8 a后火烧迹地已经达到显著差异水平（P<0.05）。与对照相比，8 a后火烧迹地与1 a后的火烧迹地历经重度火烧后土壤的全氮量呈下降趋势，中度火烧后呈上升趋势。经过中度火烧的土壤全氮量较重度火烧强度的土壤要高，这与前人研究结果一致。在4 a后的火烧迹地中对照样地>重度火烧>中度火烧。说明不同强度的火烧历经一定年限的恢复，土壤全氮含量呈不同的变化趋势。

2.3 火烧对土壤全磷的影响

由表3可知，火烧后对土壤全磷的含量差异明显，达到显著水平（P<0.05），即不同年限、不同强度对土壤全磷恢复的水平不同。调查样地内，中度火烧后土壤全磷的含量普遍降低。重度火烧后，8 a后火烧迹地0～10 cm土层与10～20 cm土层全磷的含量分别提高了17.4%和40.5%。4 a后火烧迹地中10～20 cm土层全磷含量为最多（1.22），可能是该层土壤全磷不易发生流失，供应量较大。与对照相比，1 a后重度火烧迹地土壤全磷不太稳定，中度火烧后，0～10 cm土层与10～20 cm土层全磷含量分别显著降低到58.5%和38.9%。可能是该样地中油松林地表的凋落物物质较多，林下植被较少的原因。

3 结论与讨论

火烧后，土壤pH值普遍升高，这与张玉红的研究结果一致[6]。不同年限的火烧后土壤磷、氮含量出现增加或降低的变化，由于较低的火烧温度通常会增加土壤中的养分含量，而在高温下则会造成土壤有机质及许多元素的挥发损失，致使土壤养分含量降低[7-8]，而火烧所导致的土壤养分释放，远远高于来自雨水和凋落物的养分，极大地刺激了植被的快速生长[9]。从研究结果来看，中度火烧对土壤化学性质影响有限，4 a后基本上恢复。

本研究通过对沁源县国有林场火烧迹地进行的化学性质的分析，表明不同年限、不同火烧强度的林地仍有一定的显著差异。有计划地实施中度火烧对森林环境具有一定的改良作用，对今后华北地区林火环境的恢复有着重要的意义。本试验没有对火烧迹地中土壤的微量元素、根系生物量、微生物进行详细调查与分析，建议未来对火烧迹地进行进一步的调查以获取更准确的资料。

参考文献：

[1] 孙明学，贾炜玮，吴瑶. 大兴安岭北部地区林火对土壤化学性质的影响[J]. 东北林业大学学报，2009（5）：33-35.

[2] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：农业出版社，1999.

[3] 张玉红，孙铭隆，刘彤. 林火对大兴安岭典型植被土壤理化性质的影响[J]. 东北林业大学学报，2012，40（6） ： 41-43.

[4] 李媛，程积民，魏琳，等. 云雾山典型草原火烧不同恢复年限土壤化学性质变化[J].生态学报，2013，33（7） ： 2 131-2 138.

[5] 辛颖，赵雨森，陈强. 大兴安岭火烧迹地植被恢复后土壤理化性质[J]. 东北林业大学学报，2013（8）：65-68.

[6] 张玉红，覃炳醒，孙铭隆，等. 林火对大兴安岭典型林型林下植被与土壤的影响[J]. 北京林业大学学报，2012（2）：7-13.

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[8] Kitur B，Frye W. Division S-4—soil fertility and plant nutrition，effects of heating on soil chemical properties and growth and nutrient composition of corn and millet[J].Soil Science Society of America Journal， 1983， 47： 91-94.

[9] Hulbert H. Cause of fire effects in tall grass prairie[J]. Ecology，1988，69： 46-58.