不同火烧强度对森林土壤养分的影响

岳鑫 囤兴建 崔德杰 郭晓冬 宋祥云 刘蕾 王玲丽 姜超 许景伟 李士美

摘要：林火是森林生态系统中的重要干扰因子。本试验以山东省威海里口山林火迹地为研究对象，分析其不同火烧程度对表层土壤（0～10 cm）养分的影响。结果表明，与未过火林地相比，火烧迹地内土壤pH值升高，表现为重度火烧林地>轻度火烧林地>中度火烧林地；土壤有机质与速效钾含量显著降低，下降幅度表现为重度火烧林地>轻度火烧林地>中度火烧林地；碱解氮含量显著降低，下降幅度表现为轻度火烧林地>重度火烧林地>中度火烧林地；有效磷含量显著增加，增加幅度表现出重度火烧林地>中度火烧林地>轻度火烧林地。重度火烧后土壤养分含量降低，pH值升高，不利于土壤化学性质改善。

关键词：林火；火烧强度；土壤养分

中图分类号：S714.2文献标识号：A文章编号：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

林火是一种自然现象，也是森林生态系统主要干扰因子之一，对森林生态系统的演替与发展具有重要作用[1]。全球平均每年大约有1%的森林遭受火干扰的影响[2]。目前，国外对林火的研究主要集中在北方针叶林，而国内对林火的研究主要集中于大兴安岭地区、西南林区和北京山区[3]。然而，截至目前，山东半岛沿海地区林火对土壤的影响却鲜有报道。

森林在经历火烧后，其生态系统会遭受不同程度的破坏，火烧时产生的高温不仅会破坏地表植被，也会改变土壤的化学性质。土壤化学性质不仅受气候、植被、地形以及成土过程等自然因素的影响，而且与耕作、土地利用方式以及经营措施等人为因素密切相关[4]。土壤化学性质是衡量森林土壤质量的重要标准，火后森林土壤化学性质的变化，是评估森林火灾损失和计划烧除效果的重要依据[5]。在土壤含有的众多元素中，氮、磷、钾的含量与植被、微生物及土壤动物活动联系尤其紧密[6]。因此，分析土壤中碱解氮、速效磷、速效钾等元素含量，可以反映出土壤肥力水平。土壤pH值与植物生长联系紧密，是火灾后土壤森林发育和演替的重要因子[7，8]。以往对森林土壤化学性质方面的研究，主要着眼于土地利用方式对土壤化学性质的影响，以及采伐干扰和森林经营对土壤化学性质的扰动等方面，而关于不同强度火烧以及火烧后自然恢复对土壤化学性质的研究相对较少[9，10]。

本研究以山东省威海市里口山林火迹地为对象，分析了不同火烧强度对土壤化学性质的影响，旨在发现不同火烧强度对土壤化学性质的影响规律，从而为火灾后森林的恢复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究地区概况

威海市位于山东半岛东端，地处36°41′～37°35′N，121°11′～122°42′E，北、东、南三面濒临黄海。本区域属北温带季风型大陆性气候，年平均气温12.2℃，年平均降水量737.7 mm，年平均日照时数2 480.0 h。

里口山位于威海市西南部，山体主要由花岗闪长岩构成，山基表面多为风化残积物形成的棕壤性土，土壤普遍存在质地粗、结构差、肥力低等问题。本区域自然分布植被类型为暖温带落叶阔叶林区，现有植被以松栎混交林为主，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）、扁担木（Grewia biloba var. parviflora）、三桠乌药（Lauraceae. obtusiloba）、鼠李（Rhamnus davurica）等。2014年5月29日，里口山发生森林火灾，火线一度达7 km，过火面积约47 hm2。

1.2 研究方法

通过对过火区域的全面调查，选择立地条件基本一致的地段，设立不同过火程度的火烧样地，分别为未火烧样地、轻度火烧样地（烧死木比例<30%）、中度火烧样地（烧死木比例30%～70%）、重度火烧样地（烧死木比例>70%）。土壤样品于2015年11月采集。

在各过火样地中分别设置20 m×20 m的标准样地，在各样地按照梅花式取样方法各取5个点的表层土壤（0～10 cm）。表1为各试验地的基本概况。样品取回后，在室内进行自然风干、研磨、过筛等预处理，测定土壤pH值、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾五项指标。土壤pH值采用电位法；有机质采用重铬酸钾容量法；碱解氮采用碱解扩散法；速效磷采用NaHCO3浸提-钼蓝比色法；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法[11]。

应用Microsoft Excel 2016软件对试验数据进行统计；结合SPSS 20.0软件进行单因素方差分析（LSD法）；对土壤pH值及各土壤养分指标进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 火烧后土壤pH值与养分含量的相关性分析

由表2可以看出，火烧后表层土壤有机质、速效钾含量与pH值，有机质含量与速效磷含量均呈极显著负相关关系；土壤碱解氮、速效钾含量与土壤有机质含量，土壤速效钾含量与碱解氮含量均呈极显著正相关关系；土壤碱解氮含量与pH值、速效钾与速效磷含量均呈显著负相关关系，其余各组数据之间相关性均不显著。

2.2 火烧对土壤pH值及有机质含量的影响

由图1可知，经历不同程度火烧后，土壤pH值均高于未过火土壤（pH=4.95），且重度火烧（pH=5.5）>轻度火烧（pH=5.2）>中度火烧（pH=5.12），分别较未过火土壤pH值增加11.11%、5.05%和3.43%。除重度火烧后土壤pH值与未过火土壤pH值存在显著差异外，其余处理的土壤pH值较未过火土壤pH值均无显著变化。

在经历不同程度火烧后，土壤有机质含量均较未过火土壤有机质含量有所降低，轻度火烧后土壤有机质含量为20.38 g/kg；中度火烧后土壤有机质含量为21.40 g/kg；重度火烧后土壤有机质含量为11.33 g/kg；降低幅度依次为重度火烧（59.35%）>轻度火烧（26.87%）>中度火烧（23.21%），各过火样地土壤有机质含量及与未过火样地土壤有机质含量相比均存在显著差异。

2.3 火烧对土壤速效养分含量的影响

由图2可知，经历不同程度火烧后，土壤碱解氮含量均较未过火样地土壤显著降低，其中轻度火烧后土壤碱解氮含量降低31.86%，中度火烧后降低19.9%，重度火烧后降低24.99%。经历不同程度火烧后土壤速效磷含量均较未过火样地显著增加，轻度火烧后土壤速效磷含量增加11.31%，中度火烧后增加102.55%，重度火烧后增加169.34%。各处理土壤速效钾含量分别为轻度火烧45.18 mg/kg，中度火烧51.79 mg/kg，重度火烧38.58 mg/kg，分别较未过火样地土壤速效钾含量降低24.75%、13.74%和35.74%。

3 讨论

研究表明，林火发生后会迅速提高土壤pH值，在经过几个月、几年、甚至几十年的时间后逐渐下降[12]。这是由土壤腐殖质氧化并导致阳离子交换量下降造成，同时，还取决于火烧后灰烬沉积的组成和数量以及土壤的缓冲能力[13]。有研究显示，不同火烧强度对森林土壤pH值的影响呈递增趋势。这可能是由于火烧后释放出的一些金属阳离子中和了土壤中的酸性，从而使得土壤pH值升高[14]。也可能是加热使土壤中的有机酸变性所致[15]。本研究中，重度火烧土壤pH值显著高于未过火、轻度火烧和中度火烧林地土壤pH值，与前人研究结果一致。

有机质是土壤的重要组成部分之一，也是土壤形成的重要物质基础。火烧后土壤有机质的变化不仅影响土壤的理化性质，而且对土壤肥力的发展起着极为重要的作用[16，17]。本研究中，经过不同程度火烧后土壤有机质含量均较未过火土壤显著减少。有机质含量降低可能是因为火烧后地表枯落物减少，进而对地表补充的有机质减少，也可能是由林火引起的有机物质蒸发所致[18]。测定火烧后土壤有机质的含量是研究土壤、判断土壤肥力状况以及恢复情况的一项重要工作[19]。

土壤中的速效养分可以直接被植物利用，火烧可以提高土壤养分的可用性[20]。一般情况下，火烧后短期内林地表层土壤的有效氮含量通常是提高的，因为一定程度的火烧能使土壤有机氮转为无机形式，但长期来看有效氮含量会下降[21]。本研究中过火土壤碱解氮含量降低，可能原因为在试验测定时距林火发生已有一段时间。有研究表明土壤氮含量的降低或许与土壤有机物的消释有关[22]。本研究中土壤碱解氮含量与土壤有机质含量存在极显著正相关关系，符合这一结论。土壤速效磷含量变化较大，不同程度火烧后土壤速效磷含量均显著增加。速效磷的增加可能是由于火烧使其他形态磷转化为有效磷[23]。森林过火后土壤速效钾含量均显著减少，可能是雨后水土流失导致的。由于重度火烧对森林破坏较严重，导致地表大面积裸露，所以，水土流失问题较轻度火烧严重[2]。这与本研究结果一致。

4 结论

本研究对山东半岛沿海地区林火对土壤的影响进行了分析比较，结果表明轻度火烧和中度火烧后表层土壤pH值无显著变化，重度火烧后土壤pH值显著升高；火烧后表層土壤有机质、碱解氮、速效钾含量均显著降低；而土壤有效磷含量则显著升高，这都不利于土壤化学性质的改善。

参 考 文 献：

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