不同強度的火燒對土壤化學性質的影響

曹慧+白晉華+王建讓+郭晉平+賀薇+王振忠

摘 要：以山西省沁源縣國有林場火燒跡地為研究對象，采用實地調查和室內分析，分析了不同強度的火燒（重度火燒、中度火燒）1，4，8 a后林地土壤化學性質的影響。結果顯示：（1）與對照相比，火燒后土壤pH值沒有顯著差異；土壤全氮的含量在火燒4 a后差異顯著；土壤全磷的含量達到顯著差異水平。（2）火燒后土壤pH值升高；重度火燒后，土壤全氮和全磷的含量卻降低；中度火燒后土壤的pH值、全氮、全磷明顯提高。說明不同年限、不同強度的林地火燒對土壤的化學性質存在一定的顯著差異。

關鍵詞：火燒；土壤；化學性質

中圖分類號：S153 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.08.005

沁源縣國有林場是山西林區森林分布最集中的地帶之一，該林場林業用地面積1 786.7 hm2，有林地面積1 405.19 hm2，其中油松人工純林面積1 384.94 hm2，占有林地面積的98.6%，林木蓄積量41 736.7m3。然而近些年來該地區的火災次數和面積不斷上升，對山西省森林資源造成不同程度的破壞，也會對森林土壤造成不同程度的影響。特別是火燒后直接發生的土壤溫度的變化，相應地土壤的物理、化學性質也發生一定的改變[1]。分析火燒后土壤性質的變化，尤其是化學性質的變化，有利于人工更新火燒跡地， 指導林業經濟管理，更好地合理利用土壤資源。本研究通過對山西省沁源縣國有林場火燒跡地的調查與取樣，并與未火燒地進行對比，分析了不同年限、不同強度的火燒對林地土壤化學性質的影響，為華北地區火燒跡地土壤資源的科學管理提供基礎資料。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

沁源縣國有林場地處太岳山脈，地理坐標東經112°18′～112°33′，北緯36°31′～36°44′。境內多為以石質山為主的土石山區，地勢東北高西南低，境內群山起伏，溝谷縱橫，林場境內海拔800～1 400 m，巖石主要為砂巖，屬中低山區。林場氣候屬暖溫帶大陸性季風氣候，具有一年四季明顯，冬季少雪干旱、春季多風干燥、夏季雨量集中的特點，氣候溫和干燥，年平均氣溫約8.3 ℃，日均溫≥10 ℃的年積溫2 700 ℃左右，年降水量650 mm，多集中在7，8兩個月，年日照2 600 h，無霜期125 d。林場土壤主要為淋溶褐土和褐土，淋溶褐土占62%，土壤肥沃，有機質含量較高。

1.2 樣地選擇與設置

本試驗于2014年10月在沁源縣國有林場進行調查。火燒強度分為中度（40%～60% 林下植被為活立木） 和重度（活立木<20%林下植被） 2 個等級。選取2006年6月、2010年8月、2014年8月作為火燒樣地，以臨近未火燒的樣地作為對照樣地。

1.3 土壤的取樣與測定

兩種強度的火燒跡地及對照樣地各設置 3 個 20 m×20 m 的樣方，共計18塊。各樣地中隨機設置3個50 cm×50 cm小樣方進行取樣，采用環刀法分別取2個層次的土壤。采集A表層（0～10）和B層（10～20）的樣品測定土壤的化學性質。樣品經自然風干、研磨、過篩等預處理，測定土壤的pH值、全氮、全磷等化學指標。土壤全氮采用凱式定氮法，土壤全磷采用 HCLO4-H2SO4熔融-鉬銻抗比色法[2]。

2 結果與分析

2.1 火燒對土壤pH值的影響

從表1可看出，該試驗樣地中的植被在歷經不同年限、不同強度的火燒后，土壤pH值發生了一定的改變，但均未達到顯著水平（P<0.05）。重度火燒與中度火燒后土壤的pH值均是4 a后火燒跡地>1 a后火燒跡地>8 a后火燒跡地。與對照樣地相比，除了4 a后中度火燒跡地土壤（0～10 cm）層的pH值（7.58）減弱之外，在研究區域內，火燒后土壤的pH值都普遍高于對照樣地。原因可能是地表凋落物被火燒之后，釋放出一些陽離子中和了土壤中的酸，也可能是加熱使土壤中的有機酸變性所致[3-4]。

2.2 火燒對土壤全氮的影響

土壤全氮量是衡量土壤氮素狀況的重要指標，火燒會使土壤全氮量產生不同程度的下降[5]。從表2可看出，在植被恢復過程中，0～10 cm土層全氮含量普遍高于10～20 cm土層，8 a后火燒跡地已經達到顯著差異水平（P<0.05）。與對照相比，8 a后火燒跡地與1 a后的火燒跡地歷經重度火燒后土壤的全氮量呈下降趨勢，中度火燒后呈上升趨勢。經過中度火燒的土壤全氮量較重度火燒強度的土壤要高，這與前人研究結果一致。在4 a后的火燒跡地中對照樣地>重度火燒>中度火燒。說明不同強度的火燒歷經一定年限的恢復，土壤全氮含量呈不同的變化趨勢。

2.3 火燒對土壤全磷的影響

由表3可知，火燒后對土壤全磷的含量差異明顯，達到顯著水平（P<0.05），即不同年限、不同強度對土壤全磷恢復的水平不同。調查樣地內，中度火燒后土壤全磷的含量普遍降低。重度火燒后，8 a后火燒跡地0～10 cm土層與10～20 cm土層全磷的含量分別提高了17.4%和40.5%。4 a后火燒跡地中10～20 cm土層全磷含量為最多（1.22），可能是該層土壤全磷不易發生流失，供應量較大。與對照相比，1 a后重度火燒跡地土壤全磷不太穩定，中度火燒后，0～10 cm土層與10～20 cm土層全磷含量分別顯著降低到58.5%和38.9%。可能是該樣地中油松林地表的凋落物物質較多，林下植被較少的原因。

3 結論與討論

火燒后，土壤pH值普遍升高，這與張玉紅的研究結果一致[6]。不同年限的火燒后土壤磷、氮含量出現增加或降低的變化，由于較低的火燒溫度通常會增加土壤中的養分含量，而在高溫下則會造成土壤有機質及許多元素的揮發損失，致使土壤養分含量降低[7-8]，而火燒所導致的土壤養分釋放，遠遠高于來自雨水和凋落物的養分，極大地刺激了植被的快速生長[9]。從研究結果來看，中度火燒對土壤化學性質影響有限，4 a后基本上恢復。

本研究通過對沁源縣國有林場火燒跡地進行的化學性質的分析，表明不同年限、不同火燒強度的林地仍有一定的顯著差異。有計劃地實施中度火燒對森林環境具有一定的改良作用，對今后華北地區林火環境的恢復有著重要的意義。本試驗沒有對火燒跡地中土壤的微量元素、根系生物量、微生物進行詳細調查與分析，建議未來對火燒跡地進行進一步的調查以獲取更準確的資料。

參考文獻：

[1] 孫明學，賈煒瑋，吳瑤. 大興安嶺北部地區林火對土壤化學性質的影響[J]. 東北林業大學學報，2009（5）：33-35.

[2] 鮑士旦.土壤農化分析[M].北京：農業出版社，1999.

[3] 張玉紅，孫銘隆，劉彤. 林火對大興安嶺典型植被土壤理化性質的影響[J]. 東北林業大學學報，2012，40（6） ： 41-43.

[4] 李媛，程積民，魏琳，等. 云霧山典型草原火燒不同恢復年限土壤化學性質變化[J].生態學報，2013，33（7） ： 2 131-2 138.

[5] 辛穎，趙雨森，陳強. 大興安嶺火燒跡地植被恢復后土壤理化性質[J]. 東北林業大學學報，2013（8）：65-68.

[6] 張玉紅，覃炳醒，孫銘隆，等. 林火對大興安嶺典型林型林下植被與土壤的影響[J]. 北京林業大學學報，2012（2）：7-13.

[7] Giovannini G，Lucchesi S，Giachettit M. Effects of heating on some chemical parameters related to soil fertility and plant growth[J].Soil Science，1990，149（6） ： 345-350.

[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.