長江黃河上游高寒退化森林火燒跡地研究進展及建議

李 勛，張 艷，彭 彬

（四川民族學院高原地區生態修復與特色產業培育研究中心&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域和水源涵養地。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。該地區每年11月至次年4月低溫且凍融循環頻繁，植被生長期短，土壤發育緩慢，屬于脆弱生態系統的典型地區?！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35.02%，森林面積達5.36×106km2，森林蓄積量達4.84×108m3，州內各縣森林面積占比如圖1。森林覆蓋率提高的背后，暗含著森林火災增多風險。

圖1 甘孜州各縣占全州森林面積百分比圖

自20世紀70年代以來，四川省的森林火災發生次數和受災面積均為全國前列，四川森林火災高危區縣市區占全國23.18%（《全國森林防火規劃（2016～2025年）》），其中甘孜州又是四川省火災發生最頻繁的區域。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物質，林內可燃物負荷量也遠超其他地區。2011年～2019年期間，甘孜州發生110次森林火災。其中，重大火災3 次，較大火災46 次，一般火災61 次，受害森林面積2923.63km2，火場面積5623km2（甘孜州農牧農村局）。在州內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年發生火災22 次，重大火災3次，州內各縣森林火災發生情況如圖2。這些頻繁發生的林火致使甘孜州境內天然林資源大幅銳減，高寒森林生態系統遭到嚴重破壞。同時，作為森林生態系統常見的影響因子，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境中，改變了土壤的物理、化學性質，增加了土壤可蝕性和地表徑流量，且由于甘孜地區地處高寒地帶，土層薄，土壤結構松散，極易發生大面積泥石流，大量土壤養分隨雨水徑流等方式流失[1]。因此，森林火災已成為甘孜地區高寒森林生態系統可持續經營的重要限制因子。

圖2 甘孜州2011～2019年森林火災發生情況

1 植被多樣性對林火干擾的響應

在火災林地的治理以及恢復過程中，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間[2]。近年來較多學者發現通過集約造林的方式恢復的退化森林生態系統，在生物多樣性以及生態系統穩定性等方面出現降低的現象，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。在發生林火3年后調查發現，林地內草本灌木的多樣性以及均勻度指數均隨森林火燒強度（即火烈度）的升高而表現出降低的趨勢，而林地內植物的優勢度指數則呈現出增加的變化趨勢[3]。在這些優勢物種中，一部分本地原生或者引進栽培到本地，且高度適應高寒環境的一類樹種，被稱為鄉土樹種（Indigenous species）,這些樹種能夠體現地域特色，具有相應的地區文化內涵，本地群眾和林業部門對其生長習性有一定了解，具備較好的培育及養護經驗，常作為本地區林業的先鋒樹種。

與外來樹種相比，以鄉土樹種作為退化林地的先鋒恢復樹種具有極大優勢。一方面由于其本身在當地生長良好，適應性強，不存在生態危險；另一方面，鄉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分含量，減弱林地內土壤的侵蝕程度[4]，也能夠增加林地土壤微生物種群數量和多樣性[5]。近年來，鄉土樹種已成為干旱和高寒地區森林生態系統恢復中的重要植物資源。常明等[6，7]對我國西南亞熱地區退化程度較為嚴重的森林生態系統內34 個鄉土樹種的應用價值以及恢復潛力進行了評估，研究發現與外來樹種相比，先鋒鄉土樹種的種子萌發率、種子存活率以及樹種的早期生長指標等均表現出更強的優勢，而在演替中期以及掩體后期部分鄉土樹種的生長特性也優于外來樹種，這些先鋒鄉土樹種通過改良土壤理化性質加快了森林火燒跡地的演替恢復進程。李捷等[8，9]研究了火災發生后闊葉林地與針葉林地內土壤的理化性質差異，發現針葉林地內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化合物，會增加火勢，而硬闊葉林產生的易燃枯枝落葉和木屑較少，不易引起森林火災或火勢較小。目前，國內外關于森林火燒跡地養分循環及地力維護相關的研究主要側重于林火發生對土壤C 庫、土壤N、P 循環以及植被更新等[10]，而對于火燒跡地背景下，先鋒鄉土樹種對林下植物多樣性的影響及機理還不清楚。

2 土壤理化性質對林火干擾的響應

森林火災對林地內土壤理化因子的作用主要與火災因子（火烈度、林火發生的頻率以及林火發生后恢復的年限）有直接關系。輕度火燒對植被演替有促進作用，而中度/重度林地自然恢復年限需要15～30年。高強度林火可充分燃燒有機質，C、N 元素在200℃～500℃時揮發損失，造成土壤C 元素揮發損失[9]和全氮含量增加[11]，從而導致土壤碳氮比明顯降低，但是隨著火后恢復年限的延長，土壤碳氮比逐漸提升[12]?；鸷蟪跗冢糠謸]發溫度較高的土壤養分（如P）的有效性和含量增加，從而有利于植被更新[13]。然而，高強度和高頻率的森林火災導致地面大面積裸露，林地表面的徑流和侵蝕造成養分分配格局的轉變，這對森林生態系統的植被群落以及養分組成具有長期的負面影響[9]?；馃l生8年后土壤全氮和速效氮分別了減少19.7%和9.5%[14]?；馃?1年后土壤全氮(TN)才恢復到火燒前水平[15]。土壤養分的再分配因其自身性質而異，一般來說，小型土壤團聚體對土壤C與N有更好的保護作用[16]。作為影響火災后土壤養分的主要因素之一，不同植被類型在化學特征、生產力和凋落物分解率方面存在明顯差異，導致火災后對土壤碳、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。高強度森林火災會分解土壤團聚體，火災后裸露的土壤受到雨水沖刷和風的搬運侵蝕[17]，導致土壤大粒徑團聚體增加，土壤小粒徑團聚體占比降低，從而改變土理化性質。森林火災還能夠通過改善隔水層的形成和灰沉積，導致地表徑流和土壤表面侵蝕[18]，增加養分流失和生態化學計量學的重新分布，從而降低土壤的持水能力。

3 展望

我們前期發現土壤動物及植物群落結構、鄉土樹種的種類與林地內樹種的養分歸還特征息息相關[19,20]，樹種的差異以及森林生態系統環境的改變（如發生林火）將通過影響林下生物群落結構的差異影響土壤肥力的提升。這些研究結果給予的啟示是，林火發生后土壤養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實意義。現在的科學問題是：目前，在高寒森林生態系統中，盡管現有研究對火燒跡地的林下植被的季節變化動態進行了報道[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理入手，但由于缺乏與非火燒區域的對比，對高寒地區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的防火樹種，充分利用鄉土植物資源，促進退化林地修復，對提高長江黃河上游高寒地區水土保持和水源涵功能有重要意義。