张玉红 孙铭隆

(森林植物生态学教育部重点实验室(东北林业大学)，哈尔滨，150040)

刘 彤

(东北林业大学生态研究中心)

在森林生态系统中，由于人为、雷击或者高温干旱等多种因素引发的林火，使得林火成为森林生态系统中极为活跃的干扰因子，并对维持森林生物多样性和森林健康起着举足轻重的作用[1]。土壤是生态系统可持续性的重要组成成分，它为植物生长提供各种养分和支持[2]，而林火可以影响土壤的物理性质和化学性质，导致森林土壤酸碱度、土壤有机质质量分数和土壤养分质量分数等土壤理化性质的变化。火烧产生的高温灰分，填充到土壤空隙中，可以气化掉大部分氮元素等，使土壤中养分分配发生变化，还能够改变枯枝落叶物的分解归还速率，以及改变土壤表层植物和土壤内动物、微生物等的生物数量和种群结构等。

大兴安岭林区是我国最北部而且面积最大的一个林区，是我国重要的木材生产基地，又是呼伦贝尔草原和松嫩平原的天然屏障，其生态效益、社会效益都十分显著。近些年来该地区的火灾次数和面积不断上升，并时有大火和特大火发生，不仅在经济上造成重大损失，而且严重影响森林生态系统景观格局和生态环境[3]。本研究以大兴安岭呼中国家级自然保护区2008年火烧迹地为研究对象，研究了林火干扰对大兴安岭两种典型林型——落叶松林和白桦林土壤理化性质的影响，旨在了解林火干扰后落叶松林和白桦林生长的养分供应情况，确定合理、有效、可行的森林经营对策，为加速被破坏森林的恢复提供可靠的科学理论依据。

1 研究地概况

研究地点位于黑龙江省大兴安岭地区西部呼中国家级自然保护区，其地理坐标为东经122°42'14″～123°18'05″，北纬 51°17'42″～ 51°56'31″。保护区总面积为167213 hm2，南北长约63 km，东西宽约32 km。呼中自然保护区是我国最北部的寒温带针叶林生态系统自然保护区，也是我国目前保存下来的最典型、最完整、面积最大的原始寒温带兴安落叶松林分布区。在植物地理区划上隶属于泛北植物区、欧亚森林植物亚区、大兴安岭地区。植被区系为典型的东西伯利亚植被区系成分。地带性植被主要为兴安落叶松(Larix gmelini)、白桦(Betula platyphylla)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)、山杨(Populus davidiana)、云杉(Picea asperata)、兴安杜鹃(Rhododendron dauricum)、杜香(Ledum palustre)等。

2 研究方法

试验样地选择:于2009年选择坡度、坡向、海拔等立地条件基本一致，中度火烧(40% ～60%为活立木)和重度火烧(活立木＜20%)的兴安落叶松林、白桦林，每种林型各6块样地，以未经过火干扰且与火烧迹地立地条件和林型基本一致的原始林为对照。

土壤取样:在选择的样地内，以“品”字形设置3个样点，用土钻分两层取土样各100 g，装在布袋中，风干备用。

土壤含水率的测定:在样地中沿两个对角线利用TDR100测量土壤含水率各10次，共20次，取平均值为样地中土壤的平均体积含水率。土壤质量含水率(%)=[土壤体积含水率×土壤密度]/水的密度。土壤密度、土壤pH值、土壤有机质、土壤全氮和土壤有效氮的测定按照鲍士旦[4]方法测定;土壤全磷用NaOH熔融－钼锑抗比色法进行测定;土壤全钾采用NaOH熔融－火焰光度法进行测定。

运用Excel、Sigmaplot 9.0等软件对上述数据进行处理和分析。

3 结果与分析

3.1 林火对土壤含水率的影响

由表1可知:中度火烧强度的白桦林土壤含水率是落叶松林的3.7倍，而原始林和重度火烧强度下落叶松林的土壤含水率分别是白桦林的1.4倍和4.1倍。不同林型及火烧强度下土壤含水量未呈现出明显的规律性，这是由于土壤含水率受降雨、地表径流、植被类型、郁闭度、地形条件等诸多环境因子影响而致。

表1 林火对土壤理化性质的影响

3.2 林火对土壤密度的影响

由表1可知:中度火烧下落叶松林土壤密度较白桦林的低13.90%，而原始林和重度火烧下落叶松林土壤密度较原始白桦林和重度火烧下白桦林土壤密度分别高28.04%和34.02%;火烧强度对土壤密度的影响呈现一定的规律性，落叶松和白桦原始林型和重度火烧林型低于中度火烧林型，土壤密度依次为中度火烧林＞原始林＞重度火烧林。呈现这一规律的原因可能是中度火烧后，灰分颗粒填充进土壤空隙中，而中度火烧林型经过2 a雨水的冲刷，没有枯枝落叶层保护土壤，使得土壤坚实度增加，导致土壤密度增加;重度火烧土壤密度低于中度火烧，可能是因为经过时间的推移土壤动物活动频繁，孔隙度增加，使得土壤结构逐渐恢复，从而土壤密度减小。

3.3 林火对土壤pH值的影响

土壤有机质的分解、土壤营养元素存在的状态、释放、转化与有效性以及土壤发生过程中元素的转移等都与土壤的酸碱度有关;土壤酸碱度对植物及土壤微生物有很大的影响，适宜的酸碱性有利于土壤微生物活动，加速枯枝落叶物分解，从而促进林木的生长[5]。由表1可知:同一林地相同火烧强度的土壤A层pH值均高于B层。不同林地间，原始林和中度火烧强度的落叶松林土壤A层pH值均低于白桦林，重度火烧强度下落叶松林土壤A层pH值高于白桦林;而中度火烧和重度火烧下白桦林土壤B层pH值均高于落叶松林。不同强度火烧对两种林型pH值的影响呈递增趋势，即重度火烧林＞中度火烧林＞原始林。这可能是由于火烧释放出的一些阳离子中和了土壤中的酸性，从而使土壤pH值升高。

3.4 林火对土壤有机质质量分数的影响

有机质是土壤的重要组成部分，也是土壤形成的物质基础。不同类型的土壤有机质质量分数差别很大，丰富的可以达到20%，而少的则低于1%。有机质的存在能够影响土壤一系列的物理、化学和生物性质。土壤中有机质的来源主要是植物的残体，如枝、叶、皮、根和果等，这些残体依靠土壤中的动物和大多数微生物的作用分解改造成土壤有机质。有机质和矿物质共同构成了土壤的固体部分，一起供应着林木生长发育过程中所需要的营养元素。有机质不仅影响着土壤的理化性质，而且在土壤形成过程中，特别是在土壤肥力的发展过程中起着极其重要的作用[6]。因此，土壤有机质质量分数是判断土壤肥力以及火烧迹地土壤恢复状况的一项重要指标。

相同火烧强度下，落叶松林和白桦林A层土壤有机质质量分数均高于B层，这是由于A层土壤中枯枝落叶较B层多的缘故。同种火烧强度下，落叶松林土壤A层和B层有机质质量分数均低于白桦林，可能是因为白桦林是阔叶林，林下植被丰富度也高于落叶松林，导致枯枝落叶物较多，经过土壤动物和微生物的作用，将枯枝落叶物转化成土壤有机质也较多，这与阔叶林林下土壤有机质质量分数较针叶林高的结论相一致[7－8]。

同种林型土壤A层有机质质量分数随火烧强度呈递减的趋势，即原始林＞中度火烧林＞重度火烧林;而土壤B层则未呈现相似的规律性。可能是因为火烧强度越高，地表的枯枝落叶物越少，其分解产生的有机质对土壤的补充越少。

3.5 林火对土壤中全氮和有效氮质量分数的影响

土壤全氮质量分数是衡量土壤氮供应状况的重要指标[9]。林地土壤全氮质量分数的增加或减少和土壤有机质质量分数的变化相似，都主要决定于各个地区有机质积累和分解作用的相对强弱及气候、植被、耕作制度诸因素，特别是水热条件，对土壤有机质和氮素质量分数有显著的影响。

由表1可以看出，不同火烧强度的落叶松林和白桦林A层土壤全氮和有效氮质量分数均高于B层，这是由于A层土壤枯枝落叶物较B层多的缘故。

同种火烧强度下，落叶松林土壤A层全氮和有效氮质量分数均低于白桦林，B层土壤无规律。可能是因为白桦林下枯枝落叶物较多且郁闭度较高，中度和重度火烧强度下白桦林林下植物也多于落叶松林，由于大部分土壤微生物的作用，将枯枝落叶物转化成土壤全氮和有效氮也较多。

同种林型土壤A层全氮和有效氮质量分数随火烧强度呈递减的趋势，即原始林＞中度火烧林＞重度火烧林;而土壤B层则未呈现相似的规律性。火烧以后，土壤受到侵蚀使得土壤全氮质量分数减少，另外由于火烧以后，植被尚未恢复，郁闭度小，光照使得地表土壤温度升高，加速了氮的矿化，使得土壤有机氮下降，而土壤有机氮占土壤全氮的95%，从而导致土壤全氮质量分数的下降;而火烧后，地表枯枝落叶物较少，补充给土壤的有效性氮质量分数也较少。

3.6 林火对土壤中全磷和全钾的影响

除中度火烧的白桦林外，其它两种火烧强度的落叶松林和白桦林A层土壤全磷质量分数均高于B层，A层土壤全钾质量分数均比B层低。落叶松林土壤A层全磷质量分数高于同等火烧强度白桦林土壤A层全磷质量分数，同种火烧强度落叶松林型土壤B层全钾质量分数均高于白桦林土壤B层全钾质量分数。

同种火烧强度下同种林型土壤A层全磷质量分数为原始林＞中度火烧林＞重度火烧林;而B层未呈现相似的规律。这与已有的研究结果基本一致，即火烧对森林地表覆盖物和表层矿质土壤中全磷质量分数一般没有明显影响，只有火烧强度很大时会有一定的影响[10]。

对于全钾质量分数，落叶松林型土壤A、B层基本一致，呈现出原始林＞重度火烧林＞中度火烧林;而白桦林土壤A层全钾质量分数为中度火烧林＞原始林＞重度火烧林，土壤B层全钾质量分数呈现出原始林＞重度火烧林＞中度火烧林。

4 结论与讨论

火烧对生态系统的作用不仅范围广，而且影响也很复杂，可减少地上部分的生物量，还可影响土壤理化性质、微生物降解和细根的生长[11]。火烧对土壤的影响既有利又有害，主要是取决于火烧的强弱。通常高强度火能够引起植物群落演替频率的变化，使土壤结构退化、水文功能改变，改变土壤有机质质量分数和C/N比值，加剧侵蚀、林溶和反硝化作用，导致土壤养分流失，使微生物及地下动物数量以及相关生命活动过程发生改变[10]。

对于大兴安岭不同火烧强度下的两种林型，落叶松林土壤A层全磷质量分数、B层全钾质量分数均大于相同火烧强度的白桦林;落叶松林土壤A层的有机质、全氮和有效氮质量分数小于相同火烧强度的白桦林，除重度火烧林外，其它两种火烧强度的土壤A层pH值均呈现出白桦林大于落叶松林，而B层无明显规律;落叶松林和白桦林pH值、有机质、全氮和有效氮质量分数均大于土壤B层;除中度火烧强度的白桦林外，土壤全磷质量分数都是A层高于B层，土壤全钾质量分数则是A层低于B层。

不同火烧强度对土壤理化性质影响也较大，火烧通常易使土壤的酸性增强，经过火烧的样地有机质质量分数低于未经过火烧的样地。土壤密度表现为中度火烧林＞原始林＞重度火烧林;pH值随火烧强度增加而增加，呈现出重度火烧林＞中度火烧林＞原始林;两种林型的土壤A层有机质、全氮、有效氮和全磷质量分数随火烧强度的增加而减少，即原始林＞中度火烧林＞重度火烧林;而火烧强度对于土壤B层的上述指标和土壤全钾质量分数的影响无明显规律性。

不同火烧强度下两种不同林型中土壤含水量未呈现明显的规律性变化，这是由于土壤含水率受降雨、植被类型、郁闭度、地形条件等诸多环境因子的影响。

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