大興安嶺森林火燒對(duì)土壤生境質(zhì)量影響研究*

蘆雪妍，崔曉陽(yáng)（.黑龍江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，哈爾濱 50056；.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 50040）

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·問(wèn)題研究·

大興安嶺森林火燒對(duì)土壤生境質(zhì)量影響研究*

蘆雪妍1，崔曉陽(yáng)2
（1.黑龍江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，哈爾濱 150056；2.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040）

摘 要森林火燒是一種自然或人為因素產(chǎn)生的干擾，能夠改變當(dāng)?shù)赝寥赖奈锢硇再|(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及生物指標(biāo)，對(duì)土壤的性質(zhì)與土壤的肥力影響較大，對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能影響深遠(yuǎn)。作為我國(guó)重點(diǎn)的國(guó)有林區(qū)，大興安嶺地區(qū)林地面積廣闊，森林覆蓋率高，是我國(guó)生態(tài)安全的重要保障區(qū)，擁有豐富的林業(yè)資源，林下適生農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物有500多種，林木、柞蠶、林果及中草藥等綠色種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)的資源十分豐富，是當(dāng)前大興安嶺發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要模式。大興安嶺是我國(guó)森林火災(zāi)的多發(fā)區(qū)，文章對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)專家學(xué)者對(duì)火燒影響森林土壤的理化性質(zhì)與生物指標(biāo)等眾多研究成果進(jìn)行綜合評(píng)述，近年來(lái)，研究者從大興安嶺不同地區(qū)、不同林火種類與林火強(qiáng)度系統(tǒng)分析并研究了火燒對(duì)土壤生境質(zhì)量的影響，該文通過(guò)對(duì)其進(jìn)行歸納總結(jié)，旨在為該地區(qū)的火燒跡地植被恢復(fù)及農(nóng)業(yè)林下經(jīng)濟(jì)的科學(xué)經(jīng)營(yíng)管理提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞火燒 森林土壤 生境質(zhì)量 大興安嶺

0 引言

森林火燒是一種自然或人為因素產(chǎn)生的干擾，能夠改變當(dāng)?shù)赝寥赖奈锢硇再|(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及生物指標(biāo)，對(duì)土壤的性質(zhì)與土壤的肥力影響較大，對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能影響深遠(yuǎn)。土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)賴以生存與發(fā)展的最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，大興安嶺地區(qū)是我國(guó)重要的國(guó)有林區(qū)之一，農(nóng)業(yè)土地資源相對(duì)有限，林下經(jīng)濟(jì)是其農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要模式。該地區(qū)是森林火災(zāi)的多發(fā)地區(qū)，自然與人為因素的火燒造成的林地土壤資源的退化與水土流失，荒山荒地的大面積出現(xiàn)，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，已經(jīng)嚴(yán)重制約了大興安嶺地區(qū)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。作為一種脆弱與不可再生資源，土壤質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)引起國(guó)家與相關(guān)學(xué)者的廣泛高度重視。而通過(guò)火燒對(duì)土壤的理化性質(zhì)與生物指標(biāo)等生境質(zhì)量的影響因子進(jìn)行研究，有助于相關(guān)部門采取更多的有效措施恢復(fù)土壤的生境質(zhì)量，促進(jìn)大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。

1 火燒對(duì)大興安嶺森林土壤物理性質(zhì)的影響

就火燒對(duì)大興安嶺地區(qū)土壤物理性質(zhì)的影響而言，不同火燒性質(zhì)、頻率、強(qiáng)度及森林類型下的差別很大，對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力產(chǎn)生的影響也不同。

1.1 低強(qiáng)度火燒

杜嘉林［2］等通過(guò)研究低強(qiáng)度下林火對(duì)興安落葉松物理性質(zhì)的改變，發(fā)現(xiàn)低強(qiáng)度火燒對(duì)森林土壤表層的容重影響大，對(duì)土壤層無(wú)顯著影響。同時(shí)火燒后土壤表層持水與貯水能力下降，雖然火燒沒有改變土壤層的有機(jī)質(zhì)，但孔隙度相差明顯。研究結(jié)果表明低強(qiáng)度的火燒對(duì)森林土壤的物理性質(zhì)影響有限，有針對(duì)、有計(jì)劃的火燒還能對(duì)森林起到一定的保護(hù)作用。

1.2 中度火燒

孫龍等［3］用空間代替時(shí)間法研究1982～2007年大興安嶺地區(qū)白樺落葉松混交林中度火燒后的土壤理化性質(zhì)，其物理變化為土壤密度增加，土壤含水率下降并對(duì)孔隙度的影響明顯，但隨著時(shí)間的推移在12 ～20年后能夠恢復(fù)到火燒前的土壤物理水平。研究表明，中度火燒后大興安嶺地區(qū)的森林土生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，需要在火燒后較短時(shí)間內(nèi)，利用土壤養(yǎng)分增加的有利時(shí)機(jī)，采取有效的人為干預(yù)措施，才能快速恢復(fù)火燒后被破壞的森林生態(tài)系統(tǒng)。

1.3 重度火燒

郭愛雪［4］對(duì)大興安嶺高寒區(qū)森林土壤在重度火燒下的物理性質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查研究，結(jié)果表明火燒強(qiáng)度與土壤質(zhì)量及其變化關(guān)聯(lián)密切，重度火燒后森林土壤枯落層顯著降低，由于枯落層是土壤結(jié)構(gòu)的重要影響因子，關(guān)系到土壤的水分入滲透、熱能交換、有機(jī)質(zhì)及其營(yíng)養(yǎng)元素的供給等土壤特性，因此重度火燒后土壤的含水率、溫度、容重變化顯著，導(dǎo)致重度火燒跡地土壤結(jié)構(gòu)性惡化。

1.4 不同林型

不同林型的生物生態(tài)特征與對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響各不相同，研究不同林型在火燒后對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響，有助于控制與改善當(dāng)?shù)厣炙譅顩r，加快火燒后林地的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，從而更加合理的利用有限的農(nóng)業(yè)土地資源。胡海清等［5］對(duì)大興安嶺地區(qū)白樺林、落葉松林、白樺落葉松混合林等不同林型，在高強(qiáng)度火燒下的物理性質(zhì)變化進(jìn)行了研究，得出三者在土壤容重、孔隙度、持水量及貯水能力上的變化趨勢(shì)相同，但差別顯著。

2 火燒對(duì)大興安嶺森林土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

火燒是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的影響因子之一，在對(duì)大興安嶺森林火燒跡地的眾多研究中發(fā)現(xiàn)［6-9］，不同火燒強(qiáng)度能夠改變土壤的PH值、有機(jī)碳及營(yíng)養(yǎng)元素的含量，對(duì)森林的生產(chǎn)力產(chǎn)生影響。

2.1 PH值

對(duì)大興安嶺地區(qū)不同林型的火燒研究中發(fā)現(xiàn)，輕度與重度火燒在1年、10年及20年后，與對(duì)照組相比，土壤PH值都有所增加，其特征為隨火燒強(qiáng)度的增加而增加，并且隨時(shí)間的推移逐步接近未火燒前的數(shù)值。

2.2 有機(jī)碳

火燒后土壤有機(jī)碳含量的變化也隨火燒強(qiáng)度與時(shí)間階段而有所不同，輕中度火燒后有機(jī)碳含量下降但不顯著，并隨時(shí)間的推移從小幅遞增趨勢(shì)逐步回降，初期增高與土壤枯落層物質(zhì)混入有關(guān)，后期回降則與土壤表層塌縮有關(guān)；重度火燒有機(jī)碳的即時(shí)含量顯著降低，降幅在10%～20%之間，隨時(shí)間變化有機(jī)碳含量的空間格局出現(xiàn)兩極分化，大部分火燒點(diǎn)位演變?yōu)榈椭祬^(qū)，高溫?fù)]發(fā)與燃燒損失是含量降低的主導(dǎo)因素，而只有個(gè)別點(diǎn)位出現(xiàn)含量大幅增加，主要是洼地有機(jī)碳堆積造成的。

2.3 養(yǎng)分含量

有關(guān)火燒對(duì)土壤N的影響，不同學(xué)者基于不同地區(qū)得出的結(jié)論并不一致，有研究顯示火燒提高土壤N含量，也有認(rèn)為火燒降低土壤N含量，還有認(rèn)為對(duì)土壤N含量沒有影響。但對(duì)大興安嶺的火燒研究中結(jié)論基本相同，火燒后土壤N含量降低，這與土壤有機(jī)物損耗有關(guān)，不同強(qiáng)度火燒間N含量差異顯著，但變化趨勢(shì)趨同，含量變化呈現(xiàn)隨強(qiáng)度增加而逐漸降低的趨勢(shì)；土壤磷通過(guò)揮發(fā)與淋溶損失較小，但地表植被與枯落物的燃燒會(huì)改變P的生物地球化學(xué)循環(huán)，火燒引起PH值升高，初期P的含量有所增加，對(duì)土壤產(chǎn)生積極影響，但這種增加會(huì)很快降低；土壤中K的含量在輕度火燒下會(huì)有所增加，但易在雨季因淋溶而流失，重度火燒后水土流失造成的K含量降低尤為顯著。

3 火燒對(duì)大興安嶺森林土壤微生物量的影響

森林土壤中聚集著細(xì)菌、真菌、放線菌等大量微生物，不同強(qiáng)度火燒后地表植被遭到破壞，土壤微生物的種類與數(shù)量發(fā)生變化，改變了土壤的性質(zhì)與肥力，對(duì)林木的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響［10］。相關(guān)研究表明，不同強(qiáng)度的火燒對(duì)微生物群落的多樣性影響差異顯著，輕中度火燒能夠顯著提升微生物的碳源利用率，能夠促進(jìn)微生物的大量繁殖，增加微生物物種的數(shù)量、優(yōu)勢(shì)度及群落均勻度，可見適度火燒對(duì)提高土壤肥力有一定的積極意義；高強(qiáng)度火燒對(duì)土壤微生物量的影響顯著，使微生物物種的豐富度、均勻度及優(yōu)勢(shì)度都大幅降低，其原因是持續(xù)高溫高熱的灼燒改變了土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，PH值升高，揮發(fā)了所產(chǎn)生的大量的氣態(tài)氮、有機(jī)碳、速效磷，使微生物環(huán)境向不利于其活動(dòng)的方向發(fā)展，微生物活性降低，抑制微生物種群的生長(zhǎng)代謝［11］。

4 研究展望

良好的森林生態(tài)環(huán)境能夠改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，保障糧食的穩(wěn)產(chǎn)高收。森林為廣袤的農(nóng)田構(gòu)筑起綠色屏障，風(fēng)沙、干熱風(fēng)、寒露風(fēng)、昆蟲等對(duì)農(nóng)作物的危害被有效降低［12］，糧食產(chǎn)量得到提高，促進(jìn)了大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。

我國(guó)從20世紀(jì)80年代初開始，眾多專家學(xué)者通過(guò)選取包括理化性質(zhì)與生物量等不同方面的指標(biāo)開展對(duì)森林土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)有關(guān)大興安嶺地區(qū)火燒對(duì)森林土壤的質(zhì)量評(píng)價(jià)方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。但尚未形成一個(gè)統(tǒng)一的適用于該地區(qū)的評(píng)價(jià)體系與標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)研究的重點(diǎn)大多在以土壤理化性質(zhì)為主的土壤肥力評(píng)價(jià)上，對(duì)火燒后土壤生境影響因子的變化規(guī)律方面研究較少。森林作為碳循環(huán)中陸地土壤最大的碳庫(kù)，對(duì)全球環(huán)境變化與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響巨大。有鑒于此，未來(lái)在大興安嶺森林土壤的研究方面，應(yīng)加強(qiáng)火燒對(duì)森林土壤碳儲(chǔ)量的時(shí)空動(dòng)態(tài)研究［13］，同時(shí)選取適合該地區(qū)的土壤指標(biāo)，形成一個(gè)基本土壤性質(zhì)集表，最終建立起一套較為完善統(tǒng)一的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，從而為大興安嶺地區(qū)的森林保護(hù)與農(nóng)業(yè)資源開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持。

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EFFECTS OF FIRE ON SOIL HABITAT QUALITY IN GREATER XING＇AN MOUNTAINS

Lu Xueyan1，Cui Xiaoyang2
（1.environment monitoring center station of Heilongjiang province，Harbin 150056，China；2.Northeast Forestry University，Harbin 150040，China）

AbstractForest fire is a natural or man-made factor and can change the physical，chemical properties and biological indicators of the soil，and even has great impact on the soil properties and fertilities，as well as the structure and function of the agricultural ecosystem.As China＇s key state-owned forest，Greater Xing＇an mountain region has the vast forest area and high forest coverage rate，which is the important guarantee for the ecological safety of our country.There are more than 500 species of agricultural crops in the abundant forest resources.The main mode of modern agriculture is green farming and breeding industry such as trees，tussah silk，fruit and herbs etc.，in Greater Xing＇an mountains.But Greater Xing＇an mountain region is the area that the forest fire happened frequently in China.This paper reviewed the effects of fire on forest soil＇s physical and chemical properties and biological indicators in recent years，with the aim to provide a scientific basis for the vegetation restoration in the burned forest and scientific management of agriculture forest economy.

Keywordsfire；forest soil；habitat quality；Greater Xing＇an mountains

中圖分類號(hào)：S714.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-9121［2016］02-0076-03

doi:10.7621/cjarrp.1005-9121.20160212

收稿日期：2015-01-21

作者簡(jiǎn)介：蘆雪妍 （1989—），女，黑龍江人，碩士。研究方向:森林土壤學(xué)。Email:nefu20064764@126.com

*基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金“不同來(lái)源DOM對(duì)森林土壤呼吸的影響”（31370615）