中度火干擾對(duì)興安落葉松林土壤磷和鉀元素的影響

王偉，張興龍，竇旭，李飛，孫龍，胡同欣*

(1.東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040; 2.內(nèi)蒙古牙克石烏爾旗漢林業(yè)局，內(nèi)蒙古 牙克石 022159;3.江西贛州市林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展管理局，江西 贛州 341000)

0 引言

森林火災(zāi)是陸地森林生態(tài)系統(tǒng)中重要的干擾因素之一，全球每年約有300×106～460×106hm2陸地面積遭受森林火災(zāi)的影響[1]，這些森林火災(zāi)嚴(yán)重地改變了森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能[2-4]。目前研究發(fā)現(xiàn),火干擾對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在直接作用和間接作用，森林火災(zāi)直接可以造成大量的森林死亡，并向生態(tài)系統(tǒng)釋放大量的CO2，導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇[5-6]，同時(shí)還可以間接加速森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，以及改變火后的土壤環(huán)境來(lái)促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[7-9]。因此在全球氣溫升高的背景下需要進(jìn)一步量化火干擾對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響，這對(duì)于加強(qiáng)火后森林生態(tài)系統(tǒng)管理，維持森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能具有重要的生態(tài)學(xué)意義[10-11]。

北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)約占陸地總面積的14.5%和森林總面積的30%，其分布面積約為1.89×109hm2。高緯度北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)在維持全球生態(tài)平衡方面具有重要意義，對(duì)全球氣候變化也最為敏感[12-13]。森林火災(zāi)是北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)的重要干擾因子之一，目前火干擾對(duì)北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分元素和土壤環(huán)境因子的影響還缺乏系統(tǒng)深入的研究，大部分研究多集中于火干擾對(duì)北方森林生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)影響的研究，對(duì)火后土壤磷元素與鉀元素的影響還缺乏系統(tǒng)、深入的研究[14-16]，這直接導(dǎo)致火干擾對(duì)北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分元素循環(huán)的影響帶來(lái)許多不確定性。

土壤磷元素與鉀元素均是植物生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)元素，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，其參與60種以上酶系統(tǒng)的活化、光合作用同化產(chǎn)物的運(yùn)輸、碳水化合物的代謝和蛋白質(zhì)的合成等過(guò)程[17-18]。北方針葉林林下環(huán)境濕冷，不利于有機(jī)質(zhì)的礦化，從而使得大量養(yǎng)分積累在林床層中[19]，森林火災(zāi)通過(guò)燃燒有機(jī)質(zhì)，可以直接釋放無(wú)機(jī)態(tài)的磷，也能通過(guò)改變土壤環(huán)境促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的礦化，進(jìn)而影響磷元素和鉀元素的循環(huán)[20-22]。

中國(guó)大興安嶺地區(qū)是我國(guó)最大的北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)分布區(qū)域，其主要樹(shù)種是興安落葉松(Larixgmelinii)，約占大興安嶺森林總面積的80%以上[23]。該區(qū)域是歐亞北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)的最南緣和寒溫帶森林的過(guò)度帶，受到最顯著氣候變化的影響，同時(shí)該區(qū)域也是我國(guó)森林火災(zāi)的高發(fā)區(qū)域[24]。為深入理解林火對(duì)興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響，研究林火對(duì)于林下土壤環(huán)境的影響，將對(duì)火后土壤肥力管理、植被恢復(fù)與多樣性的保護(hù)均具有重要意義。本研究以大興安嶺漠河地區(qū)2012年火燒區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，選擇火后3 a火燒區(qū)域作為研究區(qū)域，綜合分析火干擾對(duì)土壤全磷、全鉀、速效磷和速效鉀的影響，量化分析速效磷、速效鉀與土壤性質(zhì)的關(guān)系。該研究結(jié)果將為進(jìn)一步深入了解火干擾對(duì)我國(guó)北方針葉生態(tài)系統(tǒng)土壤磷元素和鉀元素的循環(huán)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究樣地位于黑龍江省漠河縣內(nèi)的古蓮林場(chǎng)，該地區(qū)位于大興安嶺北麓，地理位置坐標(biāo)為北緯52°10′～53°33′，東經(jīng)124°07′～124°20′，是中國(guó)緯度最高的地域。該地是我國(guó)寒溫帶針葉林的主要分布區(qū)域，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷干燥。全年降雨集中在夏季的7—8月份，年平均降水量為460.8 mm。該地區(qū)全年平均氣溫在-5.5 ℃，氣溫年較差為49.3 ℃，全年平均無(wú)霜期為86.2 d。該實(shí)驗(yàn)區(qū)域土壤以棕色針葉林土為主，土壤土層較薄，一般約為10～30 cm[25]。由于常年氣溫較低，分解與轉(zhuǎn)化有機(jī)物的微生物活動(dòng)受到限制，加之凍融期土壤過(guò)濕，使養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與氧化過(guò)程減弱，養(yǎng)分循環(huán)速率較慢。

實(shí)驗(yàn)樣地中主要喬木樹(shù)種為興安落葉松(LarixgmeliniiRupr.)和白樺(BetulaplatyphyllaSuk.),主要灌草為柴樺(BetulafruticosaPall.)、篤斯越桔(Sementrigonellae)、杜香(LedumpalustreL. var.palustre)和小葉章(CalamagrostisangustifoliaKom.)和山刺玫(RosadavuricaPall.)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究選擇在2012年5月8日過(guò)火區(qū)域設(shè)置實(shí)驗(yàn)樣地，于2015年5月在興安落葉松林過(guò)火區(qū)域設(shè)置過(guò)火樣地，在鄰近未過(guò)火區(qū)域設(shè)置與之相對(duì)應(yīng)的對(duì)照樣地。分別設(shè)置3塊20 m×20 m的樣地，共計(jì)6塊樣地。本研究以Keeley[26]提出的火強(qiáng)度劃分方法為依據(jù)，通過(guò)調(diào)查確定火燒區(qū)域?yàn)橹卸然馃d安落葉松林過(guò)火區(qū)域樣地內(nèi)林木死亡率為40%，枯枝落葉層和半腐層被燒毀，半腐層以下沒(méi)有受到火燒影響，顏色保持不變，樹(shù)干熏黑高度平均為2.1～2.7 m。過(guò)火樣地與對(duì)照樣地土壤性狀基本信息和實(shí)驗(yàn)樣地內(nèi)基本信息見(jiàn)表1和表2。

表1 樣地土壤性狀基本信息

表2 實(shí)驗(yàn)樣地內(nèi)基本信息

注：DBH.胸徑; OML.有機(jī)質(zhì)層厚度; *.優(yōu)勢(shì)種; 1.興安落葉松.; 2.白樺。

Note: DBH. Diameter at breast height; OML. The depth of organic material layer; *. Dominant species;1.LarixgmeliniiRupr.; 2.BetulaplatyphyllaSuk.

1.3 實(shí)驗(yàn)分析

本研究采用5點(diǎn)取樣法進(jìn)行取樣，將取得土樣分為0～10 cm和10～20 cm兩層土，以下簡(jiǎn)稱上層和下層土壤。將同一樣地的5個(gè)取樣點(diǎn)相同層次的土壤均勻混合后過(guò)2 mm篩，裝入封口袋中，放入保溫箱，帶回實(shí)驗(yàn)室做室內(nèi)分析。試驗(yàn)從2016年5月開(kāi)始至2017年10月結(jié)束，包括兩個(gè)生長(zhǎng)季和一個(gè)冬季，共采樣8次。

1.4 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定

本研究中土壤含水率采用土壤絕對(duì)含水率(SWC，%)，使用電子稱稱量10 g自然濕土土壤，放入烘箱內(nèi)在105 ℃的條件下進(jìn)行反復(fù)烘干直至鋁盒重量不再變化為止，按照公式(1)計(jì)算出土壤含水率[27]：

SWC=(M0-M1)/M1×100% 。

(1)

式中：M0為土壤濕質(zhì)量，g；M1為土壤干質(zhì)量，g。

土壤pH使用電位法測(cè)定，使用PHS-3C型pH計(jì)測(cè)量pH[27]。土壤速效鉀使用火焰比色法測(cè)定，土壤速效磷使用磷鉬藍(lán)比色法測(cè)定[27]。土壤全磷使用德國(guó)seal連續(xù)流動(dòng)分析儀(BRAN+LUEBBE-AA 3)測(cè)定，土壤全鉀使用氫氧化鈉堿熔-火焰光度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定[27]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

在本章數(shù)據(jù)分析過(guò)程中使用SPSS 19.0(SPSS Institute, Inc., Chicago, IL, USA)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)上層和下層土壤理化性質(zhì)以及過(guò)火樣地和對(duì)照樣地土壤理化性質(zhì)是否存在顯著性差異均采用配對(duì)t檢驗(yàn)法(Paired samples T test)進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)火后樣地中土壤性質(zhì)月份間的差異采用單因素方差分析(One-way ANOVA test)，并利用LSD (Least-significant differences)檢驗(yàn)方法進(jìn)行多重比較。利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)(r)分析土壤AP、AK和土壤含水率(SWC)和pH之間的關(guān)系。本研究中顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 火后土壤環(huán)境因子的動(dòng)態(tài)變化

對(duì)照樣地中上層和下層土壤含水率(SWC)在均存在顯著的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化(P<0.05)，而在過(guò)火樣地上層和下層土壤的含水率均不存在顯著的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化(P>0.05)，如圖1(a)、(b)所示。過(guò)火樣地上層土壤SWC、對(duì)照樣地上層土壤SWC、過(guò)火樣地下層土壤SWC、對(duì)照樣地下層土壤SWC平均值分別為(98.59±36.00)%、(37.08±6.76)%、(48.91±21.53)%、(22.55±5.23)%。與對(duì)照樣地相比，過(guò)火樣地上層和下層土壤SWC均要顯著升高(P<0.05)。同時(shí)，過(guò)火樣地和對(duì)照樣地上層土壤SWC均要顯著高于對(duì)應(yīng)過(guò)火樣地和對(duì)照樣地下層土壤SWC(P<0.05)。

過(guò)火樣地上層土壤pH存在顯著季節(jié)動(dòng)態(tài)變化(P<0.05)，而下層土壤pH則不存在顯著的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化(P>0.05)，如圖1(c)(d)所示。對(duì)照樣地中上層土壤pH在各月份之間不存在顯著的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化(P>0.05),下層土壤pH存在顯著的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化(P<0.05)。過(guò)火樣地上層土壤pH、對(duì)照樣地上層土壤pH、過(guò)火樣地下層土壤pH、對(duì)照樣地下層土壤pH平均值分別為3.78±0.10、4.05±0.14、3.63±0.07、3.98±0.11。過(guò)火樣地上層和下層土壤pH均要顯著小于對(duì)應(yīng)對(duì)照樣地上層和下層土壤pH(P<0.05)。過(guò)火樣地土壤上層pH要顯著高于下層土壤(P<0.05)，而對(duì)照樣地土壤上層和下層pH則不存在顯著差異(P>0.05)。

圖1 火后土壤含水率(SWC)和土壤pH的動(dòng)態(tài)變化

2.2 火干擾對(duì)土壤全磷和全鉀的影響

過(guò)火樣地上層土壤全磷(TP)、對(duì)照樣地上層土壤TP、過(guò)火樣地下層土壤TP、對(duì)照樣地下層土壤TP平均值分別為(0.75±0.10)、(0.57±0.05)、(0.48±0.07)、(0.36±0.10) g/kg,如圖2(a)和(b)所示。與對(duì)照樣地相比，過(guò)火樣地上層和下層土壤TP含量分別增加了約56%和31%，其中過(guò)火樣地上層土壤TP顯著高于對(duì)照樣地上層土壤TP(P<0.05)，而過(guò)火樣地下層土壤TP也高于對(duì)照樣地下層土壤TP，并且兩者存在邊緣顯著相關(guān)關(guān)系(P=0.056)。同時(shí)，研究結(jié)果表明，過(guò)火樣地和對(duì)照樣地上層土壤TP均顯著高于對(duì)應(yīng)下層土壤TP(P<0.05)。

過(guò)火樣地上層土壤全鉀(TK)、對(duì)照樣地上層土壤TK、過(guò)火樣地下層土壤TK、對(duì)照樣地下層土壤TK平均值分別為(14.41±0.86)、(10.93±0.05)、(15.94±2.76)、(12.75±1.07) g/kg，如圖2(c)和(d)所示。與對(duì)照樣地相比，過(guò)火樣地上層和下層土壤TK含量分別增加了約33%和25%，其中過(guò)火樣地上層土壤TK顯著高于對(duì)照樣地上層土壤TK(P<0.05)，而過(guò)火樣地下層土壤TK與對(duì)照樣地下層土壤TP則不存在顯著相關(guān)性(P>0.05)。同時(shí)，火燒樣地和對(duì)照樣地上層土壤TK與對(duì)應(yīng)下層土壤TK均不存在顯著差異(P>0.05)。

圖2 火后土壤全磷(TP)和全鉀(TK)的變化

2.3 火后土壤有效磷和速效鉀的動(dòng)態(tài)變化

過(guò)火樣地和對(duì)照樣地中上層和下層土壤有效磷(AP)在各月份之間均存在顯著的動(dòng)態(tài)變化(P<0.05)，如圖3(a)和(b)所示。過(guò)火樣地上層土壤AP、對(duì)照樣地上層土壤AP、過(guò)火樣地下層土壤AP、對(duì)照樣地下層土壤AP平均值分別為(34.46±10.53)、(47.35±8.57)、(26.10±6.52)、(41.94±7.83) mg/kg。過(guò)火樣地上層和下層土壤AP均要顯著低于對(duì)應(yīng)對(duì)照樣地上層和下層土壤AP(P<0.05)。過(guò)火樣地和對(duì)照樣地上層土壤AP與其對(duì)應(yīng)的下層土壤AP不存在顯著差異(P>0.05)。

過(guò)火樣地上層土壤速效鉀(AK)在各月份之間存在顯著的動(dòng)態(tài)變化(P<0.05)，而在對(duì)照樣地上層土壤AK在各月份之間不存在顯著的動(dòng)態(tài)變化(P>0.05)，如圖3(c)所示。過(guò)火樣地和對(duì)照樣地下層土壤AK在各月份之間均不存在顯著的動(dòng)態(tài)變(P>0.05)，如圖3(d)所示。過(guò)火樣地上層土壤AK、對(duì)照樣地上層土壤AK、過(guò)火樣地下層土壤AK、對(duì)照樣地下層土壤AK平均值分別為(483.40±146.22)、(379.99±106.78)、(283.87±126.43)、(278.98±138.68) mg/kg。過(guò)火樣地上層和下層土壤AK平均值高于對(duì)應(yīng)對(duì)照樣地土壤上層和下層土壤AK，但是差異并不顯著(P>0.05)。過(guò)火樣地上層土壤AK顯著高于下層土壤AK(P<0.05)，而對(duì)照樣地上層土壤AK和下層土壤AK則不存在顯著差異(P>0.05)。

圖3 火后土壤有效磷(AP)和速效鉀(AK)的動(dòng)態(tài)變化

2.4 火后土壤有效磷與速效鉀與環(huán)境因子的關(guān)系

通過(guò)相關(guān)性分析研究表明，對(duì)照樣地上層土壤AP與土壤SWC、pH均不存在顯著相關(guān)性;對(duì)照樣地上層土壤AK與土壤SWC具有顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤pH不存在顯著相關(guān)關(guān)系。對(duì)照樣地下層土壤AP、AK與土壤SWC、pH，均不具有顯著相關(guān)性(表3)。過(guò)火樣地上層土壤AP、AK與土壤SWC、pH均具有顯著正相關(guān)關(guān)系，過(guò)火樣地下層土壤AP與土壤SWC、pH不具有顯著相關(guān)性，而過(guò)火樣地下層土壤AK與土壤SWC具有顯著相關(guān)性，但和土壤pH不具有顯著相關(guān)關(guān)系(表3)。

表3 土壤有效磷(AP)與速效鉀(AK)與土壤環(huán)境因子的相關(guān)性

注：**.在0.01水平上顯著相關(guān)；*.在0.05水平上顯著相關(guān)。

Note: **. Significantly correlated at the 0.01 level; *. Significantly correlated at the 0.05 level.

3 討論

以往研究認(rèn)為火干擾后礦質(zhì)土壤中總磷和總鉀的增加與森林燃燒過(guò)程產(chǎn)生灰分物質(zhì)的量、火后土壤地表土壤侵蝕程度、地表徑流量等因素密切相關(guān)[28]。Romanya等[29]研究發(fā)現(xiàn)森林火燒強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間直接影響土壤中無(wú)機(jī)元素含量。本研究發(fā)現(xiàn)，火燒3 a后上層土壤總磷和總鉀均顯著高于對(duì)照樣地，表明火燒增加土壤總磷和總鉀的含量。Certini[30]研究發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)可以將固定在地表土壤有機(jī)質(zhì)和凋落物中有機(jī)態(tài)的磷和鉀元素以無(wú)機(jī)態(tài)的形式釋放出來(lái)，這些被釋放出來(lái)的無(wú)機(jī)態(tài)磷和鉀元素隨著灰分物質(zhì)的沉降返回到森林地表，從而增加了土壤磷和鉀元素的含量，而也有部分研究表明火燒2 a后土壤總磷含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[31]。這些研究結(jié)果的差異，可能是由于不同森林生態(tài)系統(tǒng)間存在的差異所導(dǎo)致的。本研究所在的大興安嶺地區(qū)屬于高緯度北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)，該區(qū)域氣候寒冷，生長(zhǎng)期短，森林凋落物分解速率較低，有大量的養(yǎng)分儲(chǔ)存在森林有機(jī)質(zhì)層當(dāng)中，一旦發(fā)生森林火災(zāi)將釋放出大量灰分物質(zhì)，而灰分物質(zhì)當(dāng)中的無(wú)機(jī)元素在火后的遷移中與地表的侵蝕和淋失具有密切聯(lián)系[19]?；馃蟮乇砀迟|(zhì)層被燒毀增加了地表徑流，林冠層被破壞降低了降雨的截留作用，導(dǎo)致過(guò)火樣地上層和下層土壤具有更高的土壤含水率，同時(shí)大興安嶺地區(qū)在生長(zhǎng)季夏季多雨，過(guò)火樣地地表徑流增加，灰分物質(zhì)中大量的養(yǎng)分元素通過(guò)淋失作用被重新分配到森林生態(tài)系統(tǒng)中，一部分進(jìn)入到周圍的水域生態(tài)系統(tǒng)，另一部分則進(jìn)入到土壤中，重新被植物、土壤微生物和植物所利用[32]。同時(shí)火后環(huán)境促進(jìn)植被的更新速度，大量的磷和鉀元素被植物所吸收利用，導(dǎo)致大量的磷和鉀元素被固定到植物體內(nèi)，隨森林凋落的分解返還到土壤當(dāng)中，這可能是導(dǎo)致火后土壤總磷和總鉀含量增加的主要原因[33]。

以往研究發(fā)現(xiàn)火后1～2 a內(nèi)土壤速效磷與速效鉀元素顯著增加，這是因?yàn)楦邚?qiáng)度的森林火災(zāi)產(chǎn)生的灰分物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致火后短期內(nèi)土壤表面速效元素增加，然而這種增加作用很難持久，Outeiro等[34]研究發(fā)現(xiàn)在火后1 a后速效鉀元素含量低于火燒前水平，而Alcaniz等[35]研究發(fā)現(xiàn)土壤的速效磷與速效鉀含量在火后1 a基本恢復(fù)到火燒前的水平，到火后9 a則低于火燒前的水平。本研究結(jié)果與這些研究結(jié)果比較一致，在火后3 a上層和下層土壤速效磷含量顯著低于火燒前水平，而火后上層和下層土壤速效鉀含量則與火燒前不存在顯著的差異。產(chǎn)生這種原因一方面可能是火后森林郁閉度降低，受到雨水沖刷作用所導(dǎo)致的[33];相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)植物生長(zhǎng)每年要平均要消耗約112～224 kg/hm2的K+,火后植被恢復(fù)過(guò)程中對(duì)養(yǎng)分元素的吸收可能是導(dǎo)致土壤中速效養(yǎng)分元素含量在火后更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上降低的另一個(gè)原因[35]。

土壤水分是維持森林植物和微生物生長(zhǎng)發(fā)育的必需環(huán)境要素，在制約土壤元素生物地球化學(xué)循環(huán)方面也起到至關(guān)重要的作用[36-37]。興安落葉松林林床蓄積了大量土壤水，過(guò)多的水分降低了有機(jī)質(zhì)的降解速率，使得大多養(yǎng)分積累在有機(jī)層和凋落物中，有些區(qū)域甚至發(fā)生泥炭化過(guò)程，深度達(dá)10 cm以上的林床也阻礙了落葉松種子接觸土壤，進(jìn)而影響種子的萌發(fā)與植被更新。林火去除了地表部分或是全部有機(jī)層，增加了土壤水分的存儲(chǔ)，改善了土壤環(huán)境，為火后養(yǎng)分循環(huán)和種子萌發(fā)提供了有利環(huán)境[19,38]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤上層和下層中速效磷和速效鉀含量與土壤水含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，這一結(jié)果與火后土壤環(huán)境的改變有關(guān)。火后有機(jī)層較薄，難以儲(chǔ)存水分，而礦物層土壤結(jié)構(gòu)較為緊實(shí)有助于水分的存儲(chǔ)。土壤中適宜的水分一般會(huì)促進(jìn)林下凋落物層的分解，加速土壤微生物的活動(dòng)，有利于土壤中速效元素的轉(zhuǎn)化[39-41]。這些研究結(jié)果表明，火后土壤環(huán)境的改善為土壤中磷和鉀元素的循環(huán)創(chuàng)造了有利環(huán)境，進(jìn)而也說(shuō)明林火對(duì)磷和鉀元素的直接影響是短暫的，但是通過(guò)改變土壤環(huán)境對(duì)磷循環(huán)的間接影響是長(zhǎng)期的，因此火干擾對(duì)高緯度北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)的影響不能夠被忽視。

土壤酸堿度也是影響森林土壤生物地球化學(xué)循環(huán)的重要因子，不僅可通過(guò)影響土壤微生物活動(dòng)來(lái)影響元素轉(zhuǎn)化，也可通過(guò)影響元素離子的存在形式影響土壤中的養(yǎng)分含量[28,42]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照樣地相比火后上層和下層土壤pH均降低，這可能是由于森林火災(zāi)對(duì)林冠層產(chǎn)生了破壞，地表徑流增加，火燒后產(chǎn)生灰分物質(zhì)中的礦質(zhì)離子與土壤膠體表面吸附的氫離子發(fā)生交換后進(jìn)入土壤溶液中，導(dǎo)致氫離子隨雨水流失到附近的水域中，從而使土壤pH降低[7,43-44]。以往研究表明我國(guó)寒溫帶針葉林森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呈酸性，pH在4～5.5之間，土壤中含有大量的Al3+、Fe}、Mn2+，易于與土壤中PO43+結(jié)合，導(dǎo)致土壤pH和土壤速效養(yǎng)分元素之間不存在顯著的相關(guān)性[22,45]，而本研究結(jié)果表明火干擾改變森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤的水熱分配，火后0～10 cm土層有效磷、速效鉀與土壤pH呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明在火后森林生態(tài)系統(tǒng)演替初期土壤表層速效養(yǎng)分元素不僅受到土壤水分的影響，同時(shí)火后土壤pH的變化也是限制火后土壤速效養(yǎng)分元素的重要土壤環(huán)境因子之一。

4 結(jié)論

林火顯著改變了大興安嶺興安落葉松林土壤磷和鉀元素循環(huán)，在森林火災(zāi)發(fā)生3 a后，0～10 cm土壤總磷和總鉀含量顯著高于火燒前水平；而在0～10 cm和>10～20 cm土壤中速效磷含量低于火燒前的水平；0～10 cm和>10～20 cm土壤中速效鉀含量基本恢復(fù)到火燒前的水平；火后演替初期土壤含水率和土壤pH是調(diào)控0～10 cm土壤速效磷和速效鉀變化的主要土壤環(huán)境因子。未來(lái)需要進(jìn)一步探究火后森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分元素變化與植被恢復(fù)之間的關(guān)系，這對(duì)于揭示火后森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)具有生態(tài)學(xué)意義。