計(jì)劃燒除對(duì)云南松林土壤抗蝕和抗沖性的影響

楊馥羽，陳奇伯,2，黎建強(qiáng),2，龔順清，付釔珊

（1.西南林業(yè)大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué) 石漠化研究院，云南 昆明 650224）

隨著全球碳排放的增長(zhǎng)，森林火災(zāi)頻發(fā)，森林資源可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅，自然生態(tài)平衡遭到破壞，防御和控制森林火災(zāi)也成為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。火是陸地生態(tài)系統(tǒng)演化的重要驅(qū)動(dòng)因素，在生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化與發(fā)展中十分重要[2]。過(guò)度禁火或頻繁的林火干擾都不利于森林生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與更新，在一定程度上影響生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化環(huán)節(jié)缺失[3]。森林長(zhǎng)期禁火導(dǎo)致林下可燃物不斷蓄積，林分質(zhì)量變差，還增加林地內(nèi)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。與森林火災(zāi)不同，計(jì)劃燒除是針對(duì)適宜林種，在規(guī)定范圍用低強(qiáng)度地表火燒除林區(qū)內(nèi)可燃物，達(dá)到降低火險(xiǎn)、提高森林防火能力的技術(shù)性措施[4]。周期性計(jì)劃燒除能清除林內(nèi)雜物，減少病蟲害，增強(qiáng)土壤碳穩(wěn)定性，促進(jìn)森林的生長(zhǎng)與更新，對(duì)森林群落演替和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要作用[5?6]。云南松Pinus yunnanensis作為西南地區(qū)的特有物種，在西南地區(qū)分布廣泛，生態(tài)適應(yīng)幅度很廣，是區(qū)域內(nèi)荒山造林的先鋒樹種。云南松富含油脂，林冠下地表凋落物極易燃燒，大部分的云南松生活在森林火災(zāi)高發(fā)區(qū)[7]。從20世紀(jì)90年代起，云南省多個(gè)地區(qū)已經(jīng)大面積開展計(jì)劃燒除工作，森林防火效果較好[8]。盡管計(jì)劃燒除的強(qiáng)度較低，但是低強(qiáng)度地表火會(huì)使林地內(nèi)凋落物蓄積量減少，植被根系燒毀，降雨直接沖刷裸露地表，不利于土壤團(tuán)聚體的形成，勢(shì)必會(huì)影響土壤抗侵蝕和抗沖刷能力。有研究發(fā)現(xiàn)：周期性計(jì)劃燒除還會(huì)使土壤表層團(tuán)粒結(jié)構(gòu)改變，可蝕性增強(qiáng)[9]，促進(jìn)坡面徑流泥沙產(chǎn)生[10]，甚至影響土壤養(yǎng)分穩(wěn)定性，對(duì)土壤養(yǎng)分環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期影響[11]。

計(jì)劃燒除作為生態(tài)系統(tǒng)管理的有效手段，最早在加拿大、澳大利亞等林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)施運(yùn)用，技術(shù)和體系較為成熟。國(guó)外學(xué)者在探究適宜的計(jì)劃燒除制度方面進(jìn)行了研究，同時(shí)持續(xù)關(guān)注計(jì)劃燒除對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量、森林生態(tài)環(huán)境等[12?14]。國(guó)內(nèi)計(jì)劃燒除工作起步較晚，研究?jī)?nèi)容集中在計(jì)劃燒除對(duì)森林防火的積極作用以及計(jì)劃燒除對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)、群落結(jié)構(gòu)的影響等[15?16]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于火燒對(duì)土壤理化性質(zhì)[17]、土壤微生物[18]的影響已有報(bào)道，但集中在林火發(fā)生的頻次和強(qiáng)度不固定的火災(zāi)區(qū)，在指定樹種、周期性計(jì)劃燒除對(duì)土壤侵蝕方面的影響報(bào)道較少。探究計(jì)劃燒除對(duì)林內(nèi)土壤抗蝕和抗沖性能的影響，對(duì)明晰低強(qiáng)度火干擾下土壤侵蝕的內(nèi)在機(jī)制顯得尤為重要。本研究以期揭示計(jì)劃燒除對(duì)土壤侵蝕、森林生態(tài)環(huán)境的影響，明確計(jì)劃燒除在林地管理中的作用，并為森林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)以及優(yōu)化林區(qū)計(jì)劃燒除制度提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于滇中高原玉溪市新平縣南部的照壁山，海拔為1 990～2 050 m，是典型的高原山地丘陵地貌。代表性土壤為紅壤，是云南省亞熱帶北部與亞熱帶南部的過(guò)渡地帶。多年平均降水量為1 050 mm，最高氣溫為32.0 ℃，最低氣溫為1.0 ℃，年平均氣溫為15.0 ℃。

1.2 樣地布設(shè)與樣品采集

在照壁山上對(duì)該區(qū)域內(nèi)林分類型、地質(zhì)地貌及自然條件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，選擇立地條件相似，平均樹齡為30 a且長(zhǎng)勢(shì)較好的云南松林地為研究對(duì)象。在防火通道2側(cè)對(duì)稱布設(shè)計(jì)劃燒除與未燒除樣地。林區(qū)內(nèi)灌木主要有木荷Schima superba、杜鵑Rhododendron simsii等，草本主要有紫莖澤蘭Ageratina adenophora、貫眾Cyrtomium fortunei、毛茛Ranunculus japonicus、白茅Imperata cylindrica等。從20世紀(jì)90年代末期起，該區(qū)域制訂了相對(duì)完善的計(jì)劃燒除制度，并于每年1—2月開展計(jì)劃燒除工作，至今20余年從未間斷。2021年1月實(shí)施了該年度森林防火計(jì)劃燒除工作，計(jì)劃燒除火焰高度1.5 m，屬低強(qiáng)度火燒。在計(jì)劃燒除和未燒除2塊大樣地內(nèi)分別設(shè)置20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)樣地3塊，于2021年7月1—4日采集土壤樣品。

1.3 方法

1.3.1 土壤抗蝕性測(cè)定 按 0～10、10～20、20～40 和 40～60 cm 土層分層采樣，測(cè)定土壤團(tuán)聚體相關(guān)指標(biāo)，每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)重復(fù)且均大于500 g。土壤團(tuán)聚體采用干篩和濕篩法分級(jí)，按照粒徑＞5.00、5.00～2.00、2.00～1.00、1.00～0.50、0.50～0.25和＜0.25 mm的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分別稱量，并計(jì)算各粒級(jí)質(zhì)量百分比，土壤抗蝕指數(shù)采用靜水崩解法測(cè)定。

平均質(zhì)量直徑(DMW)、平均幾何直徑(DMG)[19]計(jì)算公式如下：

其中：wi為第i粒徑團(tuán)聚體組分的質(zhì)量占土壤總質(zhì)量的質(zhì)量百分比(%)；xi為第i粒徑團(tuán)聚體組分的平均直徑(mm)。

1.3.2 凋落物蓄積量及持水性能測(cè)定 在計(jì)劃燒除和未燒除2塊大樣地內(nèi)設(shè)置的3塊標(biāo)準(zhǔn)樣地中，分別設(shè)置3個(gè)50 cm×50 cm的樣方，收集樣方中地表凋落物分解層和半分解層，帶回實(shí)驗(yàn)室即刻稱量。采用室內(nèi)浸泡法，測(cè)定凋落物自然含水率、蓄積量以及持水性能[20]等指標(biāo)。

1.3.3 土壤抗沖性測(cè)定 土壤抗沖性采用原狀土沖刷水槽法測(cè)定[21]。在收集完凋落物的樣方中，用自制20 cm×10 cm×5 cm取樣器取原狀土樣，取完后用保鮮膜和泡沫袋將土樣包裹，避免運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)原狀土樣的破壞。實(shí)驗(yàn)前將土樣浸水24 h至土壤樣品飽和，瀝去多余重力水后置于1.2 m×0.1 m沖刷槽內(nèi)。設(shè)計(jì)沖刷坡度為 20°，沖刷流量為 2 L·min?1，沖刷時(shí)間固定為 10 min，隔 1 min 取 1 次渾水樣，共取10次。試驗(yàn)結(jié)束后，將渾水樣靜置過(guò)濾，并烘干稱泥沙質(zhì)量。土壤抗沖系數(shù)計(jì)算公式如下：CAS=(Qt)/M。其中：CAS為土壤抗沖系數(shù)(L·g?1)；M為沖走的土樣質(zhì)量(g)；t為沖刷時(shí)間(min)；Q為沖刷流量 (L·min?1)。

1.3.4 植物根系測(cè)定 將沖刷試驗(yàn)結(jié)束后取樣器內(nèi)剩余土樣置于0.25 mm土篩中反復(fù)沖洗，洗出根系后于65 ℃條件下烘干，稱量，用于計(jì)算根長(zhǎng)密度[DR=N/(LWH)]和根系生物量[BR=Mr/(LWH)][22]。其中：N為取樣器中根系總長(zhǎng)度(cm)，L、W、H分別為取樣器的長(zhǎng)、寬、高(cm)，Mr為根系干質(zhì)量(g)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel和SPSS 21.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析(試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用上限排除法進(jìn)行統(tǒng)計(jì))，并用 Origin 9.0繪制圖形。

2 結(jié)果與分析

2.1 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林土壤抗蝕性的影響

2.1.1 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林土壤團(tuán)聚體組成的影響 土壤團(tuán)聚體質(zhì)量百分比差異直接影響土壤孔隙度的大小，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化。計(jì)劃燒除后地表凋落物和土壤環(huán)境受到影響，團(tuán)聚體組分特征發(fā)生變化。如圖1所示：干篩后各土層土壤團(tuán)聚體均以粒徑＞5.00 mm團(tuán)聚體占比最大，粒徑0.25～0.50 mm團(tuán)聚體占比最?。浑S土層深度增加，粒徑＞5.00 mm團(tuán)聚體所占比例減小，粒徑＜0.25 mm團(tuán)聚體占比增大。計(jì)劃燒除后，0～40 cm土層粒徑＞5.00、2.00～5.00 mm團(tuán)聚體比例增加，粒徑＜0.25 mm團(tuán)聚體比例減?。黄渲?～10 cm土層變化較明顯。未燒除樣地0～10 cm土層土壤粒徑＞5.00、2.00～5.00和＜0.25 mm團(tuán)聚體含量分別為24.73%、14.70%和18.13%，計(jì)劃燒除樣地為28.62%、15.95%和13.58%。

圖1顯示：濕篩后各土層土壤團(tuán)聚體均以粒徑＜0.25 mm占比最大。隨著土層深度增加，粒徑＞5.00和2.00～5.00 mm團(tuán)聚體所占比例減小，粒徑0.25～0.50和＜0.25 mm團(tuán)聚體占比增大。未燒除樣地0～10、10～20和20～40 cm土層土壤粒徑＞2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量分別為29.17%、18.57%和16.01%，計(jì)劃燒除樣地為19.79%、16.80%和12.82%。表明計(jì)劃燒除后林地內(nèi)土壤0～40 cm土層粒徑＞2.00 mm土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量增加，水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量減少，40～60 cm土層各粒級(jí)團(tuán)聚體含量無(wú)明顯變化。

圖1 土壤團(tuán)聚體分布特征Figure 1 Distribution characteristics of soil aggregates

2.1.2 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響 在團(tuán)聚體組分特征的基礎(chǔ)上，平均質(zhì)量直徑和平均幾何直徑也是評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體大小和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)平均質(zhì)量直徑和平均幾何直徑越大，土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越好[23]。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征見(jiàn)表1。

表1 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征Table 1 Soil gathering body stability characteristics

表1表明：隨著土層深度增加，平均質(zhì)量直徑和平均幾何直徑逐漸減小。干篩處理下，計(jì)劃燒除使0～40 cm土層平均質(zhì)量直徑和0～10 cm土層平均幾何直徑顯著增大(P＜0.05)，40～60 cm土層平均質(zhì)量直徑和平均幾何直徑無(wú)顯著變化。而濕篩處理下，計(jì)劃燒除使0～40 cm土層平均質(zhì)量直徑和0～10 cm土層平均幾何直徑顯著減小(P＜0.05)，40～60 cm土層平均質(zhì)量直徑和平均幾何直徑無(wú)顯著差異，說(shuō)明計(jì)劃燒除使土壤團(tuán)聚度降低，土體結(jié)構(gòu)遇水穩(wěn)定性減弱。

2.1.3 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率的影響 團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率是表征土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率越小，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，抗侵蝕能力越好。土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率及抗蝕指數(shù)見(jiàn)表2。

表2表明：計(jì)劃燒除后0～10 cm土層團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率顯著增大(P＜0.05)，40～60 cm土層團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率無(wú)顯著差異。采用靜水崩解法，能較為直觀地分析土壤抗水蝕的能力大小?；馃?，0～20 cm土層抗蝕指數(shù)顯著減小(P＜0.05)，隨土層深度的增加，土粒抵御靜水崩解的能力有減弱的趨勢(shì)，但在40～60 cm土層基本無(wú)影響?；馃罅謨?nèi)植被覆蓋度降低，使土壤性質(zhì)和功能發(fā)生變化，土壤團(tuán)聚體遇水更容易崩散，表層團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率顯著增大。可見(jiàn)計(jì)劃燒除使土壤表層抗蝕性減小，隨著土層深度的增加這種影響逐漸變小。

表2 土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率及抗蝕指數(shù)Table 2 Destruction rate and corrosion index of soil cluster structure

2.2 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林土壤抗沖性的影響

2.2.1 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林凋落物蓄積量及持水性能的影響 林下凋落物的覆蓋能很大程度地減緩降雨對(duì)土壤的沖刷。計(jì)劃燒除后林下草本植物以及地表凋落物全部化為灰燼，灌木生長(zhǎng)受到影響，地表裸露面積增加。本研究對(duì)多年連續(xù)計(jì)劃燒除后地表凋落物蓄積量及持水性能進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 凋落物蓄積量及持水性能Table 3 Destiny storage volume and water holding performance

由表3可以看出：經(jīng)多年連續(xù)計(jì)劃燒除后，林內(nèi)地表蓄積量?jī)H為3.82 t·hm?2，未進(jìn)行計(jì)劃燒除的對(duì)照樣地地表蓄積量為9.35 t·hm?2，是計(jì)劃燒除樣地的2.45倍。凋落物組分變化導(dǎo)致凋落物層持水性能也隨之改變，未燒除樣地最大持水率、最大攔蓄率、有效攔蓄率均高于計(jì)劃燒除樣地，分別是計(jì)劃燒除樣地的1.47、1.90和2.15倍；分層來(lái)看，2種樣地類型半分解層蓄積量均低于未分解層，但半分解層最大持水率、最大攔蓄率、有效攔蓄率均高于未分解層。表明計(jì)劃燒除后凋落物蓄積量顯著減少，持水能力下降。

2.2.2 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林根系分布的影響 在土壤表層，植物根系分布較廣，主要來(lái)源于灌木和草本植物。計(jì)劃燒除后土壤根長(zhǎng)密度及生物量見(jiàn)表4。表4表明：在表層土壤根系分布中，計(jì)劃燒除和未燒除樣地＜0.50 mm徑級(jí)的根生物量及根長(zhǎng)密度均大于＞2.00、0.50～2.00 mm徑級(jí)，均以＜0.50 mm徑級(jí)根系為主。計(jì)劃燒除后林地＜0.50 mm根系占總生物量百分比顯著降低(P＜0.05)?？梢?jiàn)低強(qiáng)度地表火對(duì)細(xì)根影響較大，一些較粗根系能抵御低強(qiáng)度火燒或在火燒后逐漸恢復(fù)生長(zhǎng)。

表4 根長(zhǎng)密度及生物量Table 4 Root long density and biomass

2.2.3 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林土壤抗沖性的影響 細(xì)根在土壤纏繞固結(jié)方面發(fā)揮重要作用。林火干擾后大量細(xì)根燒毀，土壤抗沖性能變化。對(duì)燒除前后泥沙流失量及抗沖系數(shù)進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn)：隨著沖刷時(shí)間的延長(zhǎng)，計(jì)劃燒除和未燒除樣地含沙量總體上呈下降趨勢(shì)；沖刷過(guò)程前3 min，計(jì)劃燒除樣地產(chǎn)沙量較大，計(jì)劃燒除樣地產(chǎn)沙量顯著大于未燒除樣地(P＜0.05)；3 min后的沖刷產(chǎn)沙量均處于低水平平穩(wěn)狀態(tài)，無(wú)顯著差異；燒除前后抗沖系數(shù)也有顯著差異(P＜0.05)，未燒除樣地抗沖系數(shù)是計(jì)劃燒除樣地的4.09倍，表明多年連續(xù)計(jì)劃火燒使土壤抗沖性能顯著降低。

表5 計(jì)劃燒除前后泥沙流失量及抗沖系數(shù)t檢驗(yàn)Table 5 Detection of sediment loss and impact coefficient t test before and after planning

林下凋落物的覆蓋度和土壤內(nèi)植物根系分布狀況與土壤抗沖性能密切相關(guān)，土壤抗沖性與凋落物及根系參數(shù)相關(guān)性見(jiàn)表6。由表6可知：土壤抗沖系數(shù)與凋落物和根系指標(biāo)均呈正相關(guān)關(guān)系，其中土壤抗沖系數(shù)與凋落物蓄積量、最大持水率、最大攔蓄率、有效攔蓄率、根長(zhǎng)密度、根系生物量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，與自然含水率呈顯著正相關(guān) (P＜0.05)。因此，林內(nèi)凋落物蓄積量越大，水分含量越高，越能有效減少地表徑流的產(chǎn)生，減輕降雨對(duì)土壤的直接侵蝕。同時(shí)植被根系在土壤中交錯(cuò)穿插，夠顯著提髙土壤的抗沖性能，減少水土流失。長(zhǎng)期計(jì)劃燒除使凋落物無(wú)法蓄積，根系損毀，是導(dǎo)致抗沖性能大幅下降的主要原因。

表6 土壤抗沖系數(shù)與凋落物及根系參數(shù)相關(guān)性Table 6 Correlation between soil anti-rinse coefficients and litter and root parameters

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林土壤抗蝕性影響分析 土壤團(tuán)聚體是土壤的基本結(jié)構(gòu)單位，對(duì)維持土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有重要作用，是評(píng)價(jià)土壤抗蝕性的指標(biāo)。林火干擾后，燃燒剩余灰燼堵塞土壤孔隙，從而增加土壤大團(tuán)聚體。本研究顯示：土壤表層粒徑＞2.00 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體增加，這與前人研究結(jié)果一致[24]。地表覆蓋物的攔蓄作用以及植物根系的膠結(jié)作用能有效減緩降雨雨滴擊濺造成的土壤侵蝕，提高水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，增強(qiáng)土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少土壤侵蝕。火燒后地表裸露，不利于大團(tuán)聚體的形成，土壤抗蝕性能受到影響。不同火燒強(qiáng)度對(duì)土壤抗蝕性的影響不相同。大部分研究認(rèn)為：林火干擾對(duì)多種林型的影響趨勢(shì)基本一致，火燒后表層凋落物和植物細(xì)根被燒毀，土壤黏粒、粉粒結(jié)構(gòu)減少，同時(shí)土壤微生物活動(dòng)受到抑制，有機(jī)質(zhì)含量減少，不利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。隨著火燒強(qiáng)度增加，土壤的抗蝕性下降[25?26]。也有研究認(rèn)為：只有高強(qiáng)度的火燒才會(huì)使土壤團(tuán)聚體破壞嚴(yán)重，中低強(qiáng)度火干擾對(duì)土壤團(tuán)聚體影響不大，還能使土壤團(tuán)聚體周圍形成一層疏水薄膜，減緩?fù)寥赖臐?rùn)濕速率，提高土壤團(tuán)聚體的抗水蝕能力[27]。本研究顯示：在進(jìn)行周期性計(jì)劃燒除后，雖是低強(qiáng)度的地表火，但土壤表層水穩(wěn)性團(tuán)聚體減少，團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率增大，隨著土層深度的增加，影響逐漸減弱，這可能與火燒的頻率有關(guān)。已有報(bào)道顯示：低強(qiáng)度火燒形成的隔水層在2 a后消失[28]。在本研究中長(zhǎng)期的林火干擾可能不利于土壤疏水層的形成，并且使土壤的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，再加上表層土壤失去凋落物的攔蓄作用，降雨發(fā)生時(shí)土壤更易遭到侵蝕。

3.1.2 計(jì)劃燒除對(duì)云南松林土壤抗沖性影響分析 土壤抗沖性變化是多種因素共同作用的結(jié)果。林下凋落物對(duì)土壤抗沖性的影響分為直接和間接2個(gè)部分：直接影響是凋落物層通過(guò)對(duì)降雨的截持來(lái)減輕降雨動(dòng)能對(duì)土壤的侵蝕，間接影響是凋落物在分解過(guò)程中，微生物活性增強(qiáng)，產(chǎn)生大量有機(jī)質(zhì)及膠結(jié)物質(zhì)增強(qiáng)土體穩(wěn)定性，通過(guò)改良土壤質(zhì)地來(lái)減緩水流對(duì)土壤的沖刷作用[29?30]。眾多研究表明：土壤凋落物覆蓋下土壤容重和土壤孔隙度降低[31]，土壤水文性質(zhì)得到有效改良，輸沙能力隨凋落物蓄積量增加而遞減[32]，且凋落物半分解層的水土保持與水源涵養(yǎng)功能優(yōu)于未分解層。本研究顯示：周期性計(jì)劃燒除將林地內(nèi)凋落物燒毀，短期內(nèi)無(wú)法大量蓄積，同時(shí)火燒后土壤微生物活動(dòng)受到抑制，不利于凋落物分解及養(yǎng)分歸還，凋落物層稀松，導(dǎo)致計(jì)劃燒除樣地地表大面積裸露，難以抵御降雨和水流的直接沖擊與破壞，抗沖系數(shù)顯著增大。這與陳璐等[33]對(duì)大興安嶺火燒跡地土壤抗沖性研究結(jié)果基本一致。根系通過(guò)對(duì)土壤的覆蓋與固持，能有效防止土粒崩散，增強(qiáng)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善土壤理化性質(zhì)，抑制水土流失[34?35]，對(duì)土壤抗沖性有重要的積極作用。研究表明：林火干擾后，淺層土壤中的細(xì)根系燃燒殆盡，部分粗根系也因林火高溫難以存活，無(wú)法起到固結(jié)土壤的作用，特別是重度火燒跡地由于林地裸露和雨水沖擊，土壤形成抗水層，表面板結(jié)，孔隙度和滲透率降低，土壤結(jié)構(gòu)嚴(yán)重退化，土壤物理性質(zhì)受到長(zhǎng)期影響[36]。也有研究認(rèn)為：死亡的根系腐化會(huì)產(chǎn)生大量的膠結(jié)物質(zhì)，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，增強(qiáng)土壤的抗侵蝕能力[37]。本研究發(fā)現(xiàn)：與高強(qiáng)度森林火災(zāi)不同，計(jì)劃燒除只將地表凋落物、草本植物及部分灌木燒毀，對(duì)云南松生長(zhǎng)影響不大。低強(qiáng)度火燒后細(xì)根和部分粗根系被燒毀，但仍有一部分存活根系和新生根系，對(duì)土壤仍然起著一定的固持作用。本研究是在2021年年度計(jì)劃燒除結(jié)束半年后采樣，部分灌木和草本植物恢復(fù)生長(zhǎng)，在一定程度上減輕了火燒對(duì)土壤抗沖性的影響。但長(zhǎng)期林火干擾使林內(nèi)灌草覆蓋度遠(yuǎn)低于未燒除樣地，地表裸露面積增加，土壤中根系含量減少，根系間網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)、根土黏結(jié)和生物化學(xué)作用減弱，微生物對(duì)燒死根系分解速率減緩，可能使其無(wú)法產(chǎn)生膠結(jié)物質(zhì)。同時(shí)，計(jì)劃燒除導(dǎo)致降雨發(fā)生時(shí)雨水與土壤直接接觸，土壤抗水蝕能力下降，大量表層土壤易被沖走，存在土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 結(jié)論

在云南松林地內(nèi)開展周期性計(jì)劃燒除后，大量燃燒剩余灰燼堵塞土壤孔隙，使土壤變得緊實(shí)。干篩處理下，計(jì)劃燒除樣地粒徑＞2.00 mm團(tuán)聚體高于未燒除樣地，團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑、團(tuán)聚體平均幾何直徑也顯著增大；濕篩處理下，計(jì)劃燒除樣地粒徑＜0.25 mm團(tuán)聚體較未燒除樣地有所增加，團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑、團(tuán)聚體平均幾何直徑、土壤抗蝕指數(shù)均顯著低于未燒除樣地，土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率增大，土壤抗水蝕性能減弱。隨著土層深度的增加，火干擾對(duì)土壤抗蝕性的影響逐漸減弱，對(duì)深層土壤基本無(wú)影響。

高頻率、低強(qiáng)度的地表火對(duì)林地內(nèi)凋落物和植被根系有一定的影響，地表凋落物持水性能減弱，土壤中根系減少，土壤失去凋落物的覆蓋和植被根系的固持作用，土壤抗沖性能顯著低于未燒除樣地。