火燒對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

杜 君,劉永志,高明亮,楊立賓,吳 松

(1.黑龍江呼中國家級(jí)自然保護(hù)區(qū),黑龍江 大興安嶺 165100; 2.黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所,哈爾濱 150040; 3.黑龍江省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究院,哈爾濱 150028)

0 引言

土壤是一個(gè)高度復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),是植物生長的基礎(chǔ),為其提供必要的養(yǎng)分。土壤也是微生物的棲息地,為其提供適宜的環(huán)境及保護(hù)[1-3]。植物和微生物對(duì)土壤具有顯著的影響,可改變土壤物理與化學(xué)特性,其相互作用與反饋形成了一個(gè)復(fù)雜、相互依賴的生態(tài)循環(huán)[4-5]?；馂?zāi)作為外部干擾因素,增加了土壤系統(tǒng)的復(fù)雜性[6]。火災(zāi)程度及持續(xù)時(shí)間不同[7],可能會(huì)對(duì)土壤系統(tǒng)產(chǎn)生有害影響,也可能起到積極作用,故需從多個(gè)角度深入研究火災(zāi)對(duì)土壤系統(tǒng)的影響包括火災(zāi)后土壤濕度及溫度等物理特性的變化、土壤微生物種類及數(shù)量變化、土壤有機(jī)碳成分的改變及土壤微生物活性的變化。這些變化及相互作用共同調(diào)節(jié)土壤系統(tǒng)的恢復(fù)過程[8-10]。

為了更好地理解火災(zāi)對(duì)土壤系統(tǒng)的影響,著重分析了火災(zāi)對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響,包括土壤含水量等?；馂?zāi)對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響,包括pH值、有機(jī)質(zhì)含量與成分及養(yǎng)分的有效性,以幫助人們更全面地了解火災(zāi)對(duì)土壤系統(tǒng)的影響機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

呼中國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于中國東北地區(qū),是我國最大的寒溫帶針葉林生態(tài)系統(tǒng),屬大陸性季風(fēng)氣候,平均氣溫-2 ℃～5.5 ℃,最低氣溫可達(dá)-52.3 ℃,年平均降水量480 mm,降雨期多集中在7—8月,約占全年降水量的50%～60%,無霜期130 d左右,平均海拔600～800 m[11-12]。研究區(qū)位于呼中國家級(jí)自然保護(hù)區(qū),研究樣地選擇地勢(shì)平坦、未受到人為活動(dòng)干擾及植被恢復(fù)完整的火燒跡地。

1.2 樣地布設(shè)

選擇2010年發(fā)生林火的區(qū)域,根據(jù)火災(zāi)程度劃分為輕度(L)、中度(M)、重度(H)火災(zāi)跡地。選擇與火災(zāi)跡地毗鄰的、具有相同林分類型且未受到火災(zāi)干擾的區(qū)域作為對(duì)照樣地。在3種不同火災(zāi)強(qiáng)度的火災(zāi)跡地及各自對(duì)照區(qū)域內(nèi)分別設(shè)置3塊標(biāo)準(zhǔn)樣地,總計(jì)12塊樣地,每塊樣地面積為20 m×20 m,對(duì)不同火災(zāi)影響程度下進(jìn)行詳盡數(shù)據(jù)收集及土壤研究。

1.3 土壤樣品采集與實(shí)驗(yàn)方法

采用五點(diǎn)取樣法在每個(gè)樣地采集去除腐殖質(zhì)后0～10 cm的土壤后混樣,混合均勻后過2 mm篩,去除植物根系、石頭等,裝入密封無菌袋中,放入冰袋盒中帶回實(shí)驗(yàn)室,用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定。

1.4 土壤理化性質(zhì)分析

土壤微生物量碳(MBC)采用碳氮分析儀法測(cè)定,土壤pH值采用電位法,土壤含水率(MC)采用烘干法測(cè)定,土壤速效鉀(AK)采用乙酸銨浸提火焰光度計(jì)法測(cè)定,利用Elementarvario ELIII(德國)自動(dòng)碳氮分析儀測(cè)定土壤有機(jī)碳(SOC)、總氮(TN)含量,土壤速效磷(AP)采用鉬銻抗比色法測(cè)定,土壤堿解氮(AN)采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定[13-15]。

2 結(jié)果

與對(duì)照組相比,火燒跡地的土壤理化性質(zhì)發(fā)生了顯著變化(P<0.05)(圖1)。火燒跡地的土壤MBC和SOC與對(duì)照組相比顯著升高后降低,火燒組之間分別是M組和L組最高且與其他兩組具有顯著差異(P<0.05)?；馃E地的土壤MC與對(duì)照組相比顯著升高,火燒組之間H組最高且與其他兩組具有顯著差異(P<0.05)?；馃E地的土壤AK與對(duì)照組相比顯著降低,火燒組之間L組最高且與其他兩組具有顯著差異(P<0.05)?；馃E地的土壤AP與對(duì)照組相比顯著升高,火燒組之間L組最高且與其他兩組具有顯著差異(P<0.05)。

3 討論

林火過后會(huì)對(duì)森林土壤的理化性質(zhì)指標(biāo)變化產(chǎn)生一定的影響,如森林土壤含水率pH值、有機(jī)碳等[16]。研究結(jié)果顯示,不同火燒強(qiáng)度間土壤理化性質(zhì)具有顯著差異(圖1)。MBC和SOC隨火燒程度增加出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì),這與文獻(xiàn)[17-18]報(bào)道一致,這可能是因?yàn)橹休p度火燒會(huì)增加土壤溫度,促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng),加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解過程[19]。而在重度火燒下高溫使表層土壤SOC受熱分解,導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)輸入的減少,從而降低SOC含量。隨著林火強(qiáng)度的增大,火從干擾變成破壞因素,植物根系發(fā)生凋亡,導(dǎo)致菌根消失,減少了土壤MBC,使得SOC以氣態(tài)形式損耗[20]。

在低強(qiáng)度的林火發(fā)生后,由于地表植被和枯落物被燒毀,地表裸露,這增加了外界對(duì)土壤的侵蝕作用。土壤表面開始發(fā)生風(fēng)化,在雨水沖刷下出現(xiàn)磨損,導(dǎo)致土壤中速效鉀(AK)含量明顯降低[21]。這一研究結(jié)果與文獻(xiàn)[22]的研究結(jié)果一致。但中度火燒與重度火燒之間的土壤AK含量沒有顯著差異,這可能是因?yàn)樵诨馂?zāi)過程中大部分鉀元素已經(jīng)通過顆粒物或非顆粒物的流失而損失,故土壤中沒有足夠的AK可以釋放[23]。

火燒跡地的土壤速效磷(AP)含量均上升,這與文獻(xiàn)[24]的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)榱只饘?dǎo)致部分有機(jī)磷化合物被轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷并進(jìn)入土壤,從而對(duì)土壤產(chǎn)生積極影響[25-26]。

土壤水分含量(MC)顯著增加,這與Hart等的研究結(jié)果相反[27-28]。這種差異可能是因?yàn)榛馂?zāi)后大片樹木倒伏,大量植物死亡,減少了植物蒸騰及樹冠對(duì)雨水的截留[29],隨著倒木的分解,倒木密度減小,孔隙度增大,故土壤吸水能力增強(qiáng),導(dǎo)致土壤水分含量上升[30]。