林火对土壤理化性质影响综述.docx

文章编号: 1006 5091( 2014) 04 0041 03林火对土壤理化性质影响综述 栾兆平王洪杰( 国家林业局大兴安岭林业调查规划设计院，黑龙江 加格达奇 165000)摘 要: 林火是森林的重要干扰因子之一。在林火发生、发展过程中森林土壤的理化性质会产生变化，并且这种变化会随着林火严重程度的不同产生或增或减的趋势。综述了国内外大 量关于林火对森林土壤的研究报道或成果，将对林业生产及林火管理工作起到一定的借鉴或 指导作用。关键词: 林火; 森林土壤; 理化性质中图分类号: X 954DOI:10.13280/ki.fls.2014.0036文献标识码: Aeview of the Effect of Forest Fires on the Physical andChemical Properties of SoilLUAN Zhao ping，WANG Hong jie( Daxinganling Forestry Survey and Planning Design Institute，Jiagedaqi Heilongjiang 165000，China)Abstract: Forest fire is one of important factors that affect forests During the occurrence anddevelopment process，the physical and chemical properties of forest soil undergo changes and such changes show an upward or downward trend，depending on the severity of forest fires A lot of research reports and achievements about the effect of forest fires on forest soil are reviewed，which is of certain reference or guidance for forestry production and forest fire management workKey words: forest fire; forest fire soil林火把复杂的有机物转化为简单的无机物，与土壤进行化 学 反 应，进 而 影 响土壤肥力和酸碱性。 本文将国 内外对土壤受火烧影响的研 究 情 况 做 综合叙述，可以为今后相关研究提供参考。林火对土壤的物理性质和化学性 质 都 会 产生巨大的影响，这些影响与可燃物类型、火强度、 火烧持续时间、土壤类型、当地气象条件、立地条 件以及火 烧之后植被的恢复情况等都 有 密 切 的关系1。林火对土壤的影响主 要表现为物理和 化学性 质 两 个 方 面，物 理 性质主要包括土壤结 构、含水量、紧 实 度、土 壤 温 度 等，这 些 物 理 性 质 受火烧的影响很大; 土壤化学性质受影响主要是1林火对土壤物理性质的影响1. 1林火对土壤含水率、结构的影响土壤含水率是土壤肥力的主要影响因素，土收稿日期: 2014 10 23第一作者简介: 栾兆平( 1977 ) 男，工程师，从事森林资源调查与规划等工作。安全防火林 业 劳动 安 全第 27 卷 第 4 期42壤热量传递直接受土壤 含 水 率 的 制 约。众 多 研究表明，重度火烧会使土壤含水率急剧下降而形 成板结 2。火烧会使森林出现大小、形状不一的裸露斑块，这些斑块由于 受到阳光直接照射，在 草木灰的作 用 下，土 壤 变 黑，导致地表吸收热量 大幅增加，使林内土壤温 度 提 高，经 雨 水 冲 刷 后形成的团粒土壤也会把土壤孔隙堵塞，使土壤透 气性降低，最终导致土壤含水率迅速降低。除含 水率，土壤表层的腐殖质层和枯枝落叶层也会使土壤保持良好的营养成分 3。大量研究表明，土壤的结构不 会 直 接 受 轻、中 度 火 烧 影 响，轻 度 火 烧会促进土壤养分循环，但土壤的各方面指标均 会受重度火烧的影响。森林一经重度火烧，过火 后的林地土壤根系、有机质、微生物、原生动物等 多数被烧死，雨水冲刷后可使无机土壤层暴露在 外面，土壤团粒结构就会分散，使土壤孔隙堵塞， 土壤即会产生板结。1. 2 林火对土壤温度的影响天气、可燃物数量和种类、土 壤 类 型 及 含 水 率、火烧延 续 时 间、火 烧 强 度等因素均可以导致 林火对森林土壤热量的影响。上层传递的热量决定了含水率 40% 120% 的腐殖质层的燃烧程度。土壤深度 0 5cm 之间 的土层温度是林火的主要影响范围，重度火烧之后，枯枝落叶层温度最高可达 500 ，土层 1cm 深 处土温 250 ，土 层 2cm 深 处 土 温 150 ，土层 5cm 深 处 土 温 50 4。20 世 纪 70 年 代Wellestal 提出过通过研究枯枝落叶烧失状况和土 壤裸露状况估算土温的方法。在轻火烧之后，地表温度处于 100 200 之 间，土 层 1 2cm 深 处 土 温 100 。中 火 烧 之 后，地表温度 处 于 300 400 之 间，土 层 下 1cm深处土温处于 200 300 之间; 3cm 深处土温处 于 60 80 之间; 5cm 深处土温处于 40 50 之 间。严重 火 烧 之 后，地 温 将 升 至 500 750 ，土 层下 2cm 深处土温处于 350 450 之间; 3cm 深处土温 处 于 150 300 之 间; 5cm 深 处 土 温 100 。而即使高强度的火烧在对其土温的影响 也是微乎其微 5。2 火烧对土壤化学性质的影响2. 1土壤 pH 值火烧后土壤 pH 值增加，pH 值的增加幅度决定于火烧前可燃物的负 荷 量、火 的 强 度、原 来 土壤的 pH 值和降水量等指标。具有较大负荷量可 燃物的北美针叶林采伐迹地，在遭受高强度火烧后，土壤 pH 值范围由原来的 5 6 增 至 7 以 上。在遭受严重 的 火 烧 之 后，pH 值的增加趋势将延 续若干年，瑞士火烧林地的 pH 值会比邻近 火 烧 对照地 pH 值高，并且这种增高将持续达 25 年之久。每年都会对美国南卡 莱罗州火炬松林进行 火烧，林地土壤 pH 值 2 0 年后变化值处于 4. 2 4. 6 之间，但发生频率在 4 5 年之间的火烧对土6壤 pH 值无 任 何 影 响 。一 般 而 言，较 低 强 度 火烧基本不会引起土壤 pH 值大幅度增加。法国南 部计划火烧的大量研究显示，土壤 pH 值较 火 烧 前没有显著差异。通常情况下，表层下 15 20cm 的深度土壤 pH 值会受到火烧影响。在林地遭受火烧后，一般情况下，土壤 pH 值 都有增加趋势，这是由于有机质遭受火烧而释放 出大量 碱金属离子和碱 金 属，继而使林地土壤 pH 值增加。有 关 研 究 表 明，林地经严重火烧之 后，有机质释放出的数量较大的游离碱金属离子和碱金属将使土壤 pH 值明显增大，裸露的 林 地 在遇有降雨 时，将 产 生 水 土 流 失，阳 离 子 也 随 之 流失，大大加大了有机质矿化速度，pH 值只能维 持若干个月至一年。当地的实际情况决定了 pH值连续增加的时间，所处的区域不同，pH 值上升 的持续时间也不同。2. 2土壤有机质火烧持续 时间和强度决定着土壤有机质的 损失状况。森林经高强度火烧，林地土壤有机质基本全 部 遭 到 破 坏，从 而 改变土壤理化及生物 过程。大量研究发现，经高强度火烧的林地土壤有机层几乎全部 被 破 坏，土 温 升 高，甚 至 有 80%98% 的土壤有机质被破坏掉。强度不同的火烧 会使土壤有机质有不同程度的破坏，强度较低的 火烧会使少部分的有机质烧毁，土壤肥力及结构2014 年 11 月林火对土壤理化性质影响综述43受到影响不大，但是林地遭受强度较高火烧即会使土壤有机 质 减 少 2 4t / hm2 ; Khare 在 20 世 纪80 年代对柚木林表土热效应研究表明，土壤温度 升高至 100 时，土壤有机质将下降 12. 16% ，土 壤温度升高 至 600 ，土 壤 的 有 机质含量变为原 来的 1 /3，同时在阿拉斯 加 对 黑 云 杉 林、白 云 杉 林、颤杨林和纸皮桦林遭受林火后土壤化学性质 变化的研究中 发 现，白 云 杉、黑 云 杉 林 地 C / N 下 降较显著，可 见，火 烧 迹 地 土壤有机质变化状况 与树种组成 紧 密 相 关，林 种 不 同，土 壤 有 机 质 的 变化幅度也不同。从而可知，轻火烧可使土壤有 机质增多，土壤肥力得到 提 高，然而一旦发生重 度火烧，土壤就会遭到严重破坏。增长 50% 300% 、钙含量增长 10% 100% 、镁含量增 长 15% 40% 、钾 含 量 增 长 6% 80% 。经火烧后的常绿阔叶混交林灌丛，土 壤 深 度 0 5cm 中，速效磷、镁含量随火烧温度升高而增加。 相关研究表明，在火烧后土壤中的速效钾含 量有所增加。火烧后初期，北美矮灌林土壤中钾 含量 可 增 至 43kg / hm2 ，可交换钾提高到原 来 的1. 5 倍，然而，这种含量增加的 连续时间却很短， 经过若干个月又恢复到 火 烧 前 的 含 量。还 有 些 研究显示，土壤中的全钾含量经火烧后有下降的 趋势，也许 与钾具有低挥 发 性 相 关，若 土 壤 温 度 超过 500 ，钾即发生大量挥发。研究表明，土壤 中钙和镁含量经火烧之后有增加的趋势。2. 3养分循环众多 研 究 发 现，火 烧 强 度、土 壤 温 度 决 定 了3结束语氮素损失程度，在强度低火烧后氮素的减少程度森林土壤作为森林环境重要的因子，其受林火干扰而 引起的变化一直是科学工作 者 的 研 究 热点。本文结合国内外学 者的大量研究综述了 林火对土壤理化性质两个方面的影响，土壤含水 率和结构、土壤温度、土壤 pH 值、土壤有机质、养 分循环等 在不同程度火烧前后理化性 质 均 产 生 了有益或者 有 害 的 变 化，因 此，林业生产和森林 防火等工 作应积极利用林火对森林环 境 的 有 益 干扰作用，同时降低林火 的不利因素影响，本 文 将在此方面起到一定的借鉴和指导作用。很低; 强度中等的火烧 将使氮的损失达 11%38% ; 强度高的火烧将使氮素的损失达 72%99% 。有效氮的含量也会受到火烧的影响，20 世纪 80 年代 Peter 的研究表明，未经过火烧的林地 有效氮含 量 明 显 低 于经火烧的林地; alph E J 等在相关研究中曾指出，重度火烧后土壤中的氮 挥发致使氮损失通常为 1kg / hm2 ，T H Deluca 等 也在同时期发现，计划火烧后的林地土壤中氮素 含量增加明显。土壤中磷、钾、镁、钙受火烧的影响也非常显 著，轻度火烧后，磷、钾、镁、钙的含量均会有不同 程度的增加，但 是 重 度 火 烧 之 后，土 壤 中 的 这 些 元素含量下 降 明 显，磷、钾、镁、钙的变化情况与 可燃物的类型、火烧强度相关。地被物等可燃物 在遭到 火 烧 之 后，磷 形 成 细灰颗粒从而损失较 重，美国南方松林区稀树 草原在经受火烧之后， 地表甚至有 46% 的全磷遭受损失。但 是 火 烧 后 土壤速效磷含量却是增大的，计划火烧后的美国 西部黄松林林地，土壤中有效磷含量增加到原来 的 32 倍之多。研究显示，计划中度火烧将引起磷、钾、镁轻 微增加，钙损失为 22kg / km2 ; 有关研究表明，处于 亚热带的采伐地经火烧清理后，由于土壤表层留 有灰分，土壤肥力得到提高，0 25cm 土层磷含量参考文献:1李景文 森林生态学，中国林业出版社，19902 Daniel G Neary Fire effects on belowground sustainability: a review andsynthesis Forest Ecology and Management 122 ( 1999) 3胡海清 我国森林燃烧性研究综述 森林防火，19864D D Wade Thing Young Lobolly Pine Stands With Fire Internationa