全 文 ：林业科学研究　２０１６，２９（２）：３０１ ３０５
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ
　　文章编号：１００１１４９８（２０１６）０２０３０１０５
火烧对北亚热带杉木林土壤有机碳的影响
赵志霞１，李正才１，周君刚２，程彩芳１，赵睿宇１，孙娇娇２
（１．中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江 杭州　３１１４００；２．浙江省杭州市富阳区农林局，浙江 杭州　３１１４００）
收稿日期：２０１５０８２４
基金项目：浙江省重点科技创新团队项目（２０１０Ｒ５００３０）；浙江省自然科学基金项目（ＬＹ１２Ｃ０３０１２）；“十二五”国家科技支撑计划项目
（２０１２ＢＡＣ１３Ｂ０２）
作者简介：赵志霞（１９９０—），女，河南新乡人，硕士研究生，主要从事森林生态系统结构与功能研究．
 通讯作者：李正才，副研究员，博士，主要从事森林碳循环研究．Ｅｍａｉｌ：ｌｉｚｃｃａｆ＠１２６．ｃｏｍ
关键词：杉木；火烧；土壤有机碳储量；土壤活性有机碳；土壤养分
中图分类号：Ｓ７９１２７ 文献标识码：Ａ
ＥｆｅｃｔｓｏｆＦｉｒｅｏｎＳｏｉｌＯｒｇａｎｉｃＣａｒｂｏｎｏｆＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａ
ＳｔａｎｄｓｉｎＮｏｒｔｈＳｕｂｔｒｏｐｉｃａｌＡｒｅａ
ＺＨＡＯＺｈｉｘｉａ１，ＬＩＺｈｅｎｇｃａｉ１，ＺＨＯＵＪｕｎｇａｎｇ２，ＣＨＥＮＧＣａｉｆａｎｇ１，ＺＨＡＯＲｕｉｙｕ１，ＳＵＮＪｉａｏｊｉａｏ２
（１．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｕｂｔｒｏｐｉｃａｌＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１１４００，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ；
２．ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙＢｕｒｅａｕｏｆＦｕｙａｎｇＤｉｓｔｒｉｃｔｏｆＨａｎｇｚｈｏｕＣｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１１４００，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：［Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ］Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｅｃｔｏｆｂｕｒｎｉｎｇｏｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｐｏｓｔｆｉｒｅ
ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．［Ｍｅｔｈｏｄ］ＴｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｐｏｓｔｆｉｒｅＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ
ｌａｎｃｅｏｌａｔａｓｔａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｓｏｉｌｄｅｐｔｈｏｆ０ ５０ｃｍｉｎｎｏｒｔｈｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌａｒｅａｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．［Ｒｅｓｕｌｔ］Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆ
ｓｏｉｌｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＴＯＣ），ｅａｓｉｌｙｏｘｉｄｉｚｅｄｃａｒｂｏｎ（ＥＯＣ）ａｎｄｌｉｇｈｔｆｒａｃｔｉｏｎｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＬＦＯＭ）ｗｅｒｅ
ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｃｏｎｔｒａｓｔｓａｍｐｌｅａｒｅａ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１．７％ ３８．０％、６．６％ ３３．２％ ａｎｄ３．１％
４５７％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄｉｎｔｈｅｓｏｉｌｌａｙｅｒｗｉｔｈｄｅｐｔｈｏｆ０ １０ｃｍａｎｄ１０ ２０ｃｍ
（Ｐ＜０．０１）．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｓａｍｐｌｅａｒｅａ，ｔｈｅｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅｉｎｔｈｅｌａｙｅｒｗｉｔｈｄｅｐｔｈｏｆ０ ５０ｃｍ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１９．１％ ｏｎｅｙｅａｒａｆｔｅｒｂｕｒｎｉｎｇ．ＴｈｅＴＯＣ，ＥＯＣａｎｄＬＦＯＭｗｅｒｅａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｏｉｌｎｕ
ｔｒｉｅｎｔｓ（ｔｏｔａｌＮ，ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅＮａｎｄａｖａｉｌａｂｌｅＫ）．Ａｆｔｅｒｂｕｒｎｉｎｇ，ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＴＯＣ，ＥＯＣａｎｄＬＦＯＭｗｅｒｅｍａｉｎ
ｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｏｉｌａｎｄｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ９．２２ｇ·ｋｇ－１ｉｎ０ １０ｃｍｌａｙ
ｅｒ．［Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ］ＭｏｄｅｒａｔｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｂｕｒｎｉｎｇｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎｔｈｅｓｏｉｌｏｆＣ．ｌａｎｃｅｏｌａｔａ
ｓｔａｎｄｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌａｒｅａ．Ｍｏｄｅｒａｔｅｂｕｒｎｉｎｇｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｓｏｉｌｃａｎｍｉｘ
ｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｒｅｓｉｄｕｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｌａｙｅｒ．Ｒｅｐｌａｎｔｉｎｇｉｎｔｈｅｂｕｒｎｅｄａｒｅａｃｏｕｌｄｂｅａ
ｄｏｐｔｅｄｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａ；ｆｏｒｅｓｔｆｉｒｅ；ｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅ；ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ；ｓｏｉｌｎｕｔｒｉｅｎｔ
林火作为森林生态系统中最活跃的因子之一，
通过直接燃烧损失、有机质高温变性、继发性侵蚀作
用，以及改变碳的输入、输出过程而改变土壤碳
库［１］，进而影响和改变整个系统的碳循环和碳分布
格局［２］。据统计，森林火灾每年向大气中释放的碳
量相当于化石燃料燃烧的７０％［３］。
林火对土壤的影响与土壤自身特性、林火的严
重程度、可燃物类型等多种因素相关，不同学者研究
结果差异较大［４］，且大多数集中在火灾对森林土壤
理化性质的影响［５－６］和土壤养分的影响［７］；此外也
林　业　科　学　研　究 第２９卷
有学者研究不同火烧强度对土壤轻组和重组有机碳
的 影 响［２，８］。 杉 木 （Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ ｌａｎｃｅｏｌａｔａ
（Ｌａｍｂ．）Ｈｏｏｋ．）是我国南方优势树种，关于突发性
中强度地表火对杉木林土壤有机碳及土壤活性有机
碳的影响研究报道较少。２０１３年８月，浙江富阳状
元坞山发生突发性森林火灾，过火面积达１９８ｈｍ２，
属于中强度地表火。本文以该突发性火灾杉木林地
为研究对象，探讨过火１ａ后土壤有机碳储量、土壤
活性有机碳以及土壤养分含量的变化情况，为杉木
林火灾后的植被恢复和生态系统改造提供科学
依据。
１　研究区概况
研究区位于浙江省杭州市富阳区鹿山街道汤家
埠村状元坞山（３０°０１′１４．２６″Ｎ，１１９°５４′５２．７５″Ｅ），该
地区气候温和，年平均气温１６．２℃，雨量充沛，年降
水量１４６４ｍｍ，年无霜期２３７ｄ，属北亚热带季风气
候，土壤为石英、长石砂岩发育而来的微酸性红壤。
杉木林过火后，火烧迹地未采取任何管理措施。试
验样地杉木林来源于１９７５年秋人工造林并于１９９８
年皆伐后萌芽更新形成的林分，造林初植密度为２
ｍ×２ｍ，杉木平均胸径为１４．９８ｃｍ，样地总盖度为
０．９，火后草本层以蕨类为主。由于杉木林火烧迹地
附近为民居和电厂，火后扑救及时，火灾时设置的隔
离带使部分杉木林未遭受林火的干扰，因此选取毗
邻未火烧杉木林地作为对照样地，所有调查样地处
于同一气候背景之下，火烧样地基本情况如表１。
表１　杉木林火烧样地基本情况
林龄
／ａ
平均胸径
／ｃｍ
立木密度／
（株·ｈｍ－２）
总盖
度／％
土层厚
度／ｃｍ
坡位
海拔高
度／ｍ
１５ １４．９±５．４８ １０５０ ０．９ ＞５０ 下坡 １２１．７
　　 注：数据为均值±标准差。表２、３同。
２　材料与方法
２．１　样品采集与分析
２０１４年８月，即火灾发生１ａ后对火烧迹地进行
野外调查。在杉木林火烧迹地上设立２０ｍ×２０ｍ
的调查样地５个，同时选择临近未火烧杉木林为对
照，同样设置２０ｍ×２０ｍ的５个调查样地。在各样
地内以Ｓ形布设法，选定５个点进行土样采集。在
采样点上除去地表枯枝落叶层后，用５ｃｍ内径的土
钻，分别采集０ １０、１０ ２０、２０ ３０、３０ ４０、４０
５０ｃｍ５个土层的土壤样品；将同一样地每个采样
点相同土层的土样进行均匀混合，按四分法装入自
封袋带回实验室，自然风干后去杂并过 ２ｍｍ筛。
土壤密度测定用１００ｃｍ３环刀采集０ ５０ｃｍ各土
层土壤，去杂带回实验室，１０５℃烘干至恒质量。在
每个样地内，分别以Ｓ形各布设５个小样方，用于测
定灌木（２ｍ×２ｍ）、草本（１ｍ×１ｍ）和枯落物（１ｍ
×１ｍ）生物量（表２）。
表２　火烧和对照样地灌木、草本及枯落物生物量
ｔ·ｈｍ－２
样地类型 灌木 草本 枯落物
火烧样地 ３．５０±１．００ １１．００±１．３７ ３．４０±１．１９
对照样地 ０．９６±０．３６ ０．４２±０．１３ ３．３０±１．３２
土壤总有机碳采用重铬酸钾外加热法测定［９］；
易氧化碳采用３３３ｍｍｏｌ·Ｌ－１高锰酸钾氧化法［１０］测
定；土壤轻组有机质采用碘化钠重液分离法［１１］测
定；土壤养分测定采用常规方法：土壤全氮，凯氏定
氮法；水解氮，碱解扩散法；速效钾，乙酸铵提取，原
子吸收光谱法。
土壤有机碳储量计算公式如下：
Ｓ＝∑（Ｂｉ×Ｃｉ×Ｄｉ）
　　式中，Ｓ表示土壤有机碳储量，ｉ表示土壤层次，
Ｂｉ表示土壤密度，Ｃｉ表示土壤有机碳含量，Ｄｉ表示
土层厚度。
２．２　统计分析方法
应用 Ｅｘｃｅｌ２００３和 ＳＰＳＳ１８．０软件对试验数据
进行分析，采用 ｔ检验分析火烧前后同一土壤层次
土壤活性有机碳、土壤有机碳储量的差异显著性，用
双变量Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数（双尾检验）分析土壤有机
碳与土壤各养分的相关性。
３　结果与分析
３．１　火烧对杉木林土壤活性有机碳含量的影响
杉木林过火后０ ５０ｃｍ各土层中，土壤总有
机碳含量均高于对照样地，增加幅度为 １．７％
３８０％，且随着土层深度的增加，各土层土壤总有机
碳含量增加幅度降低。其中，火烧样地 ０ １０ｃｍ
和１０ ２０ｃｍ土层中土壤总有机碳含量分别比对
照样地高出３８．０％和２５．７％，差异达到极显著水平
（Ｐ＜０．０１）（表３）。土壤总有机碳含量增加最大值
出现在０ １０ｃｍ土层中，相比于对照样地增加了
９．２２ｇ·ｋｇ－１。
２０３
第２期 赵志霞，等：火烧对北亚热带杉木林土壤有机碳的影响
表３　杉木林火烧前后土壤总有机碳含量 ｇ·ｋｇ－１
样地类型
土层／ｃｍ
０ １０ １０ ２０ ２０ ３０ ３０ ４０ ４０ ５０
火烧样地 ３３．４６±１．９３Ａ １８．９６±１．７４Ａ １２．３２±０．４０ １０．６７±０．４５ ９．３３±０．３９
对照样地 ２４．２４±１．８９Ｂ １５．０８±１．２６Ｂ １１．８２±０．８８ １０．２３±０．６２ ９．１７±０．３５
增幅／％ ３８．０ ２５．７ ４．２ ４．３ １．７
　　 注：同列不同大写字母表示差异极显著（Ｐ＜０．０１）。下同。
易氧化碳是土壤有机碳中活性较高但稳定性相
对较差的碳。从表４可以看出，在０ ５０ｃｍ各土层
中，杉木林火烧样地易氧化碳含量均高于对照样地。
与对照样地相比，火烧样地土壤易氧化碳含量在０
１０ｃｍ土层中增加幅度为３１．９％，差异达到极显
著水平（Ｐ＜０．０１）；在１０ ２０ｃｍ土层中易氧化碳
含量增加幅度为 ３３．２％，差异达到显著水平（Ｐ＜
００５）。过火后，在２０ ５０ｃｍ各土层中土壤易氧
化碳含量与对照样地相比增加６．６％ １４．４％，未
达到显著水平。
表４　杉木林火烧前后土壤易氧化碳含量 ｇ·ｋｇ－１
样地类型
土层／ｃｍ
０ １０ １０ ２０ ２０ ３０ ３０ ４０ ４０ ５０
火烧样地 ７．７４±０．５２Ａ ４．６１±０．８９ａ ２．６２±０．３２ １．８７±０．１７ １．４５±０．４０
对照样地 ５．８７±０．３６Ｂ ３．４６±０．４５ｂ ２．２９±０．２０ １．６９±０．２５ １．３６±０．１３
增幅／％ ３１．９ ３３．２ １４．４ １０．７ ６．６
　　注：不同小写字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）。下同。
轻组有机质主要由不同分解程度的植物残体和
一些微生物结构体所组成，一般聚集在土壤表层，其
含量随着土层深度的增加而下降。由表３可以看出，
杉木林过火后，土壤轻组有机质含量均有所增加，在０
１０ｃｍ和 １０ ２０ｃｍ土层中增加幅度分别为
４５７％和３２．６％，差异达到极显著水平（Ｐ＜０．０１）
（表５）；在２０ ５０ｃｍ各土层中土壤轻组有机质含量
增加幅度介于３．１％ １４．８％之间，增加幅度较小，差
异不显著。过火后，杉木林土壤轻组有机质含量的增
加主要集中在０ １０ｃｍ和１０ ２０ｃｍ土层中。
表５　杉木林火烧前后土壤轻组有机质含量 ｇ·ｋｇ－１
样地类型
土层／ｃｍ
０ １０ １０ ２０ ２０ ３０ ３０ ４０ ４０ ５０
火烧样地 ２２．６７±１．５２Ａ ８．２９±０．６７Ａ ５．７３±０．４３ａ ５．０４±０．１８ ４．６４±０．３７
对照样地 １５．５６±２．４０Ｂ ６．２５±０．９０Ｂ ４．９９±０．２５ｂ ４．７４±０．２４ ４．５０±０．３１
增幅／％ ４５．７ ３２．６ １４．８ ６．３ ３．１
３．２　火烧对杉木林土壤有机碳储量的影响
火烧对杉木林土壤有机碳储量产生显著影响。
由表６可以看出，过火后杉木林在０ ５０ｃｍ土层中
土壤有机碳储量增加了１３．２８ｔ·ｈｍ－２，增加幅度为
１９．１％，差异达到极显著水平（Ｐ＜０．０１）。其中０
１０ｃｍ和１０ ２０ｃｍ土层中土壤有机碳储量与对照
样地相比分别增加了８．６ｔ·ｈｍ－２和３．６５ｔ·ｈｍ－２，
增加幅度分别为３８．０％和２５．７％，差异达到极显著
水平（Ｐ＜０．０１）。而２０ ５０ｃｍ各土层中土壤有机
碳储量虽有所增加，但未达到显著水平。这表明火
烧对杉木林土壤有机碳储量的影响主要集中在０
１０ｃｍ和１０ ２０ｃｍ土层中，占增加总量的９２．２％。
表６　杉木林火烧前后土壤有机碳储量比较 ｔ·ｈｍ－２
项目
土层／ｃｍ
０ １０ １０ ２０ ２０ ３０ ３０ ４０ ４０ ５０
合计
火烧样地 ３１．２２±１．８０Ａ １７．８４±１．６４Ａ １２．１５±０．３９ １１．８１±０．６２ １０．１４±０．４２ ８２．８６Ａ
对照样地 ２２．６２±１．７６Ｂ １４．１９±１．２０Ｂ １１．６６±０．８６ １１．１３±０．６４ ９．９８±０．３８ ６９．５８Ｂ
增幅／％ ３８．０ ２５．７ ４．２ ６．１ １．６ １９．１
３．３　土壤有机碳与土壤养分的相关性分析
火烧前后杉木林土壤总有机碳、易氧化碳、轻组
有机质与土壤养分之间的相关性均达到极显著水
平。这表明，土壤有机碳的含量对土壤养分的供应
状况起到了决定性作用。火烧样地中土壤总有机碳
和轻组有机质与土壤各养分之间的相关系数均高于
对照样地，而易氧化碳与全氮、水解氮的相关性系数
则低于对照样地。
３０３
林　业　科　学　研　究 第２９卷
表７　杉木林火烧和对照样地土壤有机碳与
土壤养分相关系数
样地类型 土壤养分 土壤总有机碳 易氧化碳 轻组有机质
火烧样地 全氮　 ０．９７８ ０．９３９ ０．９６１
水解氮 ０．９７０ ０．９２６ ０．９２９
速效钾 ０．８８４ ０．８７６ ０．８２５
对照样地 全氮　 ０．９６９ ０．９７６ ０．９０４
水解氮 ０．９０１ ０．９４７ ０．９１８
速效钾 ０．７３０ ０．７３９ ０．７７９
　　 注：表示在０．０１水平上显著相关。
４　结论与讨论
４．１　火烧对杉木林土壤有机碳的影响
林火能在短时间内改变森林土壤的理化性质，影
响生态系统的养分循环和再分配［１２－１３］。研究表明，
中强度火烧后杉木林０ ５０ｃｍ各土层土壤总有机碳
含量均显著升高。土壤有机质在火灾中被蒸发、氧化
和焦化，损失的大部分有机碳被转变为 ＣＯ２、ＣＯ和
ＣＨ４，释放到大气中，小部分转变为黑碳，进入稳定的
土壤碳库［１４］。林火对土壤有机碳的影响很大程度上
取决于火灾类型（树冠火、地表火、地下火）、火烧强
度、过火时间及坡度等因素［４，１５］，因此不同学者的研
究结果有所差异。据Ｊｏｈｎｓｏｎ等对北美不同林火影响
的土壤有机碳变化进行分析，发现突发性火灾发生后
土壤有机碳含量增加，而控制火烧却造成土壤有机碳
含量下降［１６］。沙丽清等对西双版纳次生林火烧前后
土壤养分变化的研究中发现，过火后０ １０ｃｍ土层
中有机碳含量增加了２４．９％［１７］。本研究中，火烧后杉
木林土壤总有机碳含量在０ １０ｃｍ和１０ ２０ｃｍ
土层中分别增加了３８．０％和２４．０％，达到极显著水
平，与上述研究结论基本一致。
中强度火烧１ａ后，杉木林０ ５０ｃｍ土层中，火
烧样地土壤有机碳储量为８２．８６ｔ·ｈｍ－２，对照样地
土壤有机碳储量为６９．５８ｔ·ｈｍ－２，过火后土壤有机
碳储量明显增加。从土壤碳空间分布来看，土壤有
机碳储量的增加主要集中在０ １０ｃｍ和１０ ２０
ｃｍ土层中，分别占增加总量的 ３８．０％和 ２５．７％。
李纫兰等在对突发性火灾对南方湿地松人工林土壤
碳储量影响的研究中发现，腐殖质层和 ０ １０ｃｍ
土层碳储量增加，而 １０ｃｍ以下土层碳储量减
少［１８］。火灾中通过蒸发、氧化和焦化后转变为
ＣＯ２、ＣＯ和 ＣＨ４所损失的有机碳从其它途径得到补
充，造成过火后０ ５０ｃｍ土层中土壤有机碳含量
增加。过火后土壤有机碳的增加是由森林火烧后植
被层未充分燃烧的有机残体、枯落物层有机颗粒和
其碳化颗粒的混入形成熏土效应引起，死亡植株半
腐烂根系的混入也是造成土壤有机碳增加的原因之
一［１８－１９］。同时，杉木林过火１ａ后火烧迹地自然演
替更新，对照样地灌木、草本生物量分别为０．９６ｔ·
ｈｍ－２和０．４２ｔ·ｈｍ－２，火烧样地灌木、草本生物量分
别增加到３．５０ｔ·ｈｍ－２和１１．０ｔ·ｈｍ－２。过火后冠
层植被减少，林窗增大，林分郁闭度降低，林内光照
增强［２０］，灌木和以蕨类为主的草本得以大量生长，
火烧样地灌木和草本生物量的增加也是土壤有机碳
含量增加的原因之一。
４．２　火烧对杉木林土壤活性有机碳的影响
土壤易氧化碳是土壤养分的潜在来源，为微生
物活动提供重要能源，稳定性相对较差。火烧后杉
木林０ ５０ｃｍ各土层中土壤易氧化碳含量均高于
对照样地，这是因为土壤易氧化碳含量在很大程度
上取决于土壤总有机碳含量［２１］。植被层未充分燃
烧的有机残体和凋落物经微生物分解后，转化成为
易氧化碳，火烧１ａ后易氧化碳含量显著增加，这与
火烧样地凋落物分解加快有关。虽然火烧样地与对
照样地凋落物生物量差异不显著，但由于易氧化碳
含量的主要影响因子土壤温度和降水［２２］，火烧后地
表温度升高，微生物活动加剧，凋落物分解速度增
加，火烧后混入土壤未充分燃烧的有机残体、枯落物
经微生物的分解、迁移和转化成为易氧化碳。
土壤轻组有机质主要来源于地上凋落物和地下
根系［２３］，其含量与土壤有机碳储存及其短期动态有
关［２４］。火烧１ａ后，０ ５０ｃｍ各土层土壤轻组有机质
含量均高于对照样地，且在０ １０ｃｍ和１０ ２０ｃｍ
土层中差异极显著。土壤轻组有机质对林火干扰反
应很敏感，过火后土壤中混入的大量未完全燃烧的有
机残体、碎屑及有机物颗粒造成土壤有机碳含量的增
加［１８］，使火烧样地轻组有机质来源增加，同时植被层
遭到破坏，林窗增大，林内光照增强［２０］，地表温度升
高，微生物活动增强，分解速度增加，并随雨水向下层
土壤迁移进而引起轻组有机质的增加［８］。
林火是引起土壤养分变化的重要因子之
一［２５－２６］。土壤有机碳与土壤养分的相关性分析表
明，土壤养分的供给很大程度上取决于有机碳含量。
火烧样地中土壤总有机碳、轻组有机质与土壤各养
分之间的相关性系数均高于对照样地。火烧１ａ后，
土壤全氮及水解氮含量增加，这是由于土层表层碳
化、无机物和植被有机残体的堆积引起的［６］，与孔健
健［２７］、赵彬［２８］等研究结果一致；另外，过火后固氮
４０３
书第２期 赵志霞，等：火烧对北亚热带杉木林土壤有机碳的影响
植被的大量生长也是造成土壤含碳量增加的原因之
一［２９］。但耿玉清等发现在土壤有机质层，轻度火烧
对土壤全氮量的影响不明显，而中强度火烧后０
１０ｃｍ土层中全氮量显著降低［３０］。这与火灾类型、
过火时间、火烧强度以及坡度等因素有很大关系［４］。
而速效钾含量的增加则主要是因为过火后灰分增
加［３１］，还有研究发现过火后速效钾的变化与火烧温
度有关，火烧后表土的速效钾浓度有明显升高［３２］。
中强度火烧对北亚热带杉木林土壤有机碳产生
显著影响。过火１ａ后，杉木林火烧样地０ ５０ｃｍ
各土层中土壤总有机碳、易氧化碳、轻组有机质含量
均有所增加，增加幅度随着土层深度的增加而减小。
土壤有机碳储量增加１３．２８ｔ·ｈｍ－２，土壤活性有机
碳与土壤养分的相关系数高于对照样地。林火作为
森林生态系统中突发性的因子之一，中强度火烧能
够促进森林土壤有机碳的循环。火烧１ａ后，火烧迹
地天然更新以灌木和草本为主，建议采用人工补植
造林措施，短时期内促进植被的恢复。
参考文献：
［１］郑焕能．中国东北林火［Ｍ］．哈尔滨：东北林业大学出版
社，２０００．
［２］魏云敏，胡海清，孙家宝，等．不同强度火烧对轻组和重组有机碳
的影响［Ｊ］．安徽农业科学，２０１４，４２（１８）：５８４０－５８４３．
［３］赵凤君，舒立福，姚树人．森林火灾碳排放估算方法与研究进展
［Ｊ］．森林防火，２０１２，（１）：２５－２９．
［４］ＧｏｎｚáｌｅｚＰéｒｅｚＪＡ，ＧｏｎｚáｌｅｚＶｉｌａＦＪ，ＡｌｍｅｎｄｒｏｓｂＧ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅ
ｅｆｅｃｔｏｆｆｉｒｅｏｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＩｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ，２００４，３０（６）：８５５－８７０．
［５］张玉红，孙铭隆，刘　彤．林火对大兴安岭典型植被土壤理化性
质的影响［Ｊ］．东北林业大学学报，２０１２，４０（６）：４１－４３．
［６］张　喜，朱　军，崔迎春，等．火烧对黔中喀斯特山地马尾松林土
壤理化性质的影响［Ｊ］．生态学报，２０１１，３１（１９）：５８０９－５８１７．
［７］孙毓鑫，吴建平，周丽霞，等．广东鹤山火烧迹地植被恢复后土壤
养分含量变化［Ｊ］．应用生态学报，２００９，２０（３）：５１３－５１７．
［８］陆　昕，胡海清，孙　龙．火干扰对兴安落叶松土壤轻组有机碳
的影响［Ｊ］．安徽农业科学，２０１３，４１（２９）：１１７０９－１１７１３．
［９］ＬＹ／Ｔ１２３７１９９９．森林土壤有机质的测定及碳氮比的计算［Ｓ］．
［１０］沈　宏，曹志洪，徐志红．施肥对土壤不同碳形态及碳库管理
指数的影响［Ｊ］．土壤学报，２０００，３７（２）：１６６－１７３．
［１１］ＪａｎｚｅｎＨＨ，ＣａｍｐｂｅｌＣＡ，ＢｒａｎｄｔＳＡ，ｅｔａｌ．Ｌｉｇｈｔｆｒａｃｔｉｏｎｏｒ
ｇａｎｉｃｍａｔｅｒｉｎｓｏｉｌｓｆｒｏｍｌｏｎｇｔｅｒｍｃｒｏｐｒｏｔａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅ
ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａＪｏｕｒｎａｌ，１９９２，５６（６）：１７９９－１８０６．
［１２］ＷａｎＳＱ，ＨｕｉＤＦ，ＬｕｏＹＱ．Ｆｉｒｅｅｆｅｃｔｓｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎｐｏｏｌｓａｎｄ
ｄｙｎａｍｉｃｓｉｎｔｅｒｅｓｔｒｉａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ：ａｍｅｔａａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００１．１１（５）：１３４９－１３６５．
［１３］吕爱锋，田汉勤．气候变化、火干扰与生态系统生产力［Ｊ］．植
物生态学报，２００７，３１（２）：２４２－２５１．
［１４］ＣｚｉｍｃｚｉｋＣＩ，ＳｃｈｍｉｄｔＭＷＩ，ＳｃｈｕｌｚｅＥＤ．Ｅｆｅｃｔｓｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ
ｆｉｒｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｎｂｌａｃｋｃａｒｂｏｎａｎｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｉｎＰｏｄｚｏｌｓｏｆＳｉ
ｂｅｒｉａｎＳｃｏｔｓｐｉｎｅｆｏｒｅｓｔｓ［Ｊ］．ＥｕｒｏｐｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅ，２００５，
５６（３）：４１７－４２８．
［１５］ＦｒｅｎｃｈＮＨＦ，ＧｏｏｖａｅｒｔｓＰ，ＫａｓｉｓｃｈｋｅＥＳ．Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｉｎｅｓｔｉｍａ
ｔｉｎｇｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏｍｂｏｒｅａｌｆｏｒｅｓｔｆｉｒｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏ
ｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，２００４，１０９：１１４－１２８．
［１６］ＪｏｈｎｓｏｎＤＷ，ＣｕｒｔｉｓＰＳ．ＥｆｅｃｔｓｏｆｆｏｒｅｓｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｎｓｏｉｌＣ
ａｎｄＮｓｔｏｒａｇｅ：ｍｅｔａａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＦｏｒｅｓｔＥｃｏｌｏｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，
２００１，１４０（２）：２２７－２３８．
［１７］沙丽清，邓继武，谢克金，等．西双版纳次生林火烧前后土壤养
分变化的研究［Ｊ］．植物生态学报，１９９８，２２（６）：５１３－５１７．
［１８］李纫兰，缪启龙，王绍强，等．突发性火灾对南方湿地松人工林
土壤碳储量的影响［Ｊ］．资源科学，２００９，３１（４）：６７４－６８０．
［１９］崔晓阳，郝敬梅，赵山山，等．大兴安岭北部试验林火影响下土
壤有机碳含量的时空变化［Ｊ］．水土保持学报，２０１２，２６（５）：
１９６－２００．
［２０］丛　燕，魏荣华，袁　强．黑河地区阔叶林和白桦落叶松林火烧
迹地生物量动态变化的研究［Ｊ］．林业科技，２０１１，３６（２）：１７
－１９．
［２１］ＡｎｄｅｒｓｏｎＴＨ，ＤｏｍｓｃｈＫＨ．Ｒａｔｉｏｓｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎｔｏ
ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎａｒａｂｌｅｓｏｉｌｓ［Ｊ］．ＳｏｉｌＢｉｏｌｏｇｙａｎｄＢｉｏｃｈｅｍｉｓ
ｔｒｙ，１９８９，２１（４）：４７１－４７９．
［２２］徐　侠，王　丰，栾以玲，等．武夷山不同海拔植被易氧化碳
［Ｊ］．生态学杂志，２００８，２７（７）：１１１５－１１２１．
［２３］ＢｏｏｎｅＲＤ．Ｌｉｇｈｔ－ｆｒａｃｔｉｏｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒ：ｏｒｉｇｉｎａｎｄｃｏｎｔｒｉ
ｂｕｔｉｏｎｔｏｎｅｔｎｉｔｒｏｇｅｎｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳｏｉｌＢｉｏｌｏｇｙａｎｄＢｉｏｃｈｅｍ
ｉｓｔｒｙ，１９９４，２６（１１）：１４５９－１４６８．
［２４］ＰｏｓｔＷ Ｍ，ＫｗｏｎＫＣ．Ｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎａｎｄｌａｎｄｕｓｅ
ｃｈａｎｇｅ：Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌ［Ｊ］．ＧｌｏｂａｌＣｈａｎｇｅＢｉｏｌｏｇｙ，
２０００，６（３）：３１７－３２７．
［２５］ＢｏｂｙＬＡ，ＳｃｈｕｕｒＥＡＧ，ＭａｃｋＭＣ，ｅｔａｌ．Ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇｆｉｒｅｓｅ
ｖｅｒｉｔｙ，ｃａｒｂｏｎ，ａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｅｍｉｓｓｉｏｎｓｉｎＡｌａｓｋａ’ｓｂｏｒｅａｌｆｏｒｅｓｔ
［Ｊ］．ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１０，２０（６）：１６３３－１６４７．
［２６］ＧｅｒｔｉｎｉＧ．ＥｆｅｃｔｓｏｆｆｉｒｅｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｏｒｅｓｔｓｏｉｌｓＡｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．
Ｏｅｃｏｌｏｇｉａ，２００５，１４３（１）：１－１０．
［２７］孔健健，杨　健．火烧对中国东北部兴安落叶松土壤性质和营
养元素有效性的影响［Ｊ］．生态学杂志，２０１３，３２（１１）：２８３７
－２８４３．
［２８］赵　彬，孙　龙，胡海清，等．兴安落叶松林火后对土壤养分和
土壤微生物生物量的影响［Ｊ］．自然资源学报，２０１１，２６（３）：
４５０－４５９．
［２９］傅民杰，王传宽，王　颖，等．４种温带森林土壤氮矿化与硝化
时空格局［Ｊ］．生态学报，２００９，２９（７）：３７４７－３７５８．
［３０］耿玉清，周荣伍，李　涛，等．北京西山地区林火对土壤性质的
影响［Ｊ］．中国水土保持科学，２００７，５（５）：６６－７０．
［３１］王　丽，王兆锋，张镱锂，等．火烧对拉萨地区湿草甸湿地土壤
养分特征的影响［Ｊ］．环境科学研究，２０１３，２６（５）：５４９－５５４．
［３２］姜　勇，诸葛玉平，梁　超，等．火烧对土壤性质的影响［Ｊ］．土
壤通报，２００３，３４（１）：６５－６９．
（责任编辑：金立新）
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