森林火灾是森林生态系统中的重要干扰之一。火灾将破坏森林生态系统平衡，影响森林土壤结构、功能及养分的循环利用^[1]。同时森林火灾也是生态系统结构和功能变化的主要驱动力之一，火烧后地表植被减少，同时植被燃烧向土壤中施加了热量、残留了灰烬，也因此而改变了土壤的化学性质^[2]。大多数关于火灾的研究发现不同强度的火烧会对土壤的化学性质产生不同程度的影响，其中高强度火烧的影响最为剧烈^[3]，然而关于林分类型对其是否有影响的研究比较少，同时，在火灾短期内，针对不同林分类型的不同强度火烧对不同土层深度的土壤化学性质的研究也比较少^[4]。

火烧对林分内土壤养分影响的研究较多^[5]，不同强度火烧和林分类型对土壤性质的影响具有差异性^[6]。Bauhus等^[7]研究发现火灾发生后土壤中的碳、氮含量发生明显变化，且氮元素的损失与火烧强度有密切的关系。不同强度火烧对土壤有机质的破坏程度也不同，轻度火烧只会烧毁少部分有机质，而重度火烧则会使土壤中有机质大量减少。戴伟^[8]研究了人工油松林在轻度火烧条件下，土壤pH、阳离子交换量及土壤氮含量均有不同程度增加。沙丽清等^[9]研究了西双版纳次生林不同土层的土壤养分受到火烧前后的变化情况，研究表明在表层土中，土壤养分含量在火烧前后变化显著。孙明学^[10]研究了塔河林区不同强度林火对士壤化学性质的影响，结果表明重度火烧使土壤有机质和有效磷含量上升，中度火烧有利于土壤全氮增加。目前大部分研究都是通过火烧迹地和相似对照林分来比较分析火烧对林地土壤化学性质影响^[11]。而有关不同林分类型不同土层对不同强度火烧的响应研究不够充分；因此，笔者在一个较小尺度范围内研究林火过后较短时间内针阔混交和竹林林下不同深度土壤化学性质的变化，更能反映火烧对林地土壤化学性质的影响。

重庆缙云山火灾区突发山火导致原始植被和次生植被受损严重，选取其内2种典型林分——针阔混交林和竹林作为研究对象，在不同林分内选取不同火烧强度的样地，通过单次实验同时研究不同火烧强度下不同林分内多种土壤化学性质，比较不同林分内土壤化学性质对火烧的敏感程度，旨在揭示这2种林分受不同强度火烧影响的差异，为不同林分类型制订科学合理的经营措施，并利用火烧促进林分更新，从而为合理开发与利用森林土壤资源、火烧迹地植被修复以及科学经营与管理林木生态系统提供一定的理论依据。

实验样地设置在重庆市北碚区缙云山国家级自然保护区(E106°17′~106°24′、N29°41′~29°52′)，缙云山保护区的总面积约76 km²，海拔200~952.5 m。保护区具有亚热带季风湿润性气候特征，年平均气温13.6 ℃，相对湿度年平均87%，降雨充沛，均降水1 611.8 mm，平均全年有雾时间达89.8 d。

火烧强度划分采用实地调查的方法，具体划分标准如表 1所示。

表 1(Tab. 1)

表 1 火烧强度划分[12] Tab. 1 Fire intensity classification[12] 等级 Level 火烧强度 Fire intensity 熏黑高度 Smoked height/m 严重程度 Severity level 火烧程度描述 Description of fire intensity Ⅰ 轻度 Mild <1.5 树茎被烤焦，树叶有绿色叶覆盖 Stems scorched, leaves with green leaf cover 地表枯落物、苔藓和草本被烧焦或受较大影响 Surface litter, mosses and herbs scorched or heavily affected Ⅱ 中度 Moderate 1.5~3 树茎被烤焦，树叶基本呈枯黄色 Stems scorched, leaves largely yellow withered 地表枯落物、苔藓和草本被烧焦或受较大影响 Surface litter, mosses and herbs scorched or heavily affected Ⅲ 重度 Severe >3 树冠被烧毁无绿叶覆盖 Canopy burned with no green leaf cover 所有地表枯落物和土壤有机碳层受极大影响 All surface litter and soil organic carbon layers are greatly affected CK 未火烧 Not burned 植物无火干扰 Plants without fire disturbance 无影响 No impact

表 1 火烧强度划分[12] Tab. 1 Fire intensity classification[12]

2022年9月在重庆市缙云山火灾1周后，选择遭受火烧的3处区域虎头村、薄巴山、八角池作为调查区域，分别在轻度(Ⅰ)、中度(Ⅱ)和重度(Ⅲ)3种火烧强度的火烧迹地及相邻未遭受火烧林分(CK)设置固定样地，每个样地规格大小为20 m×20 m，3处区域共选设固定标准样地24块，即24块标准样地＝3个区域×2种林分×(3种火烧强度+1块对照样地)。样地的海拔为678~882 m，坡度11°~27°，针阔混交林样地中优势种为马尾松。

土壤样品全部取自3个样地内的轻度火烧、中度火烧、重度火烧及未火烧标准样地，在样地内利用五点法进行取土，分别取0~10 cm和10~20 cm的土样装袋保存。所有土壤样品共48个(3个地点，2种林分，4个火烧强度，2个深度)，采集完成后带回保存，便于后期进行土壤化学性质的测定。

土壤样品在室内自然干燥48 h，分成2份，分别过2.00 mm筛和0.25 mm筛以备用。pH采用水∶土=2.5∶1玻璃电极法；土壤全氮含量测定采用凯氏定氮法；土壤全磷与有效磷的测定方法为硫酸-高氯酸消煮法与氟化铵盐酸法；速效钾使用醋酸铵—火焰光度计法；碱解氮用碱提取法测定；酸性土阳离子交换量测定采用氯化钡-硫酸镁强迫交换法^[13]。

采用SPSS 11.5统计软件对针阔混交林和竹林在不同强度火烧后以及不同深度下8种土壤化学性质(pH、全氮、有机质、全磷、速效钾、碱解氮、阳离子交换量(cation exchange capacity，CEC)、有效磷) 数据进行分析、作图并进行差异性显著检验。分析方法包括描述性统计分析、单因素方差分析和Fisher LSD检验。采用3因素方差分析研究土层深度、林分、火烧强度及其交互作用对土壤pH、CEC、有机质、全氮、全磷、速效钾、碱解氮、有效磷的影响。

如表 2所示，在0~10 cm土层中，在不同火烧强度下针阔混交林的土壤pH相比于对照样地整体表现为升高，但各火烧强度间无显著差异，竹林的pH在轻度、中度火烧后显著降低(P＜0.05)，重度火烧后高于对照样地，在10~20 cm的土层中，针阔混交林pH整体表现出升高，但与火烧强度之间无显著相关，竹林的pH未发生明显改变。

表 2(Tab. 2)

表 2 不同火烧强度对土壤pH、CEC的影响 Tab. 2 Effects of different fire intensities on soil pH and cation exchange 林分类型 Stand type 深度 Soil depth/cm 火烧强度 Fire intensity pH 阳离子交换量 CEC/(cmol·kg-1) 针阔混交林 Coniferous broad-leaved mixed forest 0~10 Ⅰ 4.13±0.03Aa 20.32±1.11Aa Ⅱ 4.16±0.03Aa 29.42±0.66Ab Ⅲ 4.18±0.03Aa 30.64±1.06Abc CK 4.09±0.05Aa 33.20±0.83Ac 10~20 Ⅰ 4.22±0.04Aa 16.38±0.63Aa Ⅱ 4.17±0.03Aa 27.86±1.32Ab Ⅲ 4.34±0.04Ab 24.93±2.17Ab CK 4.10±0.05Aa 22.56±1.86Ab 竹林Bamboo forest 0~10 Ⅰ 4.16±0.02Ba 19.70±1.52Ba Ⅱ 4.18±0.02Ba 24.11±0.53Bb Ⅲ 4.35±0.04Bb 23.84±0.82Bb CK 4.32±0.03Bb 17.69±0.93Ba 10~20 Ⅰ 4.30±0.03Ba 21.43±1.54Ba Ⅱ 4.28±0.04Ba 17.78±1.01Ba Ⅲ 4.34±0.02Ba 18.40±2.30Ba CK 4.14±0.02Bb 18.25±1.35Ba 注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、CK分别代表火烧强度为轻度火烧、中度火烧、重度火烧和未火烧。大写字母(A、B)代表相同土层深度下同一火烧强度不同林分类型之间有显著差异，小写字母(a、b、c)代表同一土层深度下相同林分类型不同火烧强度之间有显著差异。数据表示为：平均值±标准误差。下同。Notes: Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ and CK indicate fire intensity of mild burhed, moderate burhed, severe burhed and not burned respectively. Capital letters (A, B) indicate significant differences between different stand types of the same fire intensity at the same soil depth, and lowercase letters (a, b, c) indicate significant differences between different fire intensities of the same stand type at the same soil depth. Data are expressed as: Mean±SE. The same below.

表 2 不同火烧强度对土壤pH、CEC的影响 Tab. 2 Effects of different fire intensities on soil pH and cation exchange

从表 2可以看出，在0~10 cm土层中，针阔混交林CEC随火烧强度增强而升高，但都显著低于未火烧样地，竹林CEC在中度和重度火烧时显著高于对照样地，各火烧强度之间存在显著差异，轻度和CK与中度、重度之间存在显著差异。2种林分之间的CEC也存在显著差异，在10~20 cm土层中，针阔混交林CEC随火烧强度增强表现为先增后减的趋势，中度和重度火烧后显著高于对照样地，竹林未发生明显变化。

如图 1所示，在表层土壤0~10 cm深度下，未火烧样地针阔混交土壤有机质含量显著高于竹林，火烧后2林分有机质含量均明显降低，且针阔混交林的降低幅度显著高于竹林，但两者均在各火烧强度间无显著差异。在10~20 cm土层深度下，未火烧样地针阔混交土壤有机质含量显著低于竹林，火烧后针阔混交林有机质含量未出现显著变化，竹林有机质含量则有明显的升高。对于火烧后土壤中全氮含量，未火烧样地针阔混交和竹林的全氮含量无显著差异。火烧后，在0~10 cm土层深度下，针阔混交林全氮含量有明显降低，但各火烧强度之间无显著差异，随火烧强度升高表现为先升高后降低的趋势，竹林土壤中全氮含量未发生明显变化。在10~20 cm土层深度下，针阔混交林土壤全氮含量火烧后显著降低，但变化幅度较小，竹林无明显变化。未火烧样地针阔混交和竹林土壤全磷含量无显著差异。火烧后，在0~10 cm土层中，针阔混交林和竹林2种林分在火烧后全磷含量均有明显降低，针阔混交林全磷含量在各火烧强度间无显著差异，竹林土壤全磷含量在中度火烧情况下降低幅度最小，且与轻度、重度火烧之间存在显著差异。在10~20 cm土层中，2种林分全磷含量均有降低，但变化幅度较小，轻度、中度、重度火烧与未火烧样地之间存在显著差异。

图 1(Fig. 1)

图 1 火烧强度对土壤有机质和养分全量的影响 Fig. 1 Effects of fire intensity on soil organic matter and total nutrient contents

如图 2所示，未火烧样地竹林土壤碱解氮含量显著高于针阔混交林土壤。火烧后，在0~10 cm土层中，针阔混交林和竹林在火烧后碱解氮含量都有明显降低，针阔混交林碱解氮含量在各火烧强度之间存在显著差异，竹林中碱解氮含量在各火烧强度间无显著差异；在10~20 cm土层中，针阔混交林与竹林火烧后与未火烧样地相比也有明显降低，针阔混交林中碱解氮含量火烧样地与未火烧样地之间存在显著差异，竹林样地变化幅度较大，中度火烧后碱解氮含量降低幅度最小。土壤有效磷含量在0~10 cm土层中，未火烧样地竹林显著高于针阔混交林，重度火烧后针阔混交林中有效磷含量有略微升高，但差异不显著，竹林在轻度和重度火烧后有效磷含量均减低，中度火烧后无明显变化。在10~20 cm土层深度下，针阔混交林中有效磷含量火烧样地与CK相比均有增高，但速效钾含量在各火烧强度间无显著差异，竹林中速效钾含量火烧前后未发生明显变化。土壤中速效钾含量未火烧样地竹林显著高于针阔混交林。火烧后，在0~10 cm土层深度下，针阔混交林在火烧后与未火烧样地相比有明显升高，且在重度火烧后达到最高，竹林土壤在重度火烧后速效钾含量有明显升高，2种林分在相同火烧强度下差异显著。在10~20 cm土层中，速效钾含量整体低于0~10 cm土层，火烧后与CK相比有明显升高，但变化幅度较小。在同一火烧强度下，针阔混交和竹林间存在显著差异，且火烧后竹林含量整体高于针阔混交林。

图 2(Fig. 2)

图 2 火烧强度对土壤有效性养分的影响 Fig. 2 Effects of fire intensity on soil available nutrients

由表 3可以看出，3因素方差分析表明，除有效磷外，不同林分类型土壤pH、有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效钾和CEC共7个指标均差异极显著(P<0.01)，且所有指标在不同火烧强度和不同深度间的变化也达到显著水平(P<0.05)，在林分类型、火烧强度和土壤深度3种环境因子的交互作用下，除全氮外，其余指标均达到显著水平(P<0.05)。

表 3(Tab. 3)

表 3 林火迹地土壤理化学性质3因素方差分析 Tab. 3 Three-way ANOVA for pH chemical properties of soils on forest fire sites 指标 index 林分类型 Stand type(df=1) 火烧强度 Fire intensity(df=3) 土层深度 Soil depth(df=1) 林分类型×火烧强度 Stand type×Fire intensityl(df=3) 林分类型×土层深度 Stand type×Soil depth(df=1) 火烧强度×土层深度 Fire intensity× Soil depth(df=3) 林分类型×火烧强度×土层深度 Stand type×Fire intensity×Soil depth(df=3) pH 6.039** 12.471** 26.914*** 6.662*** 2.766 1.238 4.808*** 有机质 Organic matter 20.408*** 19.505*** 0.007* 16.582*** 40.069*** 38.603*** 2.534** 全氮 Total nitrogen 14.749*** 5.734*** 90.749*** 3.797 1.097 0.527*** 0.639 全磷 Total phosphorus 28.213*** 41.547*** 341.330*** 2.293* 1.920 7.502*** 2.596** 碱解氮 Available nitrogen 264.530*** 122.424*** 1 091.600*** 39.802*** 0.037 41.558*** 7.984*** 有效磷 Available phosphorus 0.213 15.157*** 120.090*** 6.500*** 21.91*** 1.431 5.971*** 速效钾 Available potassium 63.031*** 68.125*** 62.539*** 19.932*** 0.047 9.508*** 5.756*** CEC 68.364*** 13.395*** 34.532*** 15.974*** 5.385** 2.240 6.673*** 注：数据为方差分析的统计量F。*，P<0.05，**，P<0.01，***，P<0.001。Notes：The data in the table are the ANOVA statistics F.*, P<0.05，**, P<0.01，***, P<0.001.

表 3 林火迹地土壤理化学性质3因素方差分析 Tab. 3 Three-way ANOVA for pH chemical properties of soils on forest fire sites

目前大部分研究发现火烧导致土壤pH增大^[14]，本研究发现针阔混交林和竹林在重度火烧后土壤pH有升高，但不同火烧强度之间无显著差异。而且火烧对土壤pH的影响在0~10 cm土层中更加显著。火烧后土壤pH升高，原因可能是地表枯落物火烧后形成的灰分物质释放出一些阳离子与土壤中酸中和以及加热会使土壤中的有机酸变性^[15]。竹林土壤在轻度和中度火烧后pH降低，重度火烧后土壤pH升高，可能是2种林分在火烧时所达到的温度不同，而竹林林下枯落物较多，燃烧产生的矿质元素离子与土壤胶体表面吸附的氢离子发生交换后进入土壤溶液中，从而使土壤pH降低。

本研究发现受火烧前后2种林分林下土壤中CEC均存在显著差异。有研究认为CEC与有机质含量显著正相关，由于火烧前针阔混交林土壤有机质含量高于竹林，所以针阔混交林土壤的CEC显著高于竹林。火烧后由于高温导致土壤有机质的分解，使CEC在火烧后整体降低，但随着火烧强度的增加，林冠层燃烧严重，部分未然烧或林冠层残留输入土壤，导致土壤表层CEC的升高，而对10~20 cm土层中的CEC未产生显著影响。

部分关于土壤有机质的研究认为火烧减少了土壤中有机质含量^[16]，也有部分研究认为土壤中有机质含量随火强度增大而升高^[17]。由于高温导致土壤有机质的分解，在重度火灾发生后，有机质会减少。但本研究发现，在0~10 cm土层中，火烧后竹林有机质含量的变化幅度显著低于针阔混交林，说明有机质含量受林分类型的影响，竹林中火烧后有机质含量降低幅度较小可能是因为受到火烧后竹林冠层树叶凋落，导致林下枯落物的增加以及输入土壤，及时补充了表层土壤中的有机质，实地探查发现，针阔混交林林下枯落物相较于竹林较少，所以火烧后有机质含量降低幅度较大。

本研究发现，火烧后全氮含量在针阔混交林土壤中显著降低，但各火烧强度间无显著差异，可能是因为重度火烧产生的高温引起氮的挥发，从而使土层中全氮含量减少。然而竹林受火烧后土壤全氮含量无明显变化，表明不同火烧强度对土壤全氮含量影响较小，但林分类型对土壤全氮含量有显著影响。目前也有研究认为火烧对土壤全氮含量无显著影响。本研究结果显示竹林深层土壤全氮含量在火烧后有轻微增加。各火烧强度下竹林土壤全氮含量都显著高于针阔混交林，这是由于土壤氮素主要来源于土壤有机质，氮素损失的数量与消耗的土壤有机质相关，针阔混交林土壤有机质损失较严重^[18]，因此，火烧后针阔混交林土壤全氮含量显著低于竹林。

本研究发现针阔混交林和竹林土壤全磷含量在火烧后都显著低于未火烧样地，但各火烧强度之间无显著差异。原因是火烧使全磷从植物体和凋落物中释放出来，造成了土壤全磷的挥发，并且林火使地表覆盖度降低，从而导致隔热程度降低，进而导致土壤磷循环量加快，易发生淋溶损失。火烧前土壤全磷含量在两种林分之间无显著差异，火烧后在相同火烧强度下，全磷含量表现出显著差异，这说明全磷在林分类型和火烧强度的交互作用影响下发生显著变化。

土壤碱解氮能较好地反映出近期内土壤氮的供应状况和氮的释放速率^[19]。本研究表明，未火烧样地中土壤碱解氮含量竹林显著大于针阔混交林，说明竹林对土壤氮素的吸收和利用大于针阔混交林。2种林分在火烧之后碱解氮含量均显著降低，但与火烧强度之间无显著相关。可能是由于火烧产生的高温导致氮元素的挥发^[20]。

有部分研究^[21]认为，森林土壤在火烧后有效磷含量均表现出明显增加，且增加幅度与火烧强度有关，本文研究结果与之不同。本研究中针阔混交林土壤有效磷含量随火烧强度有升高趋势，但不同火烧强度间未表现出显著差异，可能是由于取样的时间节点是在火烧后1周内，针阔混交林中火烧产生的高温导致有效养分挥发损失的同时，其他形态的磷转化为有效磷比例较高导致。在竹林土壤中，轻度和重度火烧后有效磷含量均有显著降低，由于随着土壤温度升高，竹林的酸性土壤中易形成不溶于水的羟基磷酸盐，从而造成土壤有效磷的大幅减少。火烧后有效磷含量变化在2种林分中差异显著，说明有效磷含量受林分类型影响，在不同林分类型相同火烧强度下有显著差异。

本研究发现火烧前竹林土壤速效钾含量显著大于针阔混交林，2种林分中速效钾含量在火烧后均明显升高，且高强度火烧与未火烧土壤中速效钾含量有显著差异。这是因为火烧会促进土壤中营养物质的循环，从而使土壤中的速效养分含量升高。火烧对土壤速效钾的影响程度主要取决于火烧强度、间隔时间以及土壤淋洗程度^[22]。本研究时间节点较短，研究显示火烧后短时间内土壤速效钾含量随火烧强度增大而升高，且其在针阔混交林和竹林间有显著差异。

国内尽管有不少关于森林火灾对土壤影响的研究成果，但由于研究中缺乏统一的规范标准，如火烧强度、植被种类、地表枯落物覆盖度、森林火灾干扰后的时间都不一样等，因此可能会得到不同的研究结果^[23]。本研究在自然林火扰动短期内和较小范围尺度内研究了不同林分和不同火烧强度在不同深度土层之间的影响，未来还将在一定的时间尺度上开展长期科学研究，将更能体现火烧后对自然森林土壤化学性质的影响。

火烧后短期内2种林分土壤pH、速效钾含量均明显升高，针阔混交林中CEC、有机质、全氮、全磷、碱解氮含量显著降低；竹林中CEC火烧后升高，有机质、全磷、碱解氮含量显著降低。高强度火烧对2种林分表层土壤pH、有机质、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量均产生了显著影响，对深层土壤影响较小，但竹林中土壤全氮含量受火烧影响较小，火烧前后无显著变化。综上所述，不同强度火烧对森林土壤化学性质有显著影响，且受林分类型影响显著，随土层加深，火烧对土壤化学性质的影响逐渐减弱。