燃烧后土壤养分更多森林生态系统或可因“火”得福

2022-04-12 10:13:03 来源：科技日报

◎本报记者赵汉斌

地表可燃物的分解速率受地表温度、湿度以及微生物作用的影响，也取决于可燃物自身的化学组成，木质素含量越多越难分解。所以低强度的火烧可以促进枯落物分解，适当增加土壤养分，如增加土壤钙离子和镁离子等阳性因子。

——刘晓东北京林业大学生态与自然保护学院教授

对林草和应急管理部门来说，每年春旱时节，森林防火成为重中之重。

“由于我国东北和西南有大面积的原始林，一旦用火失控，就可能导致大面积森林过火，破坏野生动物栖息地，甚至威胁到人民生命财产和生态安全。山火所产生的大量烟雾，也可能对人体健康造成严重的负面影响。”北京林业大学生态与自然保护学院教授刘晓东告诉记者。

而在自然界，森林野火是导致生态系统更迭的重要因素之一。日前，美国科罗拉多州立大学教授托马斯·博尔奇团队在《环境科学与技术》期刊在线发表一篇论文，对野火发生后土壤有机质中氮元素富集过程进行研究，与国内外其他研究相印证，重新引发了人们对森林野火弊与利以及生态修复问题的关注。

是否有益取决于强度和频率等

森林野火是一种自然现象。“在陆地植物出现后不久，野火就出现在地理记录中，它是导致生态系统更迭的重要因素之一。”云南大学生态与环境学院教授苏文华说。

相关数据显示，全世界年均发生森林火灾20多万次，烧毁森林面积占全世界森林总面积的1%以上。森林大火往往改变林木结构和森林环境，使森林生物量下降，生产力减弱，还影响了土壤的保水性、渗透性，引起沼泽化。

同时，森林野火也改变了野生动物的栖息环境，从而局部影响野生动物的物种多样性及数量分布。如部分鸟类失去了栖息繁殖的树木和可食用的果实，生存艰难；中小型哺乳动物失去乔木、灌木的庇护，暴露于荒野，无处躲藏。燃烧还会导致真菌菌丝死亡，可能降低森林有机质的降解速度。

但陆地生态系统也会经历碳储存与循环的过程。

“数亿年来，野火影响着全球生态系统的格局和过程，影响着全球生物群落分布，并维持易受火灾影响植物群落的结构和功能。火还可以作为一种进化过滤器，过滤易受火系统影响的某些植物特征。”苏文华说，鉴于野火在生物领域中的特殊作用，长期以来甚至有研究者认为，野火是一种类似于草食动物的标志性“消费者”。

“对森林生态系统而言，野火既有有害的一面，也有有益的一面，这取决于火的强度、发生的频率和面积大小。”刘晓东也认为，为避免更大的山火发生，国外一些国家会采取计划火烧的方式来减少地表可燃物积累。

同时，一些研究表明，低强度的森林野火尽管在一定时期内对地表植被造成破坏，但对土壤理化性质有一定的改善，并形成空间异质性。因此，经过一段时间的恢复，火烧迹地植被种类、数量会呈现上升趋势，甚至会超过未过火林地，正所谓“野火烧不尽，春风吹又生”。

重建森林样貌需二三十年

植物光合作用不仅释放氧气，还造成枝叶等有机物堆积。在有雷电和不当用火等情况下，火灾极易发生。

“为在易火生境中生存，大量陆生植物只有进化形成特殊的性状，才能提高竞争能力。在火依赖生态系统中，森林野火并没有显著减少物种数量。”苏文华介绍，云南松等众多树种就具有火依赖的生活史对策，它们需要一定时长的周期性过火才能维持其种群。“经过热激处理，云南松和白杨等种子反而会有较高的萌发率。”他说。

云南松的松果成熟后不脱落，鳞片不裂开，内含种子的松果多年宿存在树梢，针叶多年难分解。林火发生时，厚厚的鳞片在一定程度上保护种子免受过高温伤害。过火后，林冠上的松果鳞片绽开，释放出种子。黑色种子落在黑色的余烬中不易被捕食者发现，经过雨季萌发并快速生长，使种群得以更新恢复。而且发生地面火时，云南松大树基本不会受到影响，火后能继续顽强生长，并补充新个体。

在苏文华2015年从事的一项研究中，研究者发现，在距离超过200米的三个森林地块上，山火发生后的156天，火迹地上有12棵乔木重新发芽、6棵高灌木和23棵一般灌木出现嫩芽，还冒出16种草本植物的新植株。除了幸存的松树，所有被烧毁的乔木和灌木树桩都有芽，重生率均为100%；灌木和草本植物的生物量分别为93.6%和73.9%。

“同样，北方森林占世界森林分布面积的较大比重。火作为一个重要生态因子，在北方森林更新和碳循环过程中起着重要作用。”刘晓东说。

来自西北农林科技大学林学院的符晓2021年研究发现，在北方山火后第一年，杂草、苔藓以及其他小型植物逐渐出现。从我国北方向西延伸到地中海，某些森林树种适应了偶发的火灾，例如多种松树，大火融化了裹着种子的树脂，方便种子传播；又如栓皮栎，大火中厚厚的树皮起到了保护作用。火灾后，一些存活下来的苍蝇或甲虫会被烟味吸引，因火灾而变脆弱的树木为它们提供食物和产卵地，而这些昆虫又引来鸟类等捕食者。

记录表明，山火发生2年后，新生的灌丛逐渐长出，先前逃离的狍子、野兔、山鹑、野猪等许多动物又重新回来定居；3到5年后，火灾痕迹已不特别明显，各类植物重新覆盖土地，多种小灌木倔强生长；10年后，松树可以长到3米高，苔藓逐渐长成，多种动物逐渐回归。20到30年后，先锋树种和本土树种杂合，森林样貌得以重现，其后大多数树木将重新高达10至20米。

或改善森林土壤营养状况

在新研究中，托马斯·博尔奇教授团队表示，“不同土壤燃烧强度下含氮土壤有机质和溶解有机质的富集，对生态系统恢复和土壤里的水质具有重要意义。”

研究认为，从不同燃烧温度得出的分子组成表明，含氮副产物随着加热而富集。基于质量差异的分析还表明，加热过程中形成的产物可以通过美拉德反应途径的转化来建模。森林野火极大地改变了储存的和不稳定的土壤有机质、溶解有机质的输出过程及路径。

森林火灾后的生态系统恢复，取决于土壤微生物群落和植被重建，而这些过程很容易受到土壤中营养物质的限制，如含氮物质和不稳定的水溶性化合物的多寡，都影响森林火灾后生态系统的恢复。

苏文华告诉科技日报记者，过去人们更多认为山火会对有机物造成“很负面的影响”，但同时对不同野火强度下产生的土壤有机质及其副产物知之甚少，导致难以评估山火严重程度和预测生态系统恢复进程。“新的研究确实从新的视角解释了人们过去一些不太清楚的方面。”苏文华说，研究人员在野外看到山火对幼苗以及种子有“很促进”的生长过程，但人们对其机理不甚了了。新的实验室研究从土壤微生物和分子的角度证明了机制存在的可能性。

刘晓东说，地表可燃物的分解速率受地表温度、湿度以及微生物作用的影响，也取决于可燃物自身的化学组成，木质素含量越多越难分解。所以低强度的火烧可以促进枯落物分解，适当增加土壤养分，如增加土壤钙离子和镁离子等阳性因子。一些研究表明，在火烧迹地更新中，还有一个特征是豆科植物显著增加。豆科植物有根瘤菌，具有一定固氮作用，这也是农事用火很普遍的原因。但由于南方很多区域林农犬牙镶嵌，农事用火一旦控制不好，将导致森林火灾的发生，因此，应加强对农事用火的监管和指导，做到疏堵结合。

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