李國輝,王昆倫,許行健,白 磊,馬瑞杰,陳宏剛,李世友,4

1.西南林業(yè)大學(xué) 消防研究所 土木工程學(xué)院,云南 昆明 650224

2.云南省江川縣林業(yè)和草原局,云南 江川 652600

3.應(yīng)急管理部南方航空護(hù)林總站,云南 昆明 650021

4.云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明 650224

森林火災(zāi)的發(fā)生和蔓延受到氣候、火源等多種自然、人為因素綜合影響[1-5]。一些學(xué)者根據(jù)研究地主要影響因子進(jìn)行森林火災(zāi)區(qū)劃研究，趙鵬武等[6]利用樹種燃燒類別、人口密度、路網(wǎng)密度等火險因子數(shù)據(jù)對大興安嶺進(jìn)行森林火險區(qū)劃，范闊等[7]以地物類型、地形因子以及人類活動和交通區(qū)位作為主要林火影響因子對河北省圍場縣各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的森林火險等級進(jìn)行劃分?？扇嘉锶紵允巧只馂?zāi)重要影響因子，有學(xué)者研究了地形[8]、植物生物學(xué)特性[9]、理化性質(zhì)[10]以及熱解特性[11]等因素對森林可燃物燃燒性的影響。但在林火與土壤關(guān)系方面，現(xiàn)有研究主要集中在林火對土壤理化性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)的影響等方面[12-15]。而在土壤對森林火災(zāi)影響方面的研究較少，對森林植物理化性質(zhì)與土壤有效磷含量關(guān)系方面也鮮有報道。戴開杰等[16]研究了磷對云南松（Pinus yunnanensis）生物量的影響，但也未涉及到磷對云南松燃燒性的影響。針葉林占云南省森林面積的70%以上，滇中地區(qū)分布有大量華山松林和云南松林[17,18]。云南松（Pinus yunnanensis）、華山松（P.armandii）、地盤松（P.yunnanensisvar.pygmaea）、云南油杉（Keteleeria evelyniana）和藏柏（Cupressus torulosa）作為滇中常見易燃針葉樹種，李世友[19,20]、王秋華[21]、蘇文靜[22]等人對上述針葉樹種的燃燒性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，以上樹種燃燒性較好。

磷素作為植物生長發(fā)育不可或缺的元素之一，在植物生長過程中有著重要作用。研究表明，施用磷肥能顯著增加稻米（Oryza sativa）脂肪含量[23]、提高花生（Peanut）籽仁蛋白質(zhì)和脂肪含量[24]、增強(qiáng)煙葉燃燒性[25]。五節(jié)芒（Miscanthus floridulus）熱值隨磷肥施用量的增加而增加，且在一定施肥量范圍內(nèi)灰分含量隨施肥量的增加而減少[26]。以上研究均屬于施肥對農(nóng)作物理化性質(zhì)和燃燒性的影響研究范疇，暫未涉及土壤有效磷含量對森林植物理化性質(zhì)的影響。云南省磷礦資源豐富，在安寧、晉寧、會澤、東川等地區(qū)分布有大量淺層磷礦[27-29]。通過調(diào)研和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這些磷礦分布區(qū)表土的有效磷含量不同程度上高于非磷礦分布區(qū)。滇中地區(qū)林火多發(fā)、火災(zāi)處置難度大、森林受火災(zāi)危害嚴(yán)重，歷史上不少大面積森林火災(zāi)、重大人員傷亡森林火災(zāi)事故就發(fā)生在磷礦分布區(qū)。以云南松、華山松、地盤松、云南油杉以及藏柏5 個滇中地區(qū)常見針葉樹種針葉為實(shí)驗(yàn)對象，分析土壤有效磷含量對針葉理化性質(zhì)的影響，為進(jìn)一步評估土壤有效磷含量對針葉燃燒性、森林燃燒性的影響奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而為正確認(rèn)識滇中地區(qū)森林火災(zāi)分布規(guī)律、合理選擇森林消防技術(shù)措施、研究森林火險區(qū)劃因子等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)地概況與試驗(yàn)材料

研究區(qū)位于云南省中部（102°22′08″～103°12′49″E，24°19′09″N～26°11′25″N），土壤類型主要為偏砂質(zhì)黏壤土，采樣點(diǎn)的林分類型主要為云南松林，另有少量的華山松林、闊葉混交林等林分，采樣點(diǎn)主要坡向?yàn)槟舷颉Ｔ诘嶂械貐^(qū)防火期內(nèi)，采集東川、會澤、祿勸、西山、尋甸、安寧、澄江、華寧、江川、宜良和盤龍11 個市（縣、區(qū)）的云南松、華山松、地盤松、云南油杉和藏柏的針葉為實(shí)驗(yàn)樣品。采樣地主要為磷礦區(qū)及其附近，也有少量樣品采自非磷礦分布區(qū)。對于云南松和地盤松2 種強(qiáng)陽性樹種，選擇其典型分布地段即土壤條件相對較差的陽坡植株為采樣對象。采集長度為30 cm 以上的帶葉枝條，帶回實(shí)驗(yàn)室后取葉為實(shí)驗(yàn)樣品。在每個采樣點(diǎn)至少采集3 株樹木上的枝葉為實(shí)驗(yàn)樣品，并取每株植株根系30 cm 深處土壤測定有效磷含量。將針葉在85℃條件下烘干、粉碎，過60 目篩后保存?zhèn)溆?，土壤風(fēng)干備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 灰分含量的測定 采用干灰分法，所用儀器為XS2-2.5-12 型箱式電爐完成。取1 g 左右的備用樣品裝入坩堝（放入樣品前先將坩堝稱重去皮），將裝有樣品的坩堝放入茂福爐中，待樣品充分燃燒、灰化后，稱量剩余樣品質(zhì)量。其計算公式：

式中：X—灰分含量（%），n—灰分質(zhì)量（g），N—絕干樣品的質(zhì)量（g）。

1.2.2 熱值的測定 熱值的測定采用XRY-1C型微機(jī)氧彈熱量計完成。取1 g左右的備用樣品裝入坩堝，將坩堝置入彈筒后在2.5～3.0 MPa 條件下往彈筒內(nèi)充氧，充氧結(jié)束后進(jìn)行點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)。由計算機(jī)采集實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)并計算結(jié)果，選取彈筒發(fā)熱量作為樣品熱值。

1.2.3 粗脂肪含量的測定 采用索氏提取法，所用儀器為SZF-06A 脂肪測定儀。取1 g 左右的備用樣品用濾紙包裹好后先在玻璃容器中用石油醚浸泡24 h，之后在80 ℃條件下在脂肪測定儀中浸提8 h。浸提結(jié)束后將濾紙包取出在通風(fēng)處晾干，待石油醚揮發(fā)完以后將其放入烘箱中烘干后取出稱量剩余質(zhì)量。計算公式：

式中：S—粗脂肪含量（%），m0—浸提前樣品質(zhì)量（g），m1—浸提后樣品質(zhì)量（g）。

1.2.4 土壤有效磷含量測定 采用0.5 mol/L 的NaHCO3浸提——鉬銻抗比色法測定土壤有效磷含量，其計算公式：

式中：c—有效磷濃度（mg·kg-1），ρ(Q)—標(biāo)準(zhǔn)曲線而得到的測定溶液的質(zhì)量濃度（μg?mL-1），v—顯色液體積（ml），d—分取倍數(shù)，n—風(fēng)干試樣質(zhì)量（g）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)測定結(jié)果，分析土壤有效磷含量對針葉粗脂肪含量、灰分含量和熱值的影響。由于采樣時間、空間跨度較大，各采樣地海拔、氣候、土壤其它條件相差較大，不同批次的樣品不具有完全可比性，但對采樣時間、空間相近的樣品，可以進(jìn)行比較性分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理利用Excel 完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有效磷含量對植物理化性質(zhì)的影響

土壤有效磷含量對針葉理化性質(zhì)的影響見表1～表5。土壤有效磷含量對云南松針葉理化性質(zhì)的影響見表1。隨著土壤有效磷含量增加，云南松針葉粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加的樣本批次所占比例分別為38.46%、50.00%、57.69%。

表1 土壤有效磷含量對云南松理化性質(zhì)的影響Table 1 Effect of soil available phosphorus content on physicochemical property of Pinus yunnanensis

土壤有效磷含量對華山松針葉理化性質(zhì)的影響見表2。隨著土壤有效磷含量的增加，華山松針葉粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加的樣本批次所占比例分別為58.62%、65.52%、68.97%。

表2 土壤有效磷含量對華山松理化性質(zhì)的影響Table 2 Effect of soil available phosphorus content on physicochemical property of Pinus armandii

土壤有效磷含量對地盤松針葉理化性質(zhì)的影響見表3。隨著土壤有效磷含量增加，地盤松針葉粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加的樣本批次所占比例分別為63.64%、45.45%、68.18%。

表3 土壤有效磷含量對地盤松理化性質(zhì)的影響Table 3 Effect of soil available phosphorus content on physicochemical property of Pinus yunnanensis var.pygmaea

土壤有效磷含量對云南油杉針葉理化性質(zhì)的影響見表4。隨著土壤有效磷含量增加，云南油杉針葉粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加的樣本批次所占比例分別為47.06%、52.94%、41.18%。

表4 土壤有效磷含量對云南油杉理化性質(zhì)的影響Table 4 Effect of soil available phosphorus content on physicochemical property of Keteleeria evelyniana

土壤有效磷含量對藏柏針葉理化性質(zhì)的影響見表5。隨著土壤有效磷含量增加，藏柏針葉粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加的樣本批次所占比例分別為33.33%、55.56%、44.44%。

表5 土壤有效磷含量對藏柏理化性質(zhì)的影響Table 5 Effect of soil available phosphorus content on physicochemical property of Cupressus torulosa

從粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加的樣本批次所占比例來看，土壤有效磷含量對華山松的影響效果最好，粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加的樣本批次所占比例分均大于50%。

將5 個樹種的所有批次樣品進(jìn)行綜合分析表明，隨著土壤有效磷含量的增加，粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加的樣本批次所占比例分別為50.49%、54.37%、59.22%。粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加都會提升可燃物的燃燒性。綜合統(tǒng)計分析表明，5 種植物葉粗脂肪含量增加、灰分含量降低、熱值增加的樣本批次比率均超過50%，說明土壤有效磷含量的增加能夠在一定程度上提高森林植物針葉的燃燒性。

2.2 典型樣品分析

在所有樣品中，挑選采自海拔、坡向、土壤質(zhì)地、林分類型、小生境相似的植株樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6），分析不同采樣地之間土壤有效磷含量對針葉理化性質(zhì)的影響。在兩地間其它生境因子相似、土壤有效磷含量差異明顯的情況下，土壤有效磷含量越高，粗脂肪含量和熱值較高，灰分含量較低。說明土壤有效磷含量的增加能夠提高針葉的粗脂肪含量和熱值，降低其灰分含量，增強(qiáng)其燃燒性。

表6 典型樣品理化性質(zhì)與土壤有效磷含量的對比Table 6 Comparison of physicochemical properties with soil available

3 結(jié)論與討論

土壤有效磷含量的增加，能夠在一定程度上增加滇中地區(qū)5 種常見針葉粗脂肪含量和熱值、降低灰分含量。分別對生長在海拔、坡向、土壤質(zhì)地、林分類型以及小生境相似的采樣品進(jìn)行對比研究可知，土壤有效磷對針葉理化性質(zhì)的影響有利于增強(qiáng)其燃燒性。

土壤有效磷含量的增加可以增加針葉粗脂肪含量和熱值，與朱朋波[23]、陳慧娟[26]等人研究所得結(jié)論相似。但本文還存在一定不足，例如，有研究表明，玉米、水稻等農(nóng)作物的土壤有效磷含量閾值為4.3～29.4 mg/kg[30,31]。當(dāng)土壤中有效磷含量高于農(nóng)學(xué)閾值時，土壤有效磷含量已不是限制植物生長的主要因素[32]。森林木本植物一般為多年生植物，生長周期較長，很少有關(guān)于森林木本植物土壤有效磷含量閾值的研究。若將農(nóng)作物土壤有效磷含量的農(nóng)學(xué)閾值作為參照依據(jù)，則滇中磷礦分布區(qū)表土有效磷含量大多遠(yuǎn)高于農(nóng)學(xué)閾值，故出現(xiàn)了表1～表5 中土壤有效磷含量對滇中地區(qū)5 種常見針葉理化性質(zhì)、燃燒性的影響總體上不是特別明顯的現(xiàn)象。此外，土壤其它營養(yǎng)成分的差異也是影響植物理化性質(zhì)的因素，施加氮肥能夠提高玉米中脂肪等成分的含量[33]，氮肥和鉀肥的施用會增加花生仁中的脂肪含量[24]，光照條件也是影響植物生長的重要因素[35]。在后續(xù)的研究中，也應(yīng)關(guān)注土壤中氮、鉀等其他元素以及光照條件等因素對植物理化性質(zhì)的綜合影響。如通過對人工林開展施肥實(shí)驗(yàn)，使某一土壤營養(yǎng)元素有明顯梯度、而其它營養(yǎng)條件相近，可以更加客觀地分析某一主導(dǎo)營養(yǎng)成份對植物理化性質(zhì)的影響，同時也可為確定森林植物土壤有效磷及其它營養(yǎng)元素的農(nóng)學(xué)閾值奠定基礎(chǔ)。在充分認(rèn)識土壤營養(yǎng)成份對植物理化性質(zhì)的影響大小、調(diào)查各地土壤營養(yǎng)條件的基礎(chǔ)上，可將土壤條件納入森林火險區(qū)劃因子中。磷肥的施用還能夠增加生物量的積累[36,37]，這也會對森林火災(zāi)的發(fā)生和蔓延產(chǎn)生影響。尤其在樹冠層可燃物載量大時，極易形成立體燃燒，難以撲救。因此，在滇中地區(qū)，要通過計劃燒除、可燃物安全利用等技術(shù)措施加強(qiáng)可燃物調(diào)控力度，為保障森林安全奠定良好的基礎(chǔ)。