作者:张晴丹 彭科峰 来源:中国科学报 发布时间:2015/8/10 9:31:40
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研究发现高强度火烧将造成草地土壤肥力恶化

 

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“刀耕火种”的传统农业种植模式在山区仍然存在,而导致“刀耕火种”模式盛行的一个原因是:老百姓一直坚持“烧山肥地”的观点。

■本报见习记者 张晴丹 记者 彭科峰

很久以来,中国人认为在冬季将山上的荒草、灌木丛点火烧光,可以给山坡土壤增加肥力。而在四川西南部,尤其是甘孜州和凉山州等该区域,“刀耕火种”的古老耕作习俗也影响着当地人的生活。但事实真的如此吗?烧山真的能够肥地吗?

近日,中科院成都生物研究所研究员潘开文课题组经过研究发现高强度火烧将造成草地土壤肥力恶化,该研究结果与传统意义上“烧山肥地”的耕作方式大相径庭,这为当地畜牧业的可持续发展提供了理论基础。

一场大火之后的研究

四川西部,亚高山和高山草地资源丰富,是全国第五大牧区。在这一区域内,尤其是甘孜州南部、凉山州、攀枝花市,因为这些地方降雨量较少、蒸发量较大,气候相对干燥,森林和草地火灾发生频繁。

“甘孜州林科所有一个统计数据显示,在实施天然林资源保护工程以前,甘孜州地区的森林因为大火造成的面积的损失基本上和砍伐的面积差不多,这对大自然的创伤比较大。”潘开文告诉《中国科学报》记者。

但是,由于受到文化、地理等限制, 草地火生态学研究长期处于空白。导致学术界和政府管理部门对川西草地生态系统对火烧的响应机制和火生态效应知之甚少。

然而,2010年发生在甘孜州道孚县的一场举国震惊的“12·5”特大草地火灾,草地过火面积约500亩,给当地人民群众生命安全和草地牧草资源带来了极大的损失,瞬间让科学家意识到这项研究的重要性,这次火灾也成为了潘开文研究川西草地火生态学的“敲门砖”。

“火灾造成的损失很大,我们就开始琢磨它带来的生态学效应是什么,会带来什么样的生态后果,这些信息十分缺乏,于是我们带着这些问题开始了这方面的研究。”潘开文表示。

此外,这个区域由于生产力低下,“刀耕火种”的传统农业种植模式在山区仍然存在,而导致“刀耕火种”模式盛行的一个原因是:老百姓一直坚持“烧山肥地”的观点。

因此,当地“刀耕火种”的传统农业种植模式是否在这个区域适合,也成为了他们研究的主要对象。

烧山并不能肥地

为了更好地开展研究,潘开文课题组以此次火烧事件为研究背景,通过这个“天然的实验场地”开始了一系列繁琐的实验过程。

当时,由于在同一坡面中间有一条浸蚀沟,这条沟成为了草地的防火隔离墙,使得沟的一边有火烧,另一边没有火烧。“这样,我们从沟谷下部到沟谷上部设置样地进行取样调查,相互之间可以进行火烧或没有火烧的比较生态学研究。”

但是,由于调查区域不通车,考察组成员需要徒步前往,采集土壤和植物样品,下山返回时,每人还要背很重的样品。特别是过火地区坡度较陡,一不小心就容易坠入山沟,给野外调查带来了极大的困难。

这些并没有阻挡研究团队的脚步,他们历经艰险成功取得了样品(包括土壤和植物叶片)并带回实验室后,做了大量的分析和测试,比如通过枯燥的土壤、植物样品化学测试,通过土壤微生物分析以及数据统计分析等。

研究团队发现,高山草甸过火后,土壤氮含量显著降低,磷、钾含量基本保持不变,土壤氮磷比、氮钾比明显降低,标志着火烧造成土壤氮素的大量损失,土壤氮相对磷、钾而言,供应更加缺乏。

受此影响,多数非豆科优势植物叶片氮浓度降低,碳氮比增加,叶片质量下降,而豆科植物叶片碳氮浓度及其比值不受火烧的影响。

同时,土壤氮磷、氮钾等计量关系的变化也使土壤微生物群落组成发生改变,对过火地土壤地力造成潜在影响。

“我们的研究结果与传统意义上的该区域内‘烧山肥地’的观点不一致。”潘开文表示,火烧并没有肥地,而是导致土壤养分减少,尤其是土壤氮、磷更加缺乏,土壤质量降低。

因此,潘开文团队认为火烧破坏了丘状高原的植被,导致该区域易因为雨水冲刷而水土流失严重,造成土壤养分的缺失,“火烧作为川西丘状高原地区提高草场肥力的技术手段需谨慎实施”。

开辟火生态学效应研究新道路

在此之前,这个区域的草甸火生态学知识严重缺乏。潘开文课题组的研究成果为当地火生态学效应研究开辟了道路,这对川西草场用火管理和过火地牧草资源恢复有很强的指导意义。

“这个研究,不仅使我们认识到火烧会造成人员伤亡和植被损失,还让我们认识到了土壤养分退化的‘潜在损失’,充分帮助我们意识到火烧以后的后果。”潘开文指出,同时还证明了传统的管理模式和耕作思路在丘状高原不一定适用。

此外,在草地或者森林火烧后,研究成果为应该怎样去恢复植被提供了一些参考依据。

比如,由于火烧降低了土壤氮等养分,影响非豆科植物对氮的吸收,并降低了非豆科植物叶片氮的含量,从而导致非豆科植物归还到土壤中的氮减少,因此,火烧导致草地在较长时期内,土壤氮等营养元素缺乏。所以,对火烧迹地的生态恢复,可以通过人工添加氮、磷等养分,从而维持地力,提高土壤质量。

除此之外,火烧对豆科植物叶片氮的含量没有影响,而且其邻近的伴生的非豆科植物叶片氮的含量也没有受到影响。因此,在恢复草地时的物种选择方面,可以人为补植豆科植物,通过豆科植物的固氮特性,增加土壤氮的含量,提高对非豆科植物氮的供应,从而维持草地生态系统的生产力和土壤地力。

“下一步,我们将会在川西地区的高寒草地开展草地控制性火烧研究,比如用人为计划火烧加快地面营养物质归还速率、去除狼毒等有害植物,研究科学使用火烧管理草地的技术方法,此外,高寒平坝地区草地火烧如何影响土壤养分和植物群落等,也需要进一步开展研究。”潘开文表示。

《中国科学报》 (2015-08-10 第6版 进展)
 
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