森林火灾的发生和蔓延受到天气^[1]、地理环境^[2]和可燃物燃烧性的影响。可燃物燃烧性是评价森林火灾危险性的一个重要指标^[3-7]，受其自身含水率、粗脂肪含量、灰分含量、热值等理化性质的影响。学者们常根据可燃物的理化性质评估其燃烧性^[8-10]。

磷是植物所必需的营养元素之一，在植物生长过程中起重要作用。已有研究表明，土壤磷的增加会对植物理化性质产生影响，如吴家旺^[11]研究发现，在酸性土壤中施磷肥可降低红三叶(Trifolium pretense Linnaeus)的粗灰分含量。周录英等^[12]研究发现，磷肥的施用能明显提高花生籽仁的脂肪含量。陈慧娟等^[13]研究发现，五节芒[Miscanthus floridulus (Labillardière) Warburg ex K. Schumann & Lauterbach]的热值随磷肥使用量的增加而增大。汤宏等^[14]研究发现，磷肥处理后烟叶的燃烧性增强。以上研究均是人为改变土壤中的磷含量对植物理化性质及燃烧性产生的影响，未涉及到自然条件下土壤有效磷含量对森林木本植物理化性质与燃烧性的影响。森林土壤与森林火灾的相互关系是林火生态学的研究范畴，其中森林火灾对森林土壤的影响涉及对土壤养分含量和土壤理化性质的影响^[15-17]。如OTERO et al^[18]研究发现，林火对土壤磷组分和磷的吸附解吸有显著的短期影响，并且直接影响土壤理化性质。在土壤对森林火灾的影响方面研究较少，对森林可燃物理化性质、燃烧性与土壤有效磷含量的关系鲜有报道。

滇中地区分布有许多浅层磷矿^[19-20]，磷矿分布区表土的有效磷含量高于非磷矿分布区，历史上有许多重特大森林火灾就发生在磷矿分布区。银荆(Acacia dealbata Link.)、蓝桉(Eucalyptus globulus Labill.)和滇青冈(Cyclobalanopsis glaucoides Schottky)均为滇中地区常见的常绿阔叶树种，常受森林火灾危害。研究滇中地区上述3种阔叶树种叶片的燃烧性与土壤有效磷含量的关系，探索滇中森林火灾多发的原因，可为正确认识滇中森林火灾分布规律、合理选择滇中重点火险区森林火灾治理手段提供科学依据。

1 研究区概况与研究方法 1.1 研究区概况与试验材料

研究区位于云南省中部(102°22′08″~103°12′49″E，24°19′09″~26°11′25″N)，各采样地概况见表 1。以银荆、蓝桉、滇青冈3个常绿阔叶树种的叶片为研究对象，在森林防火期进行采样。采样时，3个树种均未处于叶轮换期, 从滇中地区大量森林火烧迹地调查发现，活叶是树冠火燃烧的主要可燃物，而火灾中活枝的消耗量相对较少，故采集长度30 cm以上的带叶小枝。取采样植株根部30 cm深处土壤测定有效磷含量，在每个采样点每种树至少采集3株。将带叶小枝带回实验室取叶为试验样品，再将样品在85 ℃条件下烘干后粉碎，过0.25 mm筛后保存备用。土壤样品风干备用。

1.2 试验方法

将从同一个采样点采集的多株同种植物和土壤视为同一批次的样品，测定植物叶片的粗脂肪含量、灰分含量、热值以及相应土壤的有效磷含量。粗脂肪含量的测定采用索氏提取法，所用仪器为上海新嘉公司生产的SZF-06A型脂肪测定仪，称取质量约为1 g的样品用滤纸包好，用石油醚浸泡24 h，再用脂肪测定仪在80 ℃下浸提8 h后取出，风干后在烘箱中烘至绝干，测定剩余样品质量。粗脂肪含量的计算公式如下：

$A/\% = ({m_0} - {m_1})/{m_0} \times 100 $

(1)

式中：A表示粗脂肪含量(%)；m₀表示浸提前的样品质量(g)；m₁为浸提后的样品质量(g)。

灰分含量的测定采用干灰分法，所用仪器为上海崇明公司生产的XS2-2.5-12型箱式电炉。称取质量约为1 g的样品装入坩埚内，将坩埚放入炉腔中，待样品灰化后，测定灰分质量，其计算公式如下：

$B/\% = {M_0}/{M_1} \times 100 $

(2)

式中：B表示灰分含量(%)；M₀表示灰分质量(g)；M₁表示绝干样品的质量(g)。

热值的测定采用上海昌吉公司生产的XRY-1C型微机氧弹热量计。称取质量约为1 g的备用样品装入坩埚，将坩埚置入弹筒后在2.5~3.0 MPa条件下往弹筒内缓缓充入氧气，充氧结束后进行点火试验。由计算机采集试验过程数据并计算结果，读取弹筒发热量作为样品的热值。

土壤有效磷含量的测定采用0.5 mol·L^-1的NaHCO₃浸提-钼锑抗比色法，其计算公式如下：

$c = \rho VD/m $

(3)

式中：c表示土壤有效磷含量(mg·kg^-1)；ρ表示由标准曲线所得的测定溶液的质量浓度(μg·mL^-1)；V表示显色液体积(mL)；D为分取倍数；m表示风干样品质量(g)。

1.3 样品分析

对植物叶片理化性质、燃烧性与土壤有效磷含量的关系进行分析。分析植物叶片理化性质与土壤有效磷含量的关系时，对在同一采样点采集的同批次植物叶片的粗脂肪含量、灰分含量、热值随土壤有效磷含量的变化情况进行分析。统计随土壤有效磷含量升高，粗脂肪含量升高、灰分含量降低、热值增大的样品批次所占比例。初步分析发现，随着土壤有效磷含量升高，来自同一地点的同种植物样品，粗脂肪含量升高、灰分含量降低、热值增大。由于大多数样品取自安宁市，其余采样地点与安宁市距离不远，故以安宁市为例，研究土壤有效磷含量与植物叶片理化性质以及燃烧性的相关性。

1.4 数据处理

以植物叶片理化性质为评价指标，计算叶片燃烧性综合指数，分析植物叶片燃烧性与土壤有效磷含量的相关性。计算燃烧性综合指数时，需利用主成分分析法确定各指标的权重，并求出各指标的隶属度值，再根据权重和隶属度值计算叶片燃烧性综合指数。

将粗脂肪含量、灰分含量、热值作为数据源，采用主成分法确定3项指标的权重。权重为每个评价指标的公因子方差在公因子方差总和中所占权重，利用公式(4)计算各项指标的权重^[21]。

${z_i} = {\delta _i}/\sum\limits_{i = 1}^n {{\delta _i}} , 且\sum\limits_{i = 1}^n {{z_i} = 1} $

(4)

式中：z_i表示第i个指标的权重；δ_i表示第i个指标的公因子方差。

采用连续性质隶属度函数，根据主成分因子载荷量值的正负性，确定隶属度函数分布的升降性，根据隶属度函数计算各指标隶属度值。

升型分布函数，即：

$y\left( {{a_i}} \right) = \frac{{{a_i} - {a_{\min }}}}{{{a_{\max }} - {a_{\min }}}} $

(5)

降型分布函数，即：

$y({a_i}) = \frac{{{a_{\max }} - {a_i}}}{{{a_{\max }} - {a_{\min }}}} $

(6)

式中：y(a_i)表示各项指标的隶属度值；a_i表示各指标的测定值；a_max表示各指标测定值中的最大值；a_min表示各指标测定值中的最小值。

利用加权综合方法，建立可燃性指数综合评价的数学模型，计算出可燃物燃烧性综合指数。

$Y = \sum\limits_{i = 1}^n {[{z_i} \cdot y({a_i})]} $

(7)

式中：Y表示可燃物燃烧性综合指数，数值越大，燃烧性越强。

数据的统计与分析利用SPSS Statistics 26.0和Excel软件完成。

2 结果与分析 2.1 叶片理化性质与土壤有效磷含量的关系

土壤有效磷含量对3种植物叶片理化性质的影响如表 2所示。当土壤有效磷含量升高时，银荆和滇青冈叶片的粗脂肪含量升高、热值增大，灰分含量降低，但其对蓝桉叶片理化性质的影响不如银荆和滇青冈明显。

安宁市3种植物叶片的理化性质与土壤有效磷含量的相关性检验结果如表 3所示。3种阔叶植物叶片的理化性质与土壤有效磷含量的相关性并不是很明显，且相关性较弱。

为直观地观察土壤有效磷含量与叶片理化性质的关系，采用散点图对其进行分析。土壤有效磷含量与银荆、蓝桉、滇青冈叶片理化性质的关系散点图分别如图 1、图 2、图 3所示。土壤有效磷含量升高，植物叶片的粗脂肪含量升高；但其对灰分含量和热值的影响因树种而异，土壤有效磷含量升高，银荆叶片灰分含量升高，蓝桉和滇青冈叶片灰分含量降低；土壤有效磷含量升高，银荆与滇青冈叶片热值增大，但蓝桉叶片的热值减小。

2.2 叶片燃烧性与土壤有效磷含量的关系

植物叶片燃烧性受粗脂肪含量、灰分含量以及热值等多个因素共同作用的影响，但各指标对燃烧性的影响程度不完全相同，因此，在利用燃烧性综合指数法对其燃烧性进行综合评价时，需先求得各指标的权重。各指标的公因子方差和权重见表 4。粗脂肪含量、灰分含量和热值对植物叶片燃烧性的影响程度接近但不完全相同，这与梁瀛等^[21]的研究结果一致。

各指标的隶属度和叶片燃烧性综合指数见表 5，燃烧性综合指数代表燃烧性的强弱。由表 5可知，土壤有效磷含量在一定范围内，植物叶片的燃烧性是随着土壤有效磷含量升高而增强的，土壤有效磷含量在10.80~42.27 mg·kg^-1之间，银荆叶片燃烧性随土壤有效磷含量升高而增强；土壤有效磷含量在44.58~74.30 mg·kg^-1之间，蓝桉叶片燃烧性随土壤有效磷含量升高而增强；土壤有效磷含量在4.08~20.01 mg·kg^-1之间，滇青冈叶片燃烧性随土壤有效磷含量升高而增强。

为探究植物叶片燃烧性与土壤有效磷含量的相关性，对土壤有效磷含量与燃烧性综合指数进行相关性检验，结果如表 6所示。土壤有效磷含量升高能够显著增强滇青冈叶片的燃烧性，对银荆和蓝桉叶片的燃烧性虽有一定程度增强，但效果并不明显。

为直观地观察叶片理化性质与土壤有效磷含量的关系，采用散点图对其进行分析，结果如图 4所示。土壤有效磷含量升高能够在一定程度上增强3种植物叶片的燃烧性。

2.3 典型样品理化性质分析

在安宁市的各批次样品中，选取样地坡向、土壤质地、小生境相似，具有可比性的试验数据进行比较，分析不同采样地点相同树种的理化性质与土壤有效磷含量的关系，结果如表 7所示。土壤有效磷含量升高，植物叶片的粗脂肪含量升高、热值增大，灰分含量降低，这些理化性质的变化有利于增强植物叶片的燃烧性。

3 讨论与结论

土壤有效磷含量升高能够在一定程度上增加银荆、蓝桉和滇青冈叶片的粗脂肪含量和热值，降低灰分含量。随着土壤有效磷含量的升高，叶片燃烧性呈现增强趋势，滇青冈叶片燃烧性与土壤有效磷含量具显著的正相关关系，这与红三叶^[11]、花生籽仁^[12]、五节芒^[13]、烟草^[14]等植物的研究结果一致。银荆、蓝桉均为速生的外来树种，具有较强的化感作用，林下易燃可燃物载量较小，不易形成高强度的地表火，因此，要预防磷矿分布区银荆、蓝桉幼龄林火灾和中龄林、成熟林林缘火灾。滇青冈为滇中地区乡土树种，火后恢复快，要加强对磷矿分布区滇青冈树木枝条修剪、林缘可燃物清理工作，预防树冠火的发生。

试验样品来自滇中不同地区，具有一定代表性，但由于采样时间、地点跨度较大，不同批次的样品不具有完全意义上的可比性，并不是所有取样点同种植物呈现燃烧性随土壤有效磷含量升高而增强的一致变化规律。本研究只考虑了土壤中有效磷含量与叶片理化性质及燃烧性的关系，土壤中氮和钾等元素也会影响植物理化性质，如氮肥能够提高玉米中脂肪等成分的含量^[22]，钾肥能够显著提高羊草[Leymus chinensis (Trinius ex Bunge) Tzvelev]的粗脂肪含量^[23]，钾肥可以增强花生籽中相关酶的活性从而提高花生籽中粗脂肪的含量^[12]。

由于农学阈值的存在，土壤有效磷含量对植物的影响并不明显，而森林木本植物生长周期长，生长环境多样，关于森林木本植物土壤有效磷含量阈值的研究极少。若以农作物土壤有效磷含量的农学阈值作为参照(如玉米、水稻等农作物的农学阈值在4.3~29.4 mg·kg^-1之间^[24])，则滇中磷矿分布区表土有效磷含量大都远高于农学阈值。当土壤中有效磷含量超过农学阈值时，土壤有效磷含量已不是限制植物生长的主要因素^[24]，这可能是导致银荆、蓝桉叶片理化性质、燃烧性与土壤有效磷含量相关性不显著的原因之一。

今后的研究可通过施肥试验，采用控制变量法，即在土壤低磷地区选取位置和生长状况相近的植物开展施磷肥试验，形成其他条件相近、有效磷含量有明显梯度的土壤环境，使磷成为影响植物理化性质和燃烧性的主导因子，可以更客观地分析土壤有效磷含量与植物理化性质和燃烧性的关系，同时也可为确定森林植物土壤有效磷含量的农学阈值奠定基础。在施肥试验基础上，定量分析土壤条件与植物理化性质、燃烧性的关系，进而分析土壤、气候、火源等条件对历史森林火灾的影响程度，从而筛选出某一地区森林火灾的主导因子。对土壤条件与森林火灾关系密切且土壤条件差别大的地区，建议将土壤条件纳入森林火险区划因子、火险预报影响因子，可以更加客观、精准地区别不同林地条件的火灾风险程度。

当土壤有效磷含量升高时，银荆、蓝桉、滇青冈3种滇中地区常见的常绿阔叶树种叶片的粗脂肪含量均升高，但其对灰分含量和热值的影响在不同树种之间有所差别。土壤有效磷含量升高能够提升植物叶片的燃烧性，对滇青冈的提升效果最显著。