不同火强度对河北平泉油松林土壤有机碳及土壤养分影响

选择河北省平泉县油松林火烧迹地为研究区, 按照过火林地燃烧状况, 划分轻度火烧(L)、中度火烧(M)、重度火烧(H)3 个强度的林地作为研究样地, 选择相邻未过火林地(CK)作为对照样地。以0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm 的顺序采集土壤样品。样品用于分析不同火烧影响下土壤有机碳(SOC)、土壤养分中铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^- -N)、全氮(TN)、全钾(TK)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效钾(AK)、速效磷(AP)含量和土壤pH 值变化, 以及土壤有机碳和土壤养分其在火烧之后不同土层深度之间的数值波动。结果表明: (1)不同火烧强度对土壤有机碳含量差异影响显著(P<0.05), 与未过火林地相比, 中度、轻度火烧的土壤有机碳含量降低, 重度火烧土壤有机碳含量增加; 土壤有机碳含量变化随土层深度增加而降低; (2)不同火烧强度对土壤养分中所有指标的差异性显著 (P < 0.05), 不同土层深度之间的数量变化明显。铵态氮含量在各土层均表现为重度火烧后增加, 中、轻度火烧则减少; 硝态氮含量受轻度、中度、重度火烧后在各土层整体增加; 速效氮含量在0-10 cm 土层轻度、中度、重度火烧后增加, 在10-20 cm 土层中度、重度火烧后减少而轻度火烧后增加, 在20-30 cm 土层重度和轻度火烧后增加, 中度火烧后减少。轻度、中度、重度火烧后的全氮和全磷含量在各土层整体降低。速效磷含量在0-10 cm 土层受重度和轻度火烧后增加, 10-20 cm、20-30 cm 土层重度、中度、轻度火烧后含量皆减少。全钾含量在0-10 cm 土层重度、轻度火烧后含量降低, 中度火烧后含量增加, 10-20 cm土层火烧后含量均会增加, 20-30 cm 土层火烧后含量均会降低。速效钾含量受重度、中度、轻度火烧后在各土层含量均会减少; (3) 不同火烧强度与土壤pH 值差异性极显著(P < 0.01), 火烧后pH 值上升。上述结果可为研究林火干扰后土壤有机碳和土壤养分的变化规律, 以及火烧迹地植被恢复的研究提供参考。     

火烧强度和火后恢复时间对大兴安岭森林土壤有机碳含量的影响

在大兴安岭针叶林生态系统中,林火是驱动森林结构与功能变化的主要因子之一,对土壤碳循环过程产生了深刻影响.本研究在大兴安岭林区选择不同火烧强度(轻度、中度、重度)和火烧年份(1987-2012年)的火烧迹地开展野外调查,分土壤发生层(O层、A层、AB层、BC层、C层)采集样品,采用双因素方差分析和多重比较法,分析了火烧强度和火后恢复时间对森林土壤有机碳含量的影响.结果表明: 中度和重度火烧后,土壤O层有机碳含量呈逐年上升趋势;A、B层土壤有机碳含量在轻、中度火烧后呈逐年下降趋势,其随时间的变化情况为火后3年>火后5年>火后10年>火后10年以上,在重度火烧后的10年之内呈逐年上升趋势,但在火后10年以上又迅速下降;BC层有机碳含量变化无明显规律.     

林火干扰对广东省桉树林生态系统碳密度的影响

林火作为森林非连续的生态因子,引起森林生态系统碳库碳储量与碳分配的变化,影响森林演替进程及固碳能力。以桉树林不同林火干扰强度的火烧迹地为对象,采用相邻样地比较法,以野外调查采样与室内试验分析相结合为主要手段,研究不同林火干扰强度对森林生态系统各碳库及生态系统碳密度变化和空间分布格局的影响,探讨林火干扰对生态系统碳密度与碳分布格局的影响机制。结果表明:林火干扰降低了植被碳密度(P<0.05),轻度、中度和重度林火干扰样地植被碳密度依次为67.88、35.68和15.50 t·hm^-2,相比对照分别下降了15.86%、55.78%和80.79%;在轻度、中度和重度林火干扰样地中,凋落物碳密度分别为1.43、0.94和0.81 t·hm^-2,相比对照分别降低了28.14%、52.76%和59.30%;不同林火干扰强度样地土壤有机碳密度均低于对照,且减少幅度随土壤剖面深度增加而逐渐变小,轻度、中度和重度林火干扰样地土壤有机碳密度分别为103.30、84.33和70.04 t·hm^-2,相比对照分别下降了11.67%、27.89%和40.11%;轻度、中度和重度林火干扰后桉树林生态系统碳密度分别为172.61、120.95和86.35 t·hm^-2,相比对照依次下降了13.53%、39.41%和56.74%;林火干扰降低了桉树林的碳密度,表现为随林火干扰强度增加,碳密度呈递减的规律;与对照相比,轻度林火干扰强度对桉树林碳密度的影响不显著(P>0.05),而中度和重度林火干扰强度对桉树林碳密度的影响差异显著(P<0.05)。     

大兴安岭不同火烧年限森林凋落物和土壤C、N、P化学计量特征

测定大兴安岭林区不同火烧年限(火后4、14、40、70和120年内未火烧)、不同坡度(坡地、平地)凋落物和土壤C、N、P含量及其化学计量比,分析火烧对凋落物和土壤养分的长期影响及两者之间的关系.结果表明: 不同火烧年限凋落物和土壤C、N、P化学计量特征差异显著,凋落物C含量变化不大.凋落物N、P含量随火烧年限的增加而增加,在火后4和14年较低,在火后40年恢复到对照(未火烧)水平.凋落物C∶N和C∶P值随火烧年限增加而下降,N∶P值则呈上升趋势.土壤C、N、P含量及其比值随土层深度增加而降低.坡地土壤C含量随火烧年限增加而增加,在火后70年显著高于对照,在平地差异不显著.火烧年限和坡度的交互作用影响土壤P含量和C∶P值.坡地土壤P含量在火后4年高于对照,而平地在火后40年高于对照;坡地C∶P值在火后14年达到对照水平,而平地与对照差异不显著.冗余分析表明,有机质层土壤的坡度效应大于年限效应,矿质层土壤主要受年限效应影响.火后4和14年凋落物及土壤养分含量低于对照,随着火烧年限的增加,植被生长迅速同时凋落物分解加快,凋落物质量及土壤养分质量不断提高,在火后40年恢复到未火烧水平,趋于稳定状态.     

火烧对中国北亚热带天然马尾松林土壤有机碳的影响

以北亚热带天然马尾松火烧迹地为研究对象,对火灾1年后0~50 cm各土层土壤有机碳和土壤养分含量变化进行分析。结果表明:火灾后各层土壤总有机碳、易氧化碳和轻组有机质含量均高于对照样地,增幅分别为4.5%~47.6%、6.6%~43.0%和9.0%~49.1%,且在0~10 cm和10~20 cm土层中差异极显著(P0.01);火灾发生1年后在0~50 cm土壤剖面土壤有机碳储量相比对照样地增加了23.8%(P0.01);过火后土壤总有机碳、易氧化碳和轻组有机质与土壤养分(全氮、水解氮、速效钾)的相关性均达到极显著水平(P0.01)。火后土壤有机碳增加的主要原因是植被层未充分燃烧的有机残体的混入。     

林火干扰对广东木荷林生态系统碳库的影响

森林碳库在调节CO₂浓度及减缓温室效应中发挥重要作用。选择广东木荷林为研究对象,通过相邻样地法,进行植被生物量、凋落物生物量和土壤样品的采样与分析,研究不同林火干扰强度对生态系统各碳库(植被、凋落物和土壤有机碳)及生态系统碳库产生的变化规律和空间分布格局及其影响因素。结果表明:(1)植被碳密度随着林火干扰强度增强而减少,但不同组分的植被碳密度表现不同,乔木碳密度在不同林火干扰强度下变化与植被碳密度变化一致,而草本碳密度则呈现相反的变化趋势。相同林火干扰强度下,植被各组分碳密度均以乔木层降低幅度最大。林火干扰均显著降低了凋落物碳密度(P<0.05),并随林火干扰强度的增加其降低幅度增大,但不同林火干扰强度对凋落物碳密度的影响有所差异。林火干扰降低了土壤有机碳密度,且降低幅度随土层深度增加而逐渐变小。(2)林火干扰有效改变了生态系统碳库的空间分布格局。对照样地木荷林土壤有机碳库占比为61.59%,重度林火干扰后,土壤有机碳库占比为70.96%呈上升趋势,占生态系统碳库的优势地位,而植被和凋落物碳库占比呈下降趋势,处于生态系统碳库的次要地位。(3)双因素方差分析表明,林火干扰强度和土层深度及其交互作用均对土壤有机碳密度有显著影响。林火干扰强度解释了土壤有机碳密度变异的8.78%,土层深度解释了土壤有机碳密度变异的70.29%,林火干扰强度和土层深度之间的交互作用解释了土壤有机碳密度变异的8.16%。研究发现:林火干扰降低了生态系统碳库,且随林火干扰强度增加,生态系统碳库减少幅度增大。轻度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异不显著,而中度和重度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异显著。研究结果对深化亚热带森林固碳效应的影响机制提供理论支撑。     

黑龙江省大兴安岭林区火烧迹地森林更新及其影响因子

林火干扰是大兴安岭森林更新的影响因子之一,研究火烧迹地森林更新的影响因子(立地条件、火前植被、火干扰特征)对理解生态系统的结构、功能和火后演替轨迹具有重要意义。选取呼中及新林林业局55个代表性火烧样地,利用增强回归树分析法分析了火烧迹地森林更新的影响因素。结果表明:(1)立地条件是影响针、阔叶树更新苗密度的主要因素;海拔对针叶树更新苗密度的影响最大;坡度对阔叶树更新苗密度影响最大;(2)距上次火烧时间对针叶树更新苗比重影响最大,其次是林型;(3)中度林火干扰后森林更新状况好于轻度和重度火烧迹地。根据火烧迹地森林更新调查分析可知:林型影响火后演替模式,火前为针叶树或阔叶树纯林,火后易发生自我更新(火后树种更新组成与火前林型相同),而针阔混交林在火干扰影响下易于发生序列演替(火后初期以早期演替树种更新为主)。     

临安次生灌丛植物多样性对林火烈度空间异质性的响应

以同一过火3a后临安市太阳镇天然次生灌丛为对象,采用样地调查法按不同林火烈度设置火干扰样地进行植物群落调查,以检验林分内部的林火烈度异质性是否与局部的植物多样性变化相关。结果表明:研究区共有高等植物83种,分属于38科67属,群落区系组成以亚热带科属为主,表现出常绿阔叶林已退化过渡到位于演替早期阶段的落叶次生灌丛群落的性质;低林火烈度对灌木层的树种组成有影响,但不明显;中烈度林火对灌木层的物种组成影响较大;低、中林火烈度下草本层的物种组成变化都很明显;灌木层的物种数和多样性指数都表现出低烈度火未火烧中烈度火的趋势;草本层的物种数、多样性指数和均匀度指数表现出中烈度火低烈度火未火烧的趋势;草本层的物种组成和多样性受林火烈度的影响较灌木层更大。研究表明次生灌丛群落过火区内部林火烈度异质性在初期会引起植物多样性的响应差异;低烈度火干扰可以增加次生灌丛生物多样性、促进群落更新;中烈度火干扰下木本植物物种多样性丧失较大,而草本植物多样性显著增加,不利于群落的正向演替。     

大兴安岭火烧迹地恢复初期土壤微生物群落特征

对大兴安岭兴安落叶松2003年重度和中度火烧迹地以及未过火样地的土壤微生物群落进行了考察,旨在揭示火烧迹地恢复初期土壤微生物群落变化特征。研究结果表明火烧迹地土壤养分(全氮、全碳、土壤有机质、有效氮)和土壤水分与未过火对照样地存在显著差异;火烧迹地土壤微生物量碳氮、微生物代谢活性以及碳源利用能力均显著高于对照样地;但火烧迹地与对照样地土壤微生物群落结构指标土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)以及多样性指数没有显著差异。相关分析结果表明:土壤微生物量、代谢活性和碳源利用能力与土壤养分指标(全碳、全氮、速效氮、有机质)和土壤水分含量有显著相关性。主成分分析的结果表明火烧与否是火烧样地与对照样地土壤微生物对碳源利用能力差异的原因。所有样地土壤微生物群落真菌比例较高,可能与该地区土壤酸碱度有关(pH=4.12—4.68)。经过6a的恢复,重度和中度火烧迹地的土壤养分和水分、土壤微生物群落的生长、代谢、以及群落多样性仍存在差异,但均不显著,表明此时火烧程度对土壤微生物群落的影响已很微弱。     

兴安落叶松林火烧迹地土壤理化性质驱动因子

探索火烧迹地土壤理化性质的驱动因子是解释生态系统响应火干扰机制的重要组成部分。旨在分析兴安落叶松林火烧迹地土壤理化性质的决定因子，深入认识火干扰在北方森林生态系统所扮演的角色，为北方森林火烧迹地火后恢复、林业可持续发展提供科学支持和理论依据。以过火后1 a的兴安落叶松林火烧迹地为研究对象，设置了不同火烈度和立地条件的火烧迹地及对照研究样地共计35块。在每个研究样地记录了树种、胸径、存活状态等乔木数据，测量了坡向、坡位、坡度、海拔等地形数据，利用植被变化情况量化了火烈度。分别采集了0—5 cm和5—10 cm的土壤样品并测定其9种理化指标，对比了过火与未过火样地这些土壤理化指标的差异。然后，分析了各土壤理化指标与火烈度量化结果的关联趋势，比较了火烈度、地形和乔木因子对火烧迹地土壤理化性质的影响程度。与对照样地相比，火干扰提升了土壤理化指标观测值的离散程度，显著提高了0—5 cm土壤含水率(MC)(P<0.05)和5—10 cm土壤MC、总氮(TN)、总有机碳(TOC)含量(P<0.05)。土壤理化性质与火烈度有明显关联趋势的并不多，观察到0—5 cm土壤MC随火烈度指数的增加...     

火烧强度对兴安落叶松群落叶片功能性状及功能多样性的影响

林火是北方针叶林的重要生态因子,直接影响火烧迹地物种多样性及功能多样性,进而影响森林群落的演替.以牙克石地区火后自然恢复12年的兴安落叶松群落为研究对象,在群落尺度上分析火烧迹地土壤养分含量、叶片功能性状、物种多样性和功能多样性在不同火烧强度(轻、中和重度火烧)下的变化规律.结果表明: 火烧显著降低了土壤全氮含量,对土壤全磷含量无显著影响.轻、中度火烧有助于维持群落较高的物种多样性和功能多样性;中度火烧显著增加了群落的物种多样性,物种丰富度指数、Shannon指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数均在中度火烧时有最大值;火烧降低了群落的功能丰富度和功能离散度指数,二者分别在中、轻度火烧时最大(除未过火外),而群落的功能均匀度和二次熵指数在林火干扰后增加,轻度火烧后最大.随火烧强度增加,叶干物质含量、叶组织密度和叶磷含量总体呈显著增大趋势,而比叶面积、叶含水量、叶氮含量和叶N∶P则表现出未过火>中度火烧>轻度火烧>重度火烧的规律,叶片厚度呈先增大后减小的变化规律.火烧强度对森林群落的叶片功能性状和功能多样性均有显著影响,且适度的火干扰对森林群落的恢复具有促进作用.     

中度强度森林火灾对马尾松次生林土壤有机碳密度的影响

森林火灾作为森林非连续的干扰因子, 是生物地球化学循环的驱动因子, 显著改变生态系统的结构和功能及养分循环与能量传递, 引起森林碳库与碳分配格局的变化, 进而影响森林演替进程及固碳能力。该研究以广东省马尾松(Pinus massoniana)次生林为研究对象, 采用相邻样地比较法和空间代替时间法, 以野外调查采样与室内试验分析为主要手段, 定量研究突发性森林火灾对土壤有机碳密度的影响, 探讨森林火灾对土壤有机碳固持的影响机制。结果表明: 与对照相比, 森林火灾后的幼龄林、中龄林和成熟林的土壤有机碳密度分别为35.12、40.80和52.34 t·hm^-2, 依次降低了10.93%、8.52%和7.56%。相比对照, 幼龄林、中龄林和成熟林土壤剖面(0-60 cm)的土壤有机碳密度变化范围分别为5.04-7.76、5.26-10.27和6.33-13.58 t·hm^-2, 依次降低了2.51%-16.83%、1.31%-11.85%和1.09%-12.50%; 森林火灾显著降低了幼龄林和中龄林0-30 cm的土壤有机碳密度, 显著降低了成熟林0-20 cm的土壤有机碳密度。马尾松次生林土壤有机碳密度与土壤理化性质具有显著相关关系。通径分析表明, 对照样地和过火样地中, 土壤全氮含量均对土壤有机碳密度的直接作用最大, 土壤细根生物量对土壤有机碳密度的直接作用较小, 但其通过土壤全氮含量对土壤有机碳密度的影响均表现在间接作用上。嵌套方差分析表明, 土壤深度解释了土壤有机碳密度变异的70.60%, 林龄解释了其变异的25.35%, 森林火灾解释了其变异的2.34%。研究发现: 森林火灾减少了马尾松次生林各林龄的土壤有机碳密度。在水平方向上, 随着林龄增长, 土壤有机碳密度的减少幅度降低; 在垂直方向上, 土壤有机碳密度随着土壤土层深度加深而降低, 且随林龄增长减少幅度下降。研究森林火灾对森林生态系统土壤有机碳的影响, 有助于理解森林生态系统土壤碳固持和碳循环过程, 对制定旨在减缓全球变化的科学合理的林火管理策略具有重要意义。     

火烧对森林土壤有机碳的影响研究进展

对国内外火烧影响森林土壤有机碳动态的研究成果进行了综合述评。较多研究表明低强度火烧不会造成土壤有机碳贮量的明显变化,但火烧非常强烈而彻底,土壤有机碳明显减少。有限研究表明火烧对森林土壤呼吸的影响结果有增加、降低或无影响,因火烧强度、火后观测时间、森林类型、火烧迹地上植被恢复进程和气候条件等而异。同时,火烧对土壤有机碳组分(活性有机碳和黑碳)也具有不同程度的影响。随着全球变化研究的深入,火烧作为森林主要管理措施对大气CO2浓度影响亦愈来愈受重视,今后应着重开展以下几方面研究:(1)扩大气候和经营管理的变化对森林土壤有机碳贮量时空动态影响研究;(2)深入探讨火烧影响土壤CO2释放的过程及机理;(3)加强火烧历史和频率对黑碳影响的研究;(4)从广度和深度上加强火烧等经营措施对亚热带森林土壤碳动态影响的研究。     

火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响研究进展

土壤呼吸是陆地生态系统与大气碳交换的主要方式,主要分为自养呼吸和异养呼吸。土壤呼吸不仅是森林生态系统碳循环过程的关键环节,也是森林生态系统能量流动和物质循环的重要生态过程。火作为森林生态系统中一个重要的生态因子,可以在短时间内对土壤呼吸组分造成巨大的影响。火干扰对土壤呼吸组分的影响与火烧强度、火烧频率、火烧持续时间以及火后恢复等因子有关,通过影响植被的根系与组成、微生物群落数量与结构,凋落物的数量以及生态系统的环境和小气候等,进而对土壤呼吸产生影响。火干扰对土壤呼吸影响整体表现为火烧后土壤呼吸速率下降,在几个月至几年内恢复到火烧前水平,之后火继续对土壤呼吸产生影响长达数年至数十年。通过描述火烧强度、火烧频率以及火后恢复时间,阐述火干扰对土壤呼吸组分的直接影响,以及通过火后环境对土壤呼吸组分产生的间接影响,来揭示火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响。同时针对火干扰对土壤呼吸组分的影响进行以下3个方面的研究展望：（1）火后产生的黑碳对土壤呼吸组分的影响;（2）火后植被恢复对土壤呼吸组分产生的影响;（3）火后土壤呼吸组分的长期变化规律。     

Belowground nitrogen dynamics in relation to hurricane damage along a tropical dry forest chronosequence

Understanding and predicting the responses of plant communities to multiple overlapping disturbances remains a challenging task. Hurricane Wilma represents a large, yet infrequent type of disturbance that was superimposed on an existing disturbance gradient of time since fire. We examined disturbance and recovery patterns in response to these overlapping disturbances by measuring how canopy structure, fine roots, mycorrhizae, and soil nitrogen dynamics, varied along a fire chronosequence in the 2 years after Hurricane Wilma. Hurricane damage increased canopy openness in all seral stages. In the early-seral stage, canopy openness returned to pre-hurricane conditions within 2 years, whereas canopy openness in the late-seral stage remained significantly higher throughout the study. We observed no significant change in root length density in the early- and mid-seral stages. However, in the late-seral stage, root length density was significantly reduced immediately after the hurricane and remained so 2 years after the hurricane. In the late-seral stage, we also observed a significant reduction in percent soil nitrogen and a significant increase in soil nitrogen isotopic composition (δ¹⁵N) values, indicating a loss of soil nitrogen. In contrast, in the early- and mid-seral stages, there were no significant changes in percent nitrogen or soil δ¹⁵N values. Results from this study suggest that forest fire disturbance history influences responses to hurricane damage. Moreover, feedbacks between aboveground and belowground processes have the potential to influence forest recovery.     

基于CENTURY模型模拟火烧对大兴安岭兴安落叶松林碳动态的影响

火作为森林生态系统重要的自然干扰因子之一,对森林的碳动态有着不可忽视的影响.本研究使用CENTURY模型模拟了大兴安岭呼中林区兴安落叶松林的碳收支对不同强度火烧的响应.结果表明:在不同强度火烧后,土壤总碳库呈先升后降再逐渐恢复的变化趋势,而林分生物碳库则先降后升,其中,林分细小组分碳库的恢复速度明显快于大组分,各碳库的波动程度随火烧强度的增大而增大.森林植被的净初级生产力(NPP)和土壤异养呼吸在火后均先降后升,但NPP的恢复快于土壤异养呼吸,二者的动态变化改变了林分的碳源/汇作用.轻微火烧后,兴安落叶松林仍表现为弱碳汇,并很快恢复到火前水平;其他强度的火烧使兴安落叶松林在短期内(9～12年)表现为碳源,随后逐渐转为碳汇.较低强度的林火不仅可以促进落叶松林的更新、减少死可燃物,也不会对林分的碳汇功能造成太大影响;高强度的严重林火对土壤和林木碳库造成严重损失,延缓森林的恢复,并可使林分表现为较长时间的碳源.     

林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响研究进展

林火干扰是森林生态系统特殊而重要的生态因子,可改变生态系统的养分循环与能量传递。研究林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响,有助于理解森林生态系统中土壤碳固持和碳循环过程,为制定科学合理的旨在减缓全球变化的林火管理策略具有重要意义。从4个方面阐述了林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响及内在机制:分别从大尺度和小尺度两个方面阐述了林火干扰对土壤有机碳的影响及对森林生态系统碳循环与碳平衡的作用机制;探讨了不同林火干扰类型和林火干扰强度下,土壤活性有机碳对林火干扰的响应机制;阐明了林火干扰对土壤惰性有机碳的影响及作用机制;论述了林火干扰主要通过改变土壤有机碳的输入和输出过程进而影响土壤有机碳的稳定性及内在机制。最后提出了提高林火干扰对森林生态系统土壤有机碳影响定量化研究的4种路径选择:(1)全面比较研究不同林火干扰类型对土壤有机碳循环及其碳素再分配过程的功能特征;(2)进一步阐明林火干扰通过改变植被结构进而影响土壤生物群落结构,剖析土壤碳库循环的内在机制;(3)完善不同时空尺度下林火干扰对森林生态系统土壤碳库周转过程的定量化研究;(4)加强不同林火干扰类型土壤碳库稳定性差异的研究。