火干扰强度对亚热带四种森林类型土壤理化性质的影响

火干扰是通过改变土壤理化性质而影响土壤生态系统功能的重要因素之一。探讨火干扰强度对不同森林类型下土壤理化性质的影响,为利用火干扰促进林分更新及经营提供理论指导。2014年在湖南省株洲市和湘潭市4种次生林(枫香次生林、马尾松-木荷混交林、杉木-木荷混交林及檫木-杉木混交林)内设置16块20 m×20 m样地进行试验,研究了火干扰强度(对照、低强度、中强度、高强度火烧)和林分类型对土壤容重(BD)、土壤斥水性(SWR)、有机质(SOM)、pH、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)的影响。通过描述性统计分析、单因素方差分析和Fisher LSD检验研究各土壤性质在同一林分不同火干扰间,以及同一火干扰下不同林分间的显著性差异和变化趋势(P0.05)。研究发现BD、SWR、pH、TK都随火强度的增大呈上升的趋势,而SOM、TP随火强度增大而减少,TN则随火强度增大没有规律性变化。在同一林分内与对照组相比,低强度火烧对BD、SWR、pH和SOM的影响不显著,中强度有一定影响,而高强度火烧影响显著;而TN、TP、TK在火烧前后均无显著性差异。火干扰后,TN和TP在同一火强度下不同林分间均存在显著性差异(P0.05),而BD、pH值和TP在同一林分内不同火强度间均存在显著性差异(P0.05)。BD、SOM、pH、TK在枫香次生林内普遍显著大于其他林分。结果说明火干扰强度和林分类型在影响土壤理化性质方面起着重要作用。高强度火干扰对土壤性质影响最大,枫香次生林中土壤理化性质与其他混交林相比普遍存在显著性差异。BD、pH和TP受火强度影响显著,BD、SOM、pH、TN、TK和TP受林分类型影响显著。     

模拟火干扰对森林土壤微生物活性及氮矿化的影响

火干扰产生热能从而诱导土壤有机质的化学氧化,改变碳和氮转换,对土壤的结构与功能产生严重影响,影响程度取决于火强度、火干扰持续时间和热渗透。在湖南省株洲市高枧林场选取马尾松次生林火烧迹地,按两种土壤、3个温度和3种土壤水势进行试验设计与方差分析,探讨火干扰对土壤微生物及氮矿化的影响。结果表明:无机氮的浓度与火强度和初始土壤有机质含量呈正相关关系;火干扰后短期内土壤碳和氮浓度较高,微生物生物量碳和潜在可矿化氮较低,温度和土壤水势对基础呼吸速率没有显著影响;当土壤温度达160℃时,未受火干扰土壤中潜在可矿化氮浓度迅速不稳定增加,温度达350℃时破坏90%的非微生物组织;土壤加热后水势对氮矿化过程有显著影响,水势越高,潜在可矿化氮损失越大,火干扰土壤的含水量与硝态氮之间呈正相关关系;培养14d期间,土壤火灾历史、热处理和土壤水势对微生物活性、碳和氮矿化有显著影响,-1.5 MPa水势下加热到380℃后两种土壤的微生物生物量碳含量最高,土壤水势和可溶性糖呈负相关关系;水势和火干扰之间的交互作用显著影响微生物活性和氮转换,低水势土壤中的微生物生物量碳、可溶性糖和潜在可矿化氮浓度较高。     

我国亚热带典型树种抗火性状随林龄和器官的变异

在湖南省炎陵县青石冈国有林场选择杨梅、木荷、山矾、润楠、甜槠、青冈6种亚热带典型树种,通过测定植物不同龄组(幼龄林、中龄林、成熟林)和器官(叶、枝、皮)等指示抗火性状的形态及物理和化学性质,探究同一树种不同器官、龄组间抗火性差异以及不同树种抗火性的综合排序。结果表明: 抗火性在不同器官和龄组间均呈现显著差异;相对于枝和皮,叶片具有较高的含水率(53.7%)、较高的粗灰分含量(4.5%)和较低的粗纤维含量(23.9%);随着林龄的增长,树木抗火性呈现先降后增的规律,中龄林的含水率、粗灰分和粗纤维含量最低。各器官的综合抗火性能在不同物种间差异显著。树叶的抗火性排序为:润楠>甜槠>山矾>杨梅>木荷>青冈;树枝的综合抗火性表现为润楠、甜槠最强,其次是杨梅、木荷;树皮表现为木荷和甜槠的抗火性较强,抗火性最弱的为润楠和青冈。各物种的综合抗火性能综合得分呈现分异特征,其中抗火性最强的为木荷(1.033)和杨梅(0.526),润楠(-0.405)和青冈(-1.151)的抗火性最弱。因此,木荷和杨梅是我国南方亚热带森林防火林带的首选树种。     

火干扰对森林土壤斥水性的影响研究进展

土壤斥水性是指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的现象,很多植被类型及气候带森林存在土壤斥水性。土壤斥水性受水分、温度、干湿交替、土壤质地、植被类型等生物和非生物因子的影响。而火干扰是森林生态系统土壤斥水性的重要影响因子,使森林土壤斥水性增强,渗透率降低,地表截留体减少,从而增加地表径流和土壤侵蚀。就火干扰对土壤斥水性的发生机理及其对水文过程的影响进行了较为全面的总结和讨论,并指出目前存在的问题和未来的研究重点。森林火灾后火烧迹地地表径流和土壤侵蚀显著增加,定量预测火灾后土壤斥水性对径流与侵蚀的影响比较困难,因此,基于不同尺度和自然降雨的火灾后斥水性对地表径流和土壤侵蚀的实验及长期定位观测是今后的研究方向与重点。     

城市水体对热岛的缓冲性能沿河岸距离的变化规律

城市水体包括城区内的自然水体和人工水体两大类。作为城市生态系统的重要组成部分,水体在缓解城市热岛效应(Urban Heat Island, UHI)上具有重要作用。研究城市热岛效应的现状,探讨水体对城市热岛的缓冲效应,为改善城市热岛效应和生态环境,并对城市进行合理的改造和规划提供理论依据。以长沙市中心城区为研究区域,以南北向贯穿长沙市的湘江河道作为主要研究对象,基于长沙市2016年7月Landsat 8 TIRS遥感影像采用大气校正法反演地表温度(Land Surface Temperature, LST),利用监督分类法获取其同步的城市化进程和土地利用类型,分析市区内地表温度及热岛效应的空间分布特征。同时,通过在湘江两侧建立多个尺度的缓冲区,并将其与地表温度分布及土地利用类型叠置,分析湘江为主的水体对长沙市热环境及各缓冲区的缓冲效应,结果表明:(1)长沙市城市建设格局与热岛效应空间分布基本相似,建筑用地热岛效应更高,极端地表温度达到53.8℃;水体、绿地和裸地的热岛效应相对较低,最低地表温度为16.0℃;(2)湘江对长沙市热岛效应具有缓冲作用,对长沙市热岛效应的平均缓冲距离为400 m;(3)湘江对热岛效应的缓冲能力与水体周边土地利用类型有关,对河东区的缓冲作用小于河西区,对沿江休闲区的缓冲效应大于沿江住宅区。综上所述,长沙市热岛效应强度与用地类型相关,建筑用地热岛效应严重;水体对热岛的缓冲效应显著,但不同缓冲区内缓冲距离存在差异,因此对城市生态格局进行小规模改造可增强水体缓冲作用,缓解城市热岛效应。     

木荷次生林林木更新与土壤特征的相关性

以湖南省青石冈林场木荷次生林为研究对象,在测定其土壤特征基础上,分析了林木天然更新指数和土壤理化性质的相关性。结果表明:1)8种林分更新状况有差异,更新状况由差到好的排序为:S-CP(0.46)S-DC(0.52)S-CD(0.64)S-CL(0.68)S-CM(0.69)S-CQ(0.69)S-PC(0.74)S-CP(0.88),其中与针叶树种混交的林分更新效果好。2)酸性环境更有利于林分的更新,且林地养分含量越高林分更新效果越好,有机碳、全N以及全P的含量高的林分更新指数明显大于其含量低的林分,土壤pH值、容重与更新指数变化规律相反,全K的含量与更新指数没有明显联系。3)林木更新指数与土壤容重呈显著性负相关关系(r=-0.86**),与土壤含水量(r=0.93**)、有机碳(r=0.90**)、全N(r=0.88**)、水解性氮(r=0.83*)和全P(r=0.78*)呈显著正相关关系,相关性依次减弱,且相关性在不同林分有一定差异,更新状况属于中等水平的林分相关性强,且15—45cm土层土壤理化性质与更新指数的相关性最强;经主成分分析发现,在众多影响林分天然更新的土壤特性当中,含水量、有机碳和全N决定该地区木荷次生林更新的关键因素。研究的结果为森林可持续利用以及木荷次生林的恢复和管理提供科学依据。     

草木灰对四种松属种子发芽和幼苗生长的影响

火干扰不仅影响森林生态系统的结构与功能,而且影响群落更新与演替。为了研究草木灰对4种松属种子萌芽和幼苗生长的影响,在湖南省株洲市黄丰桥林场采集马尾松、云南松、湿地松和火炬松种子,以马尾松次生林火烧迹地的草木灰为基质,设置对照和3个草木灰处理,进行播种试验及生长观测。结果表明:(1)草木灰处理下4个物种的种子发芽率比对照试验低,并呈现随草木灰含量的增加而降低的趋势,低草木灰含量处理马尾松种子发芽率不及对照一半,中、高草木灰含量处理发芽率更低;云南松、湿地松和火炬松种子发芽率规律类似于马尾松,而高草木灰含量处理发芽率为0。(2)培养皿播种平均发芽时间比花盆播种长,无论草木灰处理还是培养条件(培养皿或花盆),马尾松和云南松种子平均发芽时间比湿地松和火炬松短。(3)4个物种种子播种14周后,对照试验中马尾松和云南松幼苗死亡率最低,而火炬松和湿地松幼苗死亡率相对增加。(4)播种14周后不同试验处理4个物种幼苗生长差异不明显。火炬松、湿地松、云南松和马尾松幼苗的单株平均干重分别达0.038、0.031、0.027、0.024 g。各物种叶干重按降序排列依次是火炬松(0.026 g)湿地松(0.019 g)云南松(0.017 g)马尾松(0.016 g),根和茎的干重比重相当,约占对应物种幼苗叶干重的三分之一。研究表明以草木灰为培养基质,马尾松和云南松种子的发芽率较高,平均发芽时间较短,更适合作为火烧迹地植被恢复先锋树种,为火干扰后选择人工促进天然更新树种提供参考。