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
发布时间：2022-01-08 15:26
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6.33–13.58t·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0–30cm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...
【文章来源】：植物生态学报. 2020,44(10)北大核心CSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
马尾松次生林不同林龄土壤有机碳密度(平均值±标准偏差;t·hm–2)。
相关分析(表5)表明,马尾松次生林对照样地和过火样地土壤有机碳密度与土壤理化性质均有显著相关性。在对照样地中,土壤有机碳密度与土壤有机碳含量(r=0.988,p<0.01),土壤全氮含量(r=0.953,p<0.01),土壤全磷含量(r=0.682,p<0.01),土壤含水率(r=0.949,p<0.01),C:N (r=0.782,p<0.01)、C:P (r=0.899,p<0.01),N:P (r=0.728,p<0.01),细根生物量(r=0.937,p<0.01)呈极显著正相关关系,而与土壤容重(r=–0.831,p<0.01)和土壤p H (r=–0.820,p<0.01)呈极显著负相关关系。在过火样地中,土壤有机碳密度与土壤有机碳含量(r=0.989,p<0.01),土壤全氮含量(r=0.957,p<0.01)、土壤全磷含量(r=0.868,p<0.01),土壤含水率(r=0.924,p<0.01),C:N (r=0.628,p<0.01),C:P(r=0.931,p<0.01),N:P (r=0.601,p<0.01),细根生物量(r=0.832,p<0.01)呈极显著正相关关系,而与土壤容重(r=–0.726,p<0.01)和土壤p H (r=–0.774,p<0.01)呈极显著负相关关系。2.4 土壤有机碳密度与土壤理化性质的通径系数
森林火燃烧过程改变了碳源(地上凋落物生物量和地下细根生物量)输入和土壤有机质分解速率的平衡调节(Zhou et al.,2007;崔晓阳等,2012;Alca?iz et al.,2018;胡海清等,2020);另一方面,森林火灾减少了土壤覆盖层,通过增加太阳光的穿透,改变了地表土壤温度和水热条件,影响微生物对土壤有机碳的转化和分解,可提供的有机碳来源减少,进而减少了土壤有机碳密度(Hammill&Bradstock,2006)。本研究结论与之一致,森林火灾显著减少了不同林龄马尾松次生林土壤有机碳密度(p<0.05)。相比对照样地,幼龄林、中龄林、成熟林土壤有机碳密度分别下降10.93%、8.52%、7.56%,方差分解表明,森林火灾解释土壤有机碳密度变异的2.34%,林龄因素解释了其变异的25.35%。火后成熟林的土壤有机碳密度降低最小,这表明由于不同林龄的土壤有机碳的积累能力存在差异(图1),且成熟林有较高的固氮能力使土壤肥力增加,同时也促进了植被生长,有更多的净初级生力(NPP),而这是土壤功能和结构的最直接驱动力(Lohbeck et al.,2015),在同等的温度条件下,火灾将成熟林的植被中的碳相对更多地转移到土壤中,即土壤碳释放到大气中相对更少(崔晓阳等,2012)。森林火灾对土壤有机碳密度的影响具有很大不确定性,取决于多种因素,包括不同火灾类型、林火强度、土壤类型、植被、气候和地形(French et al.,2004;Vergnoux et al.,2011;Mouteva et al.,2015)。一些研究表明,计划烧除或轻度森林火灾后,土壤有机碳密度增加(Johnson&Curtis,2001;Bennett et al.,2014),这可能是由于火后未完全燃烧的剩余物部分和稳定性疏水有机物的累积,以及火灾后固氮植物的增多使碳输入源增多。本研究表明,在垂直方向上,森林火灾亦减少了各林龄土壤有机碳密度,相比对照样地,幼龄林、中龄林、成熟林分别减少了2.51%–16.83%、1.31%–11.85%、1.09%–12.50%,在0–30 cm土层,幼龄林、中龄林土壤有机碳密度与对照样地相比呈显著差异(p<0.05),而成熟林的土壤有机碳密度在0–20 cm土层与对照样地相比显著下降(p<0.05)。土壤有机碳密度深度分布模式影响植被初级生产力并受植被初级生产力的影响。研究表明,土壤有机碳密度在土壤表层最高,随土壤深度加深而减少(Meersmans et al.,2008),本文研究结论与之一致。林分地表凋落物层、土壤细根生物量是土壤有机碳的主要供给者,植物根系还可深至土壤亚表层,在对照样地和过火样地中,(0–20 cm)/(0–60 cm)土壤有机碳密度比值均超过了40%,由于地表凋落物层和土壤细根生物量及根系在土壤表层聚集,且火场温度随土层深度加深,热量传递呈现递减,同时表层有机层和干燥的土壤条件也会阻碍土壤热量传递(Neary et al.,1999),所以土壤表层有机碳受林火影响最明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响研究进展[J]. 胡海清,罗斯生,罗碧珍,魏书精,吴泽鹏,王振师,李小川,周宇飞. 生态学报. 2020(06)
[2]林火干扰对广东省杉木林土壤有机碳及其组分的影响[J]. 胡海清,罗斯生,罗碧珍,魏书精,王振师,吴泽鹏. 北京林业大学学报. 2019(12)
[3]东北5种温带人工林表层土壤碳氮含量的分异[J]. 王薪琪,王传宽. 应用生态学报. 2019(06)
[4]生物质燃烧排放物研究进展[J]. 罗碧珍,罗斯生,魏书精,孙龙,胡海清. 南京林业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]林火对大兴安岭落叶松林土壤性质的短期与长期影响[J]. 孔健健,杨健. 生态学杂志. 2014(06)
[6]大兴安岭呼中区2010年森林火灾碳排放的计量估算[J]. 胡海清,魏书精,孙龙. 林业科学. 2012(10)
[7]大兴安岭北部试验林火影响下土壤有机碳含量的时空变化[J]. 崔晓阳,郝敬梅,赵山山,桑英,王海淇,邸雪颖. 水土保持学报. 2012(05)
[8]广东省鹤山市林业生态规划研究[J]. 张佩霞,范桑桑,侯长谋,胡成志,任海. 生态科学. 2012(05)
[9]粤西桉树人工林土壤有机碳密度及其影响因素[J]. 张苏峻,黎艳明,周毅,苏志尧. 中南林业科技大学学报. 2010(05)
博士论文
[1]塔河林区林火对土壤性质与植被恢复的影响[D]. 孙明学.北京林业大学 2011
本文编号：3576805
【文章来源】：植物生态学报. 2020,44(10)北大核心CSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
马尾松次生林不同林龄土壤有机碳密度(平均值±标准偏差;t·hm–2)。
相关分析(表5)表明,马尾松次生林对照样地和过火样地土壤有机碳密度与土壤理化性质均有显著相关性。在对照样地中,土壤有机碳密度与土壤有机碳含量(r=0.988,p<0.01),土壤全氮含量(r=0.953,p<0.01),土壤全磷含量(r=0.682,p<0.01),土壤含水率(r=0.949,p<0.01),C:N (r=0.782,p<0.01)、C:P (r=0.899,p<0.01),N:P (r=0.728,p<0.01),细根生物量(r=0.937,p<0.01)呈极显著正相关关系,而与土壤容重(r=–0.831,p<0.01)和土壤p H (r=–0.820,p<0.01)呈极显著负相关关系。在过火样地中,土壤有机碳密度与土壤有机碳含量(r=0.989,p<0.01),土壤全氮含量(r=0.957,p<0.01)、土壤全磷含量(r=0.868,p<0.01),土壤含水率(r=0.924,p<0.01),C:N (r=0.628,p<0.01),C:P(r=0.931,p<0.01),N:P (r=0.601,p<0.01),细根生物量(r=0.832,p<0.01)呈极显著正相关关系,而与土壤容重(r=–0.726,p<0.01)和土壤p H (r=–0.774,p<0.01)呈极显著负相关关系。2.4 土壤有机碳密度与土壤理化性质的通径系数
森林火燃烧过程改变了碳源(地上凋落物生物量和地下细根生物量)输入和土壤有机质分解速率的平衡调节(Zhou et al.,2007;崔晓阳等,2012;Alca?iz et al.,2018;胡海清等,2020);另一方面,森林火灾减少了土壤覆盖层,通过增加太阳光的穿透,改变了地表土壤温度和水热条件,影响微生物对土壤有机碳的转化和分解,可提供的有机碳来源减少,进而减少了土壤有机碳密度(Hammill&Bradstock,2006)。本研究结论与之一致,森林火灾显著减少了不同林龄马尾松次生林土壤有机碳密度(p<0.05)。相比对照样地,幼龄林、中龄林、成熟林土壤有机碳密度分别下降10.93%、8.52%、7.56%,方差分解表明,森林火灾解释土壤有机碳密度变异的2.34%,林龄因素解释了其变异的25.35%。火后成熟林的土壤有机碳密度降低最小,这表明由于不同林龄的土壤有机碳的积累能力存在差异(图1),且成熟林有较高的固氮能力使土壤肥力增加,同时也促进了植被生长,有更多的净初级生力(NPP),而这是土壤功能和结构的最直接驱动力(Lohbeck et al.,2015),在同等的温度条件下,火灾将成熟林的植被中的碳相对更多地转移到土壤中,即土壤碳释放到大气中相对更少(崔晓阳等,2012)。森林火灾对土壤有机碳密度的影响具有很大不确定性,取决于多种因素,包括不同火灾类型、林火强度、土壤类型、植被、气候和地形(French et al.,2004;Vergnoux et al.,2011;Mouteva et al.,2015)。一些研究表明,计划烧除或轻度森林火灾后,土壤有机碳密度增加(Johnson&Curtis,2001;Bennett et al.,2014),这可能是由于火后未完全燃烧的剩余物部分和稳定性疏水有机物的累积,以及火灾后固氮植物的增多使碳输入源增多。本研究表明,在垂直方向上,森林火灾亦减少了各林龄土壤有机碳密度,相比对照样地,幼龄林、中龄林、成熟林分别减少了2.51%–16.83%、1.31%–11.85%、1.09%–12.50%,在0–30 cm土层,幼龄林、中龄林土壤有机碳密度与对照样地相比呈显著差异(p<0.05),而成熟林的土壤有机碳密度在0–20 cm土层与对照样地相比显著下降(p<0.05)。土壤有机碳密度深度分布模式影响植被初级生产力并受植被初级生产力的影响。研究表明,土壤有机碳密度在土壤表层最高,随土壤深度加深而减少(Meersmans et al.,2008),本文研究结论与之一致。林分地表凋落物层、土壤细根生物量是土壤有机碳的主要供给者,植物根系还可深至土壤亚表层,在对照样地和过火样地中,(0–20 cm)/(0–60 cm)土壤有机碳密度比值均超过了40%,由于地表凋落物层和土壤细根生物量及根系在土壤表层聚集,且火场温度随土层深度加深,热量传递呈现递减,同时表层有机层和干燥的土壤条件也会阻碍土壤热量传递(Neary et al.,1999),所以土壤表层有机碳受林火影响最明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响研究进展[J]. 胡海清,罗斯生,罗碧珍,魏书精,吴泽鹏,王振师,李小川,周宇飞. 生态学报. 2020(06)
[2]林火干扰对广东省杉木林土壤有机碳及其组分的影响[J]. 胡海清,罗斯生,罗碧珍,魏书精,王振师,吴泽鹏. 北京林业大学学报. 2019(12)
[3]东北5种温带人工林表层土壤碳氮含量的分异[J]. 王薪琪,王传宽. 应用生态学报. 2019(06)
[4]生物质燃烧排放物研究进展[J]. 罗碧珍,罗斯生,魏书精,孙龙,胡海清. 南京林业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]林火对大兴安岭落叶松林土壤性质的短期与长期影响[J]. 孔健健,杨健. 生态学杂志. 2014(06)
[6]大兴安岭呼中区2010年森林火灾碳排放的计量估算[J]. 胡海清,魏书精,孙龙. 林业科学. 2012(10)
[7]大兴安岭北部试验林火影响下土壤有机碳含量的时空变化[J]. 崔晓阳,郝敬梅,赵山山,桑英,王海淇,邸雪颖. 水土保持学报. 2012(05)
[8]广东省鹤山市林业生态规划研究[J]. 张佩霞,范桑桑,侯长谋,胡成志,任海. 生态科学. 2012(05)
[9]粤西桉树人工林土壤有机碳密度及其影响因素[J]. 张苏峻,黎艳明,周毅,苏志尧. 中南林业科技大学学报. 2010(05)
博士论文
[1]塔河林区林火对土壤性质与植被恢复的影响[D]. 孙明学.北京林业大学 2011
本文编号：3576805
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