發(fā)布時(shí)間：2020-03-25 14:52

【摘要】：林火是影響北方森林土壤養(yǎng)分含量和異質(zhì)性的一種重要自然干擾,對(duì)土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)庫(kù)的影響程度不同、火后初期各元素的恢復(fù)速度也不同步。因而,土壤C/N/P化學(xué)計(jì)量比在火后演替初期過(guò)程中可能發(fā)生劇烈變動(dòng),進(jìn)而影響北方森林生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)過(guò)程和火后植被更新。為闡明林火對(duì)大興安嶺土壤C/N/P化學(xué)計(jì)量特征的影響機(jī)理,本研究以野外實(shí)地調(diào)查、實(shí)驗(yàn)分析和統(tǒng)計(jì)模型為主要研究手段,系統(tǒng)分析不同影響因素(火燒烈度、地形、火后時(shí)間、火后土壤環(huán)境、凋落物)與土壤C/N/P化學(xué)計(jì)量特征的相關(guān)關(guān)系,探討林火對(duì)土壤碳氮磷化學(xué)計(jì)量特征的影響,并揭示其驅(qū)動(dòng)因子。本研究取得如下主要結(jié)果:1)林火與地形顯著影響土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)�；鸷�1年,土壤含水量(SWC),溶解性有機(jī)碳(DOC)、土壤微生物生物量(SMB)、細(xì)菌的物種豐富度均顯著減少,而pH、溶解性有機(jī)氮(DON)、有效磷(AP)含量顯著增加,其他指標(biāo)變化不顯著�；鸷�11年,SMB、DON、有效鉀含量顯著低于對(duì)照區(qū);而其他土壤性質(zhì)指標(biāo)已基本恢復(fù)至火前水平。對(duì)照區(qū),北坡土壤SWC顯著高于南坡,而北坡土壤pH、DOC、DON均顯著低于南坡。火燒區(qū),土壤各性質(zhì)指標(biāo)南北坡間差異不顯著,但火后11年的SWC除外;火后1年,北坡土壤性質(zhì)指標(biāo)變化大于南坡。對(duì)照區(qū),土壤多數(shù)性質(zhì)指標(biāo)與坡向、坡度、海拔密切相關(guān)。火后1年,地形因子與土壤性質(zhì)間的相關(guān)關(guān)系減弱;火后11年,地形因子對(duì)土壤性質(zhì)的影響逐漸增強(qiáng)。2)火后凋落物總碳(TC)和總氮(TN)含量與對(duì)照差異不顯著,但火后5年凋落物總磷(TP)含量顯著減少了48%;火后16年,仍顯著低于對(duì)照�；鸷�5年,有機(jī)層土壤的TC、TN含量相較對(duì)照變化不顯著�；鸷�16年,有機(jī)層土壤TC含量顯著增加了38%,但與對(duì)照差異不顯著,TN含量增加了59%,顯著高于對(duì)照,而TP顯著減少至對(duì)照水平。林火對(duì)礦物層土壤的TC、TN含量影響不顯著,但火后TP含量顯著增加,直至火后16年。對(duì)照區(qū),礦物層土壤TC、TN、TP含量與凋落物的關(guān)系密切;火后5年,有機(jī)層土壤TC、TN、TP含量與礦物層土壤的關(guān)系密切;火后16年,凋落物、有機(jī)層土壤的TC、TN、TP含量均與礦物層土壤的密切相關(guān)。3)林火顯著影響了凋落物、有機(jī)層土壤的C/N/P化學(xué)計(jì)量比�；鸷�5年,凋落物的C/P、N/P顯著增加,火后16年恢復(fù)至對(duì)照水平;而C/N在火后5年與對(duì)照差異不顯著;火后16年,顯著高于對(duì)照區(qū)。火后5年,有機(jī)層土壤的C/N顯著低于對(duì)照;火后16年,C/N恢復(fù)至對(duì)照水平,C/P、N/P仍顯著高于對(duì)照。林火減弱了有機(jī)層土壤的化學(xué)計(jì)量比與凋落物的化學(xué)計(jì)量比間的相關(guān)關(guān)系,也減弱了凋落物、土壤的C/N/P化學(xué)計(jì)量比與土壤性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系。林火烈度、地形、火后時(shí)間、土壤環(huán)境對(duì)火后凋落物化學(xué)計(jì)量比的方差解釋量大于45%,對(duì)有機(jī)層土壤化學(xué)計(jì)量比的方差解釋量大于35%。火后時(shí)間與地形是影響凋落物C/N/P化學(xué)計(jì)量比較為重要的因子,火后時(shí)間是影響有機(jī)層土壤C/N/P化學(xué)計(jì)量比最為重要的因子。
【圖文】：

圖 1.1 研究林火對(duì)北方森林土壤 C/N/P 計(jì)量比影響的三個(gè)模式：（A）直接研究主要景觀控制因素（林火、地形、植被類型）對(duì)土壤 C、N、P 庫(kù)的影響，但是沒有揭示火后土壤C、N、P 平衡的變化；（B）通過(guò)考慮各控制因素對(duì)元素 C、N、P 耦合作用的影響來(lái)直接分析林火對(duì)土壤 C/N/P 生態(tài)化學(xué)計(jì)量比動(dòng)態(tài)變化的機(jī)理；（C）還考慮到林火通過(guò)改變土壤環(huán)境來(lái)間接影響土壤 C/N/P 比，綜合研究林火干擾對(duì)土壤 C/N/P 生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的直接與間接作用，，全面揭示林火干擾調(diào)控土壤 C/N/P 生態(tài)化學(xué)計(jì)量比變化的機(jī)理。林火干擾對(duì)土壤C/N/P比影響的研究還可以判斷火后初期養(yǎng)分限制類型。養(yǎng)分限制理論描述了生物體（植物和微生物）和環(huán)境資源之間的關(guān)系，即生物體的生長(zhǎng)決定于土壤中那個(gè)相對(duì)含量最少的有效養(yǎng)分[29]。施肥實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)種群和群落水平養(yǎng)分限制的唯一準(zhǔn)確方法[30]，但其周期長(zhǎng)、對(duì)樣地產(chǎn)生干擾，尋求快捷反映養(yǎng)分限制的簡(jiǎn)單指標(biāo)一直是生態(tài)學(xué)和植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)的關(guān)鍵問題之一。Cleveland和Liptzn[31]研究中發(fā)現(xiàn)土壤微生物的C/N/P比與土壤庫(kù)C/N/P比間存在顯著一致性，因此土壤微生物生物量C/N/P比可作為評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分限制狀態(tài)的重要工具。養(yǎng)分限制類型與植被生長(zhǎng)、生產(chǎn)力、物種優(yōu)勢(shì)度、穩(wěn)定性存在顯著相關(guān)性關(guān)系，對(duì)于

圖 1.2 大興安嶺地區(qū)位置圖及 2010 年 TM 影像1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展1.2.1 火干擾對(duì)北方森林土壤碳氮磷的影響國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究林火干擾如何影響北方森林生態(tài)系統(tǒng) C、N、P 循環(huán)方面做了較多的工作，這些工作主要研究的是景觀尺度上的控制因素如何影響土壤 C、N、P 庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化及其相對(duì)重要性。一些研究發(fā)現(xiàn)林火顯著減少土壤表層碳氮含量[35,36]，但卻增加其表層有效氮磷的含量[24,28,37-39]。有研究指出林火烈度是影響土壤 C、N、P 循環(huán)最重要的因素[8,40-42]，高強(qiáng)度火導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng) C、N、P 損失最多。另有研究指出林型也是影響林火干擾時(shí) C、N、P 損失的重要因子，針闊混交林的碳氮損失最多[25]，而胡海清等[43]在研究 1965-2010 年大興安嶺森林火災(zāi)10種林型碳排放時(shí)，則發(fā)現(xiàn)杜鵑-落葉松林的碳排放量最大。Kasischke和Hoy[44]在對(duì)阿拉斯加內(nèi)部北方森林的研究中發(fā)現(xiàn)燃料類型和地形是決定土壤表層碳消
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S714

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本文編號(hào)：2600048