【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,對土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)庫的影響程度不同、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)計量比在火后演替初期過程中可能發(fā)生劇烈變動,進而影響北方森林生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)過程和火后植被更新。為闡明林火對大興安嶺土壤C/N/P化學(xué)計量特征的影響機理,本研究以野外實地調(diào)查、實驗分析和統(tǒng)計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、火后時間、火后土壤環(huán)境、凋落物)與土壤C/N/P化學(xué)計量特征的相關(guān)關(guān)系,探討林火對土壤碳氮磷化學(xué)計量特征的影響,并揭示其驅(qū)動因子。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)。火后1年,土壤含水量(SWC),溶解性有機碳(DOC)、土壤微生物生物量(SMB)、細菌的物種豐富度均顯著減少,而pH、溶解性有機氮(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�；馃齾^(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)�；鸷�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,地形因子對土壤性質(zhì)的影響逐漸增強。2)火后凋落物總碳(TC)和總氮(TN)含量與對照差異不顯著,但火后5年凋落物總磷(TP)含量顯著減少了48%;火后16年,仍顯著低于對照�；鸷�5年,有機層土壤的TC、TN含量相較對照變化不顯著�；鸷�16年,有機層土壤TC含量顯著增加了38%,但與對照差異不顯著,TN含量增加了59%,顯著高于對照,而TP顯著減少至對照水平。林火對礦物層土壤的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、有機層土壤的C/N/P化學(xué)計量比�；鸷�5年,凋落物的C/P、N/P顯著增加,火后16年恢復(fù)至對照水平;而C/N在火后5年與對照差異不顯著;火后16年,顯著高于對照區(qū)�；鸷�5年,有機層土壤的C/N顯著低于對照;火后16年,C/N恢復(fù)至對照水平,C/P、N/P仍顯著高于對照。林火減弱了有機層土壤的化學(xué)計量比與凋落物的化學(xué)計量比間的相關(guān)關(guān)系,也減弱了凋落物、土壤的C/N/P化學(xué)計量比與土壤性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系。林火烈度、地形、火后時間、土壤環(huán)境對火后凋落物化學(xué)計量比的方差解釋量大于45%,對有機層土壤化學(xué)計量比的方差解釋量大于35%�；鸷髸r間與地形是影響凋落物C/N/P化學(xué)計量比較為重要的因子,火后時間是影響有機層土壤C/N/P化學(xué)計量比最為重要的因子。
【圖文】：

圖 1.1 研究林火對北方森林土壤 C/N/P 計量比影響的三個模式：（A）直接研究主要景觀控制因素（林火、地形、植被類型）對土壤 C、N、P 庫的影響，但是沒有揭示火后土壤C、N、P 平衡的變化；（B）通過考慮各控制因素對元素 C、N、P 耦合作用的影響來直接分析林火對土壤 C/N/P 生態(tài)化學(xué)計量比動態(tài)變化的機理；（C）還考慮到林火通過改變土壤環(huán)境來間接影響土壤 C/N/P 比，綜合研究林火干擾對土壤 C/N/P 生態(tài)化學(xué)計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)計量比變化的機理。林火干擾對土壤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，即生物體的生長決定于土壤中那個相對含量最少的有效養(yǎng)分[29]。施肥實驗是檢驗種群和群落水平養(yǎng)分限制的唯一準確方法[30]，但其周期長、對樣地產(chǎn)生干擾，尋求快捷反映養(yǎng)分限制的簡單指標(biāo)一直是生態(tài)學(xué)和植物營養(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比可作為評價土壤養(yǎng)分限制狀態(tài)的重要工具。養(yǎng)分限制類型與植被生長、生產(chǎn)力、物種優(yōu)勢度、穩(wěn)定性存在顯著相關(guān)性關(guān)系，對于

圖 1.2 大興安嶺地區(qū)位置圖及 2010 年 TM 影像1.2 國內(nèi)外研究進展1.2.1 火干擾對北方森林土壤碳氮磷的影響國內(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 庫的動態(tài)變化及其相對重要性。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 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，則發(fā)現(xiàn)杜鵑-落葉松林的碳排放量最大。Kasischke和Hoy[44]在對阿拉斯加內(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】：沈陽師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S714

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本文編號：2600048