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林火干扰对兴安落叶松林土壤化学性质的影响1)

更新时间:2016-07-05

森林火灾是全球性的林业重大自然灾害,对森林生态系统产生严重干扰,位居林业自然灾害之首,同时被联合国粮农组织认定为八大自然灾害之一[1]。大兴安岭林区一直以来都是我国森林火灾频发区,该区所有的林地都发生过一定程度的森林火灾[2-3]

2018年全国两会期间互联网行业为首的全国人大代表们积极建言献策,提出个人信息保护立法必须提上日程。美国、德国的立法模式具有自身特色,其立足于本国的实际情况。但由于国内与西方国家存在法律制度和法律文化的差异,应结合目前我国个人信息保护立法的实际需求,借鉴但需谨慎地尽快制定一套符合我国国情的个人信息保护立法模式。为此,笔者从如下方面分析研究我国相关立法模式。

森林生态系统经林火干扰后,林内及林下土壤温度和湿度变化较为明显,同时,土壤理化性质也会发生一定程度的变化。其干扰影响可能是短期的也可能是长期的,主要取决于过火面积、林火持续时间、林火频度及林火强度[4]。土壤是维持森林生态系统健康可持续发展的重要基础,它为植物生长提供各种必需的矿物养分。对于森林土壤养分水平的探讨,以往主要集中于林地利用方式对土壤矿质养分的干扰,以及森林经营对土壤化学性质的扰动等[5-6],关于不同林火强度干扰对土壤化学性质的研究结论还不够明确。因此,本研究以大兴安岭林管局根河林业局开拉气林场火烧迹地为研究对象,研究不同火烧强度对森林土壤养分的影响,旨在确定合理的森林经营对策,为火灾后森林生态系统的恢复与重建提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于内蒙古大兴安岭林管局根河林业局开拉气林场,地理坐标为51°4′~51°23′N,122°11′~122°47′E,地处大兴安岭中北部,该区是高纬度原始林区、寒温带针叶林区和冻土区的代表[7]。地貌较为复杂,主要由低山、中山、丘陵、山间盆地等构成,海拔672~1 200 m,属寒温带大陆性季风气候,冬季较为漫长,夏季较短。年平均气温为-5.3 ℃,历史最低气温为-60.2 ℃,年降水量460~570 mm。主要林型有白桦-兴安落叶松林、草类-兴安落叶松林、杜香-兴安落叶松林、杜鹃-兴安落叶松林等。建群种为兴安落叶松(Larix gmelini),常见的伴生树种有白桦(Betula platyphylla)、山杨(Populus davidiana)。林下灌木和草本种类较为丰富。

2 研究方法

2.1 试验样地选择与设置

本试验根据内蒙古大兴安岭林管局有关部门的森林火灾记录,于2016年4月选择1996年根河(潮查林场)森林火灾和2003年根河-金河(开拉气林场)森林火灾2个年份的火烧迹地为试验区,选择2个火烧年份不同火烧强度(轻度和重度)的区域为试验样地,共设置6个试验样地,每个试验样地内随机设置5个20 m×20 m的标准样地,共计30个标准样地。具体设置方法如下:未过火区(1996CK)、1996年轻度火烧迹地(1996L)、1996年重度火烧迹地(1996S)、未过火区(2003CK)、2003年轻度火烧迹地(2003L)、2003年重度火烧迹地(2003S)。试验样地属性详见表1。

1 试验样地基本属性

试验区试验样地海拔/m坡度/(°)坡向植被类型根河潮查林场1996CK71015阴坡草类-兴安落叶松林1996L70915阴坡草类-兴安落叶松林1996S70815阴坡草类-兴安落叶松林根河开拉气林场2003CK74718阴坡草类-兴安落叶松林2003L76018阴坡草类-兴安落叶松林2003S76418阴坡草类-兴安落叶松林

2.2 土壤取样及测定

在每个试验样地中,对(0~20 cm)的表层土壤进行多点(5点)混合取样。每个样点采取土壤约150 g,同一个试验处理的土样混合处理后,去除其中的粗根、石砾及杂物装入自制布袋带回实验室,以供室内化验。样品在土壤处理室自然风干,研磨后分别过筛(100目、80目),供测定土壤养分的主要指标。土壤测定参照《土壤农化分析》的测定方法[8]

2.3 统计分析

结果(表1)表明:10例保肢失败患者中,1例于术后3 d内因血管因素导致坏死而截肢,1例因继发大面积脑梗死发生昏迷而放弃治疗,2例因继发慢性骨髓炎、长期伤口不愈而延期截肢,2例因生理和心理上无法面对多次手术、对治疗失去信心而中途截肢,2例因后期功能基本丧失又无法穿戴假肢而截肢。

3 结果与分析

3.1 林火对土壤全效养分的影响

式中:是包含构件i的模块,如果mi=mj,则δmi,mj=1,反之则为0。Q的最大值为1,Q值越大,表示系统划分后的模块化程度越高。采用Q作为优化目标的优点在于,设计人员可以直接判断一个系统划分之后是否表现出模块化的结构,例如当Q>0.3时,便可认为系统具有模块化的组织结构[15]。

1996年的火烧迹地,2种火烧强度的火烧迹地土壤速效K质量分数均比对照有所降低,而重度火烧迹地小于轻度火烧迹地。对照区土壤速效K质量分数为172.3 mg·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤速效K质量分数与对照相比分别减少了22.7%(轻度火烧迹地土壤速效K质量分数为133.1 mg·kg-1)、7.1%(重度火烧迹地土壤速效K质量分数为160.1 mg·kg-1),差异显著(p<0.05)。在2003年的火烧迹地内,2种火烧强度的火烧迹地土壤速效K质量分数均比对照有所降低。对照区土壤速效K136.7 mg·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤速效K质量分数与对照相比分别减少了4.1%(轻度火烧迹地土壤速效K质量分数为131.1 mg·kg-1)、46.2%(重度火烧迹地土壤速效K质量分数为73.4 mg·kg-1),差异显著(p<0.05)。总体来看,随着自然恢复时间(13、20 a)的推移,土壤速效K质量分数在轻度火烧迹地内呈相对下降趋势,样地2003L与样地1996L相比,土壤速效K质量分数相对降低了18.6%;而随着自然恢复时间的推移,样地2003S与样地1996S相比,土壤速效K质量分数则相对增加了39.1%。由此可知,火干扰对林地土壤速效K质量分数的扰动是长期的。

试验数据经Excel2010整理后,采用SPSS18.0软件对数据进行方差分析,并用LSD法进行差异显著性检验,显著性水平设定为α=0.05。同时采用Sigmaplot 10.0软件进行作图,分析比较了2个年份不同火干扰强度下兴安落叶松林土壤养分的变化规律。

在1996年的火烧迹地内,2种火烧强度的火烧迹地土壤全K质量分数均比对照有所降低,随着火烧强度的增大,土壤全K质量分数呈现递减的趋势。对照区土壤全K质量分数为98.9 g·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤全K质量分数与对照相比分别减少了40.9%(轻度火烧迹地土壤全K质量分数为58.4 g·kg-1)、62.7%(重度的火烧迹地土壤全K质量分数为36.9 g·kg-1),差异显著(p<0.05)。在2003年的火烧迹地内,2种火烧强度的火烧迹地土壤全K均比对照有所降低。对照区土壤全K质量分数为81.4 g·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤全K质量分数与对照相比分别减少了10.0%(轻度火烧迹地土壤全K质量分数为73.2 g·kg-1)、14.9%(重度火烧迹地土壤全K质量分数为69.3 g·kg-1),差异显著(p<0.05)。总体来看,随着自然恢复时间(13、20 a)的推移,土壤全K质量分数在2种不同火烧强度的火烧迹地内都呈相对下降趋势,其中样地2003L比样地1996L土壤全K质量分数相对降低了30.9%;而样地2003S比样地1996S土壤全K质量分数相对降低了47.8%。由此可知,火干扰后,林地土壤全K质量分数在很长一段时间内都难以恢复到未干扰前的水平。

2 不同火烧强度兴安落叶松林土壤化学性质

火烧年份火烧程度试验样地土壤全效养分质量分数/g·kg-1全氮全磷全钾土壤速效养分质量分数/mg·kg-1碱解氮速效磷速效钾1996未火烧1996CK(4.4±0.3)a(1.7±0.1)a(99.0±2.9)a(39.7±3.2)c(11.6±3.1)bc(172.4±6.3)a轻 度1996L(1.2±0.1)b(1.5±0.2)a(58.4±1.0)b(91.3±3.8)a(15.9±4.7)b(133.2±12.5)c重 度1996S(1.1±0.2)bc(1.6±0.3)a(36.9±2.9)c(57.7±6.7)b(39.4±3.7)a(160.1±8.7)ab2003未火烧2003CK(3.7±0.4)a(1.4±0.2)a(81.4±2.1)a(23.0±2.5)c(14.0±2.4)c(136.7±8.0)a轻 度2003L(2.2±0.3)b(1.3±0.2)a(73.2±4.0)b(55.2±5.9)a(28.3±1.6)b(131.1±3.8)ab重 度2003S(1.1±0.2)c(1.3±0.1)a(69.3±3.5)bc(48.3±2.2)ab(38.1±3.3)a(73.4±6.3)c

注:表中数值为“平均值±标准差”,同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

3.2 林火对土壤速效养分的影响

在1996年的火烧迹地内,2种火烧强度的火烧迹地土壤速效P质量分数均比对照有所增加,但轻度火烧迹地大于重度火烧。对照区土壤速效P质量分数为11.6 mg·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤速效P与对照相比分别增加了32.2%(轻度火烧迹地土壤速效P质量分数为15.9 mg·kg-1)、240.2%(重度火烧迹地土壤速效P质量分数为39.4 mg·kg-1),差异显著(p<0.05)。在2003年的火烧迹地内,2种火烧强度的火烧迹地土壤速效P质量分数为均比对照有所增加,并呈现但重度火烧迹地大于轻度火烧迹地。对照区土壤速效P质量分数为13.9 mg·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤速效P质量分数与对照相比分别增加了102.0%(轻度火烧迹地土壤速效P质量分数为28.3 mg·kg-1)、172.2%(重度火烧迹地土壤速效P质量分数为38.1 mg·kg-1),差异显著(p<0.05)。总体来看,随着自然恢复时间(13、20 a)的推移,土壤速效P质量分数在轻度火烧迹地内呈相对下降趋势,样地2003L与样地1996L相比,土壤速效P质量分数相对降低了69.8%;而随着自然恢复时间的推移,样地2003S与样地1996S相比土壤速效P质量分数则相对增加了68%。由此可知,火干扰对林地土壤速效P质量分数的扰动是长期的。

近些年来,现代信息技术和互联网技术的深入发展,对社会各个领域的发展都产生了很大的影响,分析来看,互联网技术具有开放性、及时性、广泛性等特点,作为一种新的信息技术,在经济社会中逐渐渗透和应用,“互联网+”的发展,对我国教育教学活动也带来了很大的影响。

由表2可知,1996年的火烧迹地,2种火烧强度的火烧迹地土壤碱解N质量分数均比对照有所增加,但轻度火烧迹地大于重度火烧迹地。对照区土壤碱解N质量分数为39.7 mg·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤碱解N质量分数与对照相比分别增加了129.7%(轻度火烧迹地土壤碱解N质量分数为91.3 mg·kg-1)、45.1%(重度火烧迹地土壤碱解N质量分数为57.7 mg·kg-1),差异显著(p<0.05)。在2003年的火烧迹地内,2种火烧强度的火烧迹地土壤碱解N质量分数均比对照有所增加,但轻度火烧迹地大于重度火烧迹地。对照区土壤碱解N质量分数为23.0 mg·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤碱解N质量分数与对照相比分别增加了139.6%(轻度火烧迹地土壤碱解N质量分数为55.2 mg·kg-1)、109.3%(重度火烧迹地土壤碱解N质量分数为48.3 mg·kg-1),差异显著(p<0.05)。总体来看,随着自然恢复时间(13、20 a)的推移,土壤碱解N在2种不同火烧强度的火烧迹地内都呈相对下降趋势,样地2003L与样地1996L相比,土壤碱解N质量分数相对降低了9.9%;而样地2003S与样地1996S相比,土壤碱解N质量分数也相对降低了64.2%。由此可知,火干扰后,林地土壤碱解N质量分数在很长一段时间内都高于未干扰前的水平,但随着恢复时间的推移而逐渐下降。

由表1可知,1996年(自然恢复20年后)的火烧迹地,2种火烧强度的火烧迹地土壤全N均比对照有所降低。对照区土壤全N质量分数为4.4 g·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤全N与对照相比分别减少了72.7%(轻度火烧迹地土壤全N质量分数为1.2 g·kg-1)、74.4%(重度火烧迹地土壤全N质量分数为1.1 g·kg-1),差异显著(p<0.05)。2003年(自然恢复13年后)的火烧迹地,2种火烧强度的火烧迹地土壤全N质量分数均低于对照样地,随着火烧强度的增大,土壤全N质量分数呈现递减的趋势。对照区土壤全N质量分数为3.7 g·kg-1,经轻度、重度火烧后,土壤全N与对照相比分别减少了40.7%(轻度火烧迹地土壤全N质量分数为2.2 g·kg-1)、70.7%(重度火烧迹地土壤全N质量分数为1.1 g·kg-1),差异显著(p<0.05)。随着自然恢复时间(13、20 a)的推移,土壤全N质量分数在2种不同火烧强度的火烧迹地内都呈现相对下降趋势,其中,样地2003L比样地1996L土壤全N质量分数相对降低了32%,样地2003S比样地1996S土壤全N质量分数也相对降低了3.7%。可以看到火干扰后,林地土壤全N质量分数在很长一段时间内都难以恢复到未干扰前的水平。

1996、2003年的火烧迹地,不同火烧强度林地土壤全P质量分数与对照林地相比,无显著变化,基本分布在一个水平梯度内,由此可知,火干扰对林地土壤全P质量分数的影响极小。

4 结论与讨论

土壤中的磷元素对林木发育及森林生态系统的健全发展有重要意义[15]。由于土壤磷元素较为稳定,林地受到火干扰后,磷元素通过挥发和淋溶途径损失的量极少,很多研究表明,火干扰对土壤全P质量分数变化无显著影响[16-19]。一般情况下,林火对森林腐殖质层和矿质层土壤全P质量分数无显著影响,只有火烧极其剧烈时才会对土壤全P质量分数有一定影响。已有研究发现,高强度火干扰的森林土壤其速效磷质量分数在(0~5 cm)土层是对照(未火烧林地)的34倍,(5~10 cm)是对照(未火烧林地)的65.5倍,(10~15 cm)是对照(未火烧林地)的13.5倍[18]。田昆等[15]的研究也发现,土壤速效磷质量分数的升高,可能是由于火烧时其它形态的磷转化为有效磷所贡献的。刘发林等[12]在马尾松林火烧迹地的研究也发现,火干扰强度对速效P质量分数的影响呈极显著性差异,随火干扰强度增大速效P质量分数升高。本文与其相一致的结果,即一定强度的林火干扰对森林土壤全P质量分数扰动极小,但对速效P的质量分数扰动相对较大,并呈现出一定规律,即随着林火干扰强度的增加呈显著地的上升趋势(p<0.05)。

土壤有机质的主要来源为林下凋落物,而有机质又是土壤中最主要的氮源。林地过火后,地表枯落物会有不同程度的减少,进而导致林下土壤总氮量的减少[9]。氮元素是土壤中重要的营养指标之一,由于氮元素的挥发温度(约200 ℃)相对较低,在火烧的过程中氮元素较易呈气态流失,因此,林地过火后,土壤中全N质量分数呈显著下降趋势,火烧后氮素流失的主要形式是氧化[10-11]。有研究表明,林地过火1 a后,土壤全N质量分数呈极显著下降趋势,且损失量表现为:重度林火干扰>中度林火干扰>轻度林火干扰>未火烧[12]。本研究也发现,林地过火后,2个年份的火烧迹地土壤全N质量分数均呈重度火烧<轻度火烧<未火烧的趋势。已有研究发现,林地过火后土壤全N会大幅度下降,而碱解N占全N的比例会有不同程度的增加[12-13]。这可能是由于在寒温带林区,由于低温抑制了土壤有机质的分解,而林地过火后加速了有机质的分解,使土壤速效养分大幅度提高,火干扰强度对碱解N影响差异极显著,火干扰强度对林地碱解N质量分数影响较为明显[12,14]。本文也得出了类似的研究结果,即2个年份不同火烧强度的火烧迹地土壤碱解N均比对照有所增加,差异显著(p<0.05)。

(2)国务院国发[1999]12号文中明确,鄱阳湖区重点圩堤为Ⅱ级堤防,但现阶段重点圩堤除险加固建设基本按4级堤防进行设计。

本研究发现,火烧13~20 a后,森林土壤全K的质量分数仍低于未火烧对照林地。分析这种下降变化的原因,是由于火烧对森林破坏较严重,降低了森林的郁闭度且地表枯落物被去除,导致地表大面积裸露,火后地表会遭受高强度侵蚀和风蚀的可能性也较高,在多个雨季地表雨水冲刷后,钾元素淋融流失,也就出现了土壤钾质量分数降低的趋势[20]。本研究还发现火烧后,土壤速效K与对照相比有下降趋势,但随火烧强度变化规律不明显。原因是林下土壤遭受了地表雨水冲刷,速效K淋融流失造成的。此外,火烧后林下恢复的灌草植被增多,对速效K吸收利用增多,也可导致土壤速效K质量分数降低。

综上所述,林火干扰对兴安落叶松林火烧迹地土壤主要养分指标的扰动是长期的。总体来看,火烧13 a和20 a后,随着森林火烧强度的增加,土壤的全N、全K质量分数呈下降的趋势,而土壤全P受林火干扰较小;土壤速效N和速效P质量分数与对照相比均显著增加,且不同火烧强度间变化明显。土壤速效K质量分数较对照相比都有所下降,但与森林火烧强度的高低变化无明显规律。

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王鼎,周梅,赵鹏武,王梓璇,舒洋
《东北林业大学学报》2018年第05期文献

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