皆伐火燒對杉木林和栲樹林碳、氮動態(tài)的影響.pdf

1、作為重要商品林基地的我國亞熱帶地區(qū)，把大面積常綠闊葉林皆伐后進行全面火燒，是我國南方集體林區(qū)經營杉木人工林的主要營林技術環(huán)節(jié)之一，但大面積火燒將造成跡地養(yǎng)分損失、水土流失、土壤物理性質退化等。營林用火已在溫帶森林的規(guī)定火燒、熱帶地區(qū)的刀耕火種中得到大量研究。早期有關研究主要集中在火燒對N、P等森林生長限制元素的損失及其對森林長期生產力、水文狀況、徑流化學的影響上；隨著人們對全球環(huán)境變化的關注，皆伐火燒對生態(tài)系統(tǒng)C、N循環(huán)的影響研究在近十

2、幾年逐漸受到重視，但目前有關皆伐火燒后我國亞熱帶地區(qū)常綠闊葉林C、N動態(tài)的研究未見報道。作為森林生態(tài)系統(tǒng)主要C02源的土壤呼吸(約68±4 Pg C·a<'-1>)，它的微小變化不但會引起大氣中CO<,2>濃度的明顯改變，更會影響森林貯存C能力。皆伐火燒后土壤生境條件發(fā)生顯著變化，土壤呼吸將作出怎樣的響應已引起人們的極大關注。目前國外對溫帶林土壤呼吸的特征、影響因素及其對氣候變化的響應等研究較多，如何對土壤各組分呼吸(土壤自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)

3、呼吸)進行有效分離則研究較少。我國對森林土壤呼吸研究則與國外有相當差距，皆伐火燒下土壤呼吸及各組分呼吸動態(tài)更未有涉及。本文以福建沙縣異州杉木林和栲樹林為研究對象，通過野外定位觀測和室內分析，在研究皆伐火燒影響林分C、N庫和土壤肥力的基礎上，著重探討土壤呼吸及各組分呼吸對皆伐火燒的響應及機制，這對進一步拓展我國森林土壤研究，深入分析森林C匯能力有所裨益，為正確評價森林用火提供重要基礎資料，并對我國亞熱帶山區(qū)森林管理者科學用火具有一定指導意

4、義。本文主要得出以下結論： 1．皆伐前杉木林C、N庫總量分別為238 t·hm<'-2>和8405 kg·hm<'-2>，栲樹林的分別為338 t·hm<'-2>和10223 kg·hm<'-2>。兩林分喬木層為主要的C貯庫，而林分主要N庫存在于土壤層。杉木林和栲樹林喬木層C庫分別占林分C庫總量的53﹪和62﹪，礦質土壤層N庫則分別占林分N庫總量的92﹪和84﹪。灌木草本層和枯枝落葉層C、N總貯量分別約占林分C、N總貯量的2﹪。

5、皆伐后杉木林樹干(包括樹皮)和粗枝中104t·hm<'-2>C和287 kg·hm<'-2>移出林地，分別占其林分C和N總貯量的44﹪和3‰栲樹林通過樹干(包括樹皮)和粗枝遷移的C、N量分別為156 t·hm<'-2>和738 kg·hm<'-2>，分別占其林分C、N貯量的46﹪和7﹪。兩林分皆伐后，土壤C和N貯量發(fā)生損失。皆伐后3個月，杉木林和栲樹林土壤有機C貯量分別損失26﹪和32﹪；土壤全N分別損失12﹪和11﹪?？梢娊苑ナ沽址諧

6、、N總貯量明顯減少，需進一步研究C和N貯量的變化。 2．采伐跡地火燒后杉木林和栲樹林采伐剩余物養(yǎng)分(N、P、K)損失總量分別為302.5 kg·hm<'-2>和644.8 kg·hm<'-2>，損失率分別為56.5﹪和55.1﹪。表土灼燒使兩林分表土N、P損失分別達～20﹪和～10﹪，但土壤K總量增加?；馃?年杉木林表土侵蝕損失的N、P和K總量為365.5 kg·hm<'-2>，栲樹林的為465.3 kg·hm<'-2>，而

7、且栲樹林表土侵蝕損失的養(yǎng)分量占火燒前表土養(yǎng)分量的比例(約3﹪)也略大于杉木林(約2﹪)?；馃?天土壤結構得到改善、養(yǎng)分礦化增強、土壤微生物數(shù)量、酶活性及呼吸強度均增加。但火燒后1年兩種林分土壤有機質和有效養(yǎng)分含量及其他大部分土壤性質下降。表明火燒短時期內促進了立地生產力的提高，但由于我國南方山地地形破碎，坡度較大，雨量充沛，雨強較大，雨量集中，火燒后裸露幼林地水土肥流失較為嚴重。因此必須根據具體情況采用不同的措施清理采伐剩余物。

8、 3．杉木林和栲樹林火燒后土壤有機C和全N貯量發(fā)生了明顯的變化。火燒后5天、1年和5年表層土壤有機C和全N貯量均顯著低于火燒前水平(P<0.05)?；馃?年杉木林土壤有機C和全N貯量分別占火燒前的85﹪和77﹪，栲樹林相應的土壤有機C和全N貯量分別占火燒前的72﹪和73﹪?？梢娀馃笸寥烙袡CC和全N的損失明顯，要做到生態(tài)恢復是一個長期的森林發(fā)展過程。 4．從2001年10月至2003年12月首次對杉木林和栲樹林皆伐、火燒后土

9、壤呼吸動態(tài)進行對比研究，并探討皆伐火燒的影響機制。兩種林分土壤呼吸速率季節(jié)變化均呈單峰曲線，最大峰值出現(xiàn)在2002年和2003年的5月至7月。與不采伐的杉木林和栲樹林土壤呼吸速率(即對照)相比，2001年10-12月兩林分皆伐地和火燒地的土壤呼吸速率都增加，但到2002年和2003年時反而低于對照地。兩林分皆伐地和火燒地土壤溫度與對照地的均無顯著差異，但皆伐地和火燒地土壤含水量低于對照地。兩林分土壤呼吸與土壤溫、濕度的關系采用雙因素模型

10、(R=ae<'bT>W<'c>)擬合結果優(yōu)于僅考慮土壤溫度或土壤濕度的單因素模型。與對照地相比，皆伐地和火燒地土壤呼吸速率與土壤溫度和土壤濕度的相關性較弱。兩林分皆伐地和火燒地土壤呼吸的<,10>值低于對照地的?？梢?，林地干擾后土壤呼吸除受土壤溫、濕度影響外，還與凋落物數(shù)量和質量、根系呼吸、土壤有機質數(shù)量和質量的變化有關。在2001年10-12月、2002年和2003年栲樹林對照地、皆伐地和火燒地的土壤呼吸通量均顯著高于杉木林(P<0.

11、05)，但其是否不利于大氣C0<,2>吸存，還有待于對栲樹林和杉木林生態(tài)系統(tǒng)的C平衡分析。 5．將傳統(tǒng)的挖壕溝法運用到皆伐火燒后土壤各組分呼吸(根系呼吸、枯枝落葉層呼吸、礦質土壤呼吸)的分離研究這一全新領域，探討土壤各組分呼吸對皆伐火燒的響應模式和機制。除杉木林和栲樹林皆伐地和火燒地根系呼吸外，兩林分皆伐地和對照地枯枝落葉層呼吸速率以及皆伐地、火燒地和對照地的礦質土壤呼吸速率的季節(jié)變化模式與土壤總呼吸的類似，均呈單峰曲線，最大值

12、出現(xiàn)在春末或夏初。兩林分皆伐、火燒處理后的前3個月(2001年10月至12月)，根系呼吸高于對照，但隨后迅速降低甚至消失。類似地，杉木林和栲樹林皆伐地枯枝落葉層(含采伐剩余物)呼吸速率分別在伐后的前18個月(2001年10月至2003年3月)和前14個月(2001年10月至2002年11月)高于對照地；礦質土壤呼吸速率分別在杉木林火燒后的前8個月(2001年10月至2002年5月)和栲樹林火燒后的前11個月(2001年10月至2002年

13、8月)高于對照地和皆伐地，而兩林分皆伐地礦質土壤呼吸速率在伐后的前5-6個月(2001年10月至2002年2-3月)高于對照地。從2003年4月至12月，兩林分皆伐地枯枝落葉層呼吸速率和礦質土壤呼吸速率及火燒地礦質土壤呼吸速率均低于對照地。栲樹林對照地根系呼吸、枯枝落葉層呼吸和礦質土壤呼吸的年通量均高于杉木林對照地。2002．2003年杉木林和栲樹林對照地根系呼吸平均年通量分別占其土壤呼吸年通量的35﹪和46﹪，而兩林分皆伐地和火燒地的

14、土壤呼吸以礦質土壤呼吸為主，比例超過60﹪。兩林分對照地土壤各組分呼吸與土壤溫度的相關性高于皆伐地和火燒地。皆伐地和火燒地土壤各組分呼吸與土壤濕度的相關性高于與土壤溫度的，但對照地卻相反。雙因素關系模型(尺=aebr’曠)擬合結果優(yōu)于僅考慮土壤溫度或土壤濕度的單因素關系模型，土壤溫度和土壤濕度共同解釋不同年份對照地各組分呼吸速率季節(jié)變化的83﹪以上。皆伐火燒后土壤各組分呼吸與土壤溫、濕度的相關性減弱。需進行更長時間的定位觀測，以更好地評