林火通过改变土壤理化性质显著影响土壤固碳能力及土壤有机碳各组分含量.阐明不同火烈度对云南松林土壤有机碳的影响,对于云南松林火后生态系统恢复及土壤碳库管理具有重要意义.以火烧 2 年后四川泸山林场云南松林 0-5、5-10、10-15、15-20cm层土壤为研究对象,根据不同火烈度(未过火、低烈度、中烈度、高烈度)设置 3 块 20m×30m样地,共 12 块样地,野外采集土壤样品,室内测定土壤全氮、容重等理化性质和土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、土壤活性有机碳(易氧化有机碳,Readily oxidizable carbon,ROC;颗粒有机碳,Particulate organic carbon,POC;微生物生物量碳,Microbial biomass carbon,MBC;水溶性有机碳,Water-soluble organic carbon,WSOC),采用方差分析研究不同火烈度下土壤有机碳各组分含量的差异性和变化趋势,并采用相关性分析和冗余分析从土壤理化性质角度探究林火对土壤有机碳的影响机制.研究结果表明:(1)不同火烈度显著影响土壤理化性质,其中土壤全氮、有效磷、阳离子交换量、毛管孔隙度、总孔隙度随火烈度增大而增加,而土壤pH、速效钾、碱解氮、容重随火烈度增大而减少.(2)SOC随火烈度增大而减少,其中 5-10cm土层降幅最大为 44.79%;4 种土壤活性有机碳随火烈度增大而减小,其中 0-5cm 土层下降幅度最明显,各组分降幅大小依次为 ROC(36.31%—61.31%)＞POC(30.05%—53.61%)＞MBC(20.60%—48.19%)＞WSOC(13.47%—29.29%),不同组分对林火的不同响应显著影响了土壤ROC、POC、WSOC的占比.(3)土壤有机碳及其活性组分与阳离子交换量、毛管孔隙度、总孔隙度、有效磷、碱解氮呈显著正相关(P＜0.05),与容重呈极显著负相关(P＜0.01).火烧后土壤有机碳的变化主要与阳离子交换量、容重、全氮、含水率有关,且阳离子交换量影响最大(解释率为 61.7%).

火成碳是生物质或化石燃料不完全燃烧所形成的含碳物质的连续统一体,火成碳具有很高的稳定性,是全球一个重要的潜在碳汇,在全球碳循环和气候变化研究中具有重要的意义.森林生态系统作为陆地生态系统的主体,每年都经受不同大小和烈度的林火干扰,在森林生态系统中积累了大量火成碳;同时,在全球气候变暖条件下,林火面积和林火频次将增加,火成碳的积累将进一步增加,火成碳库已成为森林生态系统中的一个重要碳汇.然而,目前在森林生态系统碳循环及相关的生态系统模型中,均未考虑火成碳库的碳汇功能.本文从火成碳的鉴定与定量测定、森林中的火成碳、森林火成碳的生态作用、森林火成碳储量估算几个方面评述了森林火成碳的最新研究进展,最后,我们展望了森林火成碳未来发展方向,为我国森林碳预算和碳循环的相关研究提供参考.

以新疆喀纳斯国家自然保护区科学实验区未受人为干扰的泰加林火成演替森林群落为对象,基于160个样方及其自然火干扰发生时间和火烈度的调查,采用冗余分析方法,分析森林群落物种多样性与环境因子和火干扰因子之间的关系以及草本层、灌木层和乔木层物种多样性与群落物种多样性之间的关系.结果表明:喀纳斯泰加林群落草本层物种多样性受环境因子海拔、土壤含水量、土壤全氮含量、土壤温度和火干扰因子火烈度的影响较大;灌木层物种多样性受海拔、土壤含水量、土壤电导率和土壤有机质含量的影响较大;乔木层物种多样性受环境因子海拔、土壤含水量、土壤有机质含量、土壤全氮含量和火干扰因子火烈度的影响较大.泰加林群落物种多样性除受环境因子海拔、土壤含水量和土壤有机质、全氮含量和火干扰因子火烈度的影响较大,草本和乔木层的相互作用和影响,对群落物种多样性起了决定性作用.喀纳斯泰加林群落物种多样性分布格局是由以海拔为主的多种因子综合作用的结果.

以喀纳斯国家自然保护区科学实验区未受人为干扰的可识别的火成演替泰加林群落为研究对象,采用典型样地调查法,运用地形因子、火干扰因子、土壤因子和物种重要值为变量的典范对应分析(CCA)方法和多元回归树(MRT)方法,分析物种分布格局的影响因子及群落类型和特征,以期加深对泰加林火成演替群落的科学认识.结果 表明:喀纳斯泰加林植被共有维管束植物172种,隶属43科125属,其中乔木7种,灌木19种,草本植物146种.影响喀纳斯泰加林火成演替群落物种分布格局的主要因子是地形因子的海拔、土壤因子的全钾含量、火干扰因子的火烈度和火后时间.MRT方法将喀纳斯泰加林火成演替群落划分为6个群落类型,即:①疣枝桦(Betula pendula)+西伯利亚云杉(Picea obovata)-红果越橘(Vaccinium hirtum)-黑穗苔草(Carex atrata)+老芒麦(Elymus sibiricus)群落;②疣枝桦+西伯利亚云杉-红果越橘+大叶绣线菊(Spiraea chamaedryfolia)-黑穗苔草群落;③西伯利亚落叶松(Larix sibirica)+疣枝桦-红果越橘+密刺蔷薇(Rosa spinosissima)-黑穗苔草+寄奴花(Eremosyne pectinata)群落;④西伯利亚红松(Pinus sibirica)+西伯利亚落叶松-红果越橘+林奈木(Linnaes boealis)-老芒麦+寄奴花群落;⑤西伯利亚落叶松-红果越橘+阿尔泰忍冬(Lonicera caerulea)-细叶野豌豆(Vicia tenuifolia)+老芒麦群落;⑥西伯利亚落叶松+西伯利亚云杉-红果越橘-老芒麦+黑穗苔草群落.喀纳斯泰加林火成演替群落物种分布格局是地形因子、土壤因子和火干扰因子三者共同作用的结果,其中海拔、火烈度和火后时间是影响群落类型形成的关键因子.

在北方森林中火干扰是森林景观变化的主导因素.林火烈度作为衡量林火动态的重要指标,较为直观地反映了火干扰对森林生态系统的破坏程度,其空间格局深刻地影响着森林景观中的多种生态过程(如树种组成、种子扩散以及植被的恢复).解释林火烈度空间格局有助于揭示林火干扰后森林景观格局的形成机制,对预测未来林火烈度空间格局以及制定科学合理林火管理策略均有重要意义.基于LandsatTM/ETM遥感影像,将2000-2016年大兴安岭呼中林区的36场火的林火烈度划分为未过火、轻度、中度、重度4个等级.采用FRAGSTAT景观格局分析软件从类型水平上计算了斑块所占景观面积比、面积加权平均斑块面积、面积加权平均斑块分维数、面积加权边缘面积比、斑块密度5个景观指数,以对林火烈度空间格局进行了定量化描述.并且采用随机森林模型,分析了气候、地形、植被对林火烈度空间格局的影响及其边际效应.通过研究得出以下结果:(1)相对于未过火、轻度、以及中度火烧斑块,重度火烧斑块的面积更大、形状更简单;(2)海拔对重度火烧斑块的空间格局起着至关重要的作用,其次是坡向、坡度、植被覆盖度、相对湿度、温度等;(3)随着海拔的升高,面积加权平均斑块面积和面积加权平均斑块分维数的边际效应曲线呈上升趋势,而面积加权边缘面积比和斑块密度呈下降趋势;除了面积加权平均斑块面积外,都受到火前植被覆盖度的影响,且植被覆盖度为0.2-0.3范围内,重度火烧斑块在景观中所占比例最大.总的来看,2000—2016年大兴安岭呼中森林景观中重度火烧斑块与未过火、轻度以及中度火烧斑块存在显著差异性.相对于气候,地形和植被对于塑造重度火烧斑块空间格局具有重要作用.因此,应针对重度火烧区域进行可燃物处理,从景观层面上合理配置森林斑块,从而降低高烈度森林大火发生的风险.

本研究通过FireBGCv2模型,模拟不同烈度林火干扰下未来100年呼中自然保护区森林各碳库的动态变化特征,以探究森林不同碳库对火干扰的响应规律,为保护区森林可燃物的管理提供科学依据.结果表明:林火干扰显著降低了保护区森林碳储量,且林火烈度越大,碳储量降低越多.火干扰影响森林各碳库储量的变化,也改变了森林总碳库的分配特征.林火干扰对各碳库碳储量的影响表现为:林火干扰使活立木、半腐殖质层碳储量降低,使粗木质残体碳储量在模拟前、中期增加,在模拟后期降低,灌草碳库碳储量在模拟后期增加.林火烈度越大,活立木、灌草碳库碳储量越低,枯立木和粗木质残体碳库碳储量越高.林火干扰对总碳库分配的影响表现为:林火干扰后,灌草、枯立木、粗木质残体和土壤碳库占比增加,活立木、半腐殖层碳库在总碳库中的占比减小.林火烈度越大,灌草碳库占比越小,粗木质残体碳库占比越大,烈度对其他碳库占比影响较小.枯落物的周期性变化规律为:20年达到高值,然后10年内降到低值,这一发现为确定森林可燃物处理的时间间隔提供了有力的依据,建议在大兴安岭地区每隔20年进行一次计划火烧,以合理保护该地区的森林资源.

叶功能性状对林火的响应是林火生态领域的研究热点之一,研究火后油松叶功能性状变化能够揭示油松为适应火环境形成的生长策略,为促进油松火后恢复提供参考.以山西省沁源县火烧迹地内油松为研究对象,选择当年生叶片分析叶功能性状在不同火烈度(未过火、轻度火烧、中度火烧)火烧迹地间的变化规律,并研究不同火烧迹地内叶经济谱的变化特征.结果表明:除氮磷比外,叶功能性状在不同火烈度的火烧迹地间存在显著差异,其中,叶面积的差异最为明显,是最敏感的性状.随火烧迹地内火烈度的增加,叶面积、叶厚度、叶干物质含量、叶氮含量和叶磷含量升高,比叶面积、叶有机碳含量降低.部分叶功能性状间存在显著的相关关系,但其相关性在不同火烈度的火烧迹地间存在差异.叶经济谱沿着"未过火-轻度火烧-中度火烧"的火烧迹地环境总体向"快速投资-收益型"的资源权衡策略移动,低烈度火烧迹地内油松的生长恢复会加快.

油松是我国华北地区代表性树种之一,含有丰富油脂,容易引发大面积高烈度森林火灾.阐明不同烈度林火对油松林地表可燃物负荷量和潜在地表火行为的影响,对于油松林林火管理具有重要意义.以辽河源自然保护区2014年不同烈度林火干扰后油松林分为研究对象,根据不同烈度(重度、中度、轻度)和对照(未过火)分别设置3块20 m×20 m样地,共12块样地,调查地表可燃物和林分结构指标,结合室内实验,利用BehavePlus 5.0软件进行潜在火行为模拟,探讨不同烈度林火5年后油松林地表可燃物负荷量和潜在地表火行为特点,并分析影响潜在地表火行为的主要因素.研究结果表明:(1)不同烈度林火之间,细小可燃物负荷量和地表可燃物总负荷量均不存在显著性差异(P>0.05).(2)不同烈度林火后,在不同风速和可燃物含水率条件下,油松林潜在地表火蔓延速度、火线强度不存在显著性差异(P>0.05),单位面积发热量、火焰高度、反应强度存在显著性差异(P<0.05).(3)不同烈度林火后油松林潜在地表火行为主要受油松更新幼苗基径、灌木负荷量、油松平均冠幅、上层枯叶负荷量、油松更新幼苗密度的影响.研究结果表明不同烈度林火均可以降低再次燃烧的火烈度和风险.