火是制约植物生长发育的重要干扰因子,影响植物的生理代谢,甚至导致植物死亡.非结构性碳水化合物(NSC)主要包括可溶性糖(SS)和淀粉(ST),对植物在干扰下存活具有重要作用.然而,关于植物NSC及其组分含量对火后时间响应机制的研究尚有不足.该研究采用"空间替代时间"的方法,在大兴安岭呼中区选取5个不同火烧时间的重度火烧地块和1个临近的未火烧地块,分别采集白桦(Betula platyphylla)的叶片、细根以及根际土壤样品,测定白桦叶片和细根的NSC及其组分含量、白桦叶片和细根的性状特征,以及根际土壤属性.结果表明:白桦叶片ST和NSC含量随火后时间的增加显著降低,而细根ST和NSC含量随火后时间的增加显著增加,叶片和细根的NSC含量分别在火后30年和火后17年与火烧前无显著差异,表明细根NSC含量从重度火烧干扰的影响中恢复得更快;火后时间对白桦叶片的NSC含量有直接影响,还通过影响比叶面积对叶片的NSC含量产生间接影响;火后时间对白桦细根NSC含量的影响主要是通过影响土壤pH和比叶面积间接产生.综上,火后时间对植物NSC含量的影响具有明显的器官差异性.该结果可为火烧迹地的植被恢复研究提供科学数据和理论基础.

云南松是我国西南林区典型易燃针叶树,研究林火对云南松林地表可燃物负荷量及火烧后碳排放量的影响,对可燃物管理及区域碳平衡维持提供科学依据.本研究以四川省西昌市2020年3月30日云南松林火烧迹地为对象,设置不同火烧强度(轻度、中度、重度)和对照(未火烧)样地,分析不同火烧强度下地表可燃物负荷量的变化以及地表可燃物负荷量与环境因子之间的相关关系,通过乔木层、凋落物层及地表有机质层可燃物负荷量损失程度计算可燃物燃烧效率,进而计算不同组分可燃物的碳排放量.结果表明:(1)不同火烧强度下云南松林各类型地表可燃物负荷量均存在显著差异(P＜0.05),地表可燃物总负荷量具体表现为:重度火烧(50.94 t·hm-2)＞对照样地(41.08 t·hm-2)＞中度火烧(37.40 t·hm-2)＞轻度火烧(28.83 t· hm-2);(2)冗余分析结果表明,林分因子中,烧死木百分比、熏黑高度与树高的比值对灌木和草本可燃物负荷量的解释量较大;地形因子中,坡向对地表可燃物负荷量的解释量大于坡度和海拔;(3)云南松林乔木层、凋落物层、地表有机质层可燃物碳排放量在不同火烧强度样地间均存在显著差异(P＜0.05),碳排放量分别为23451.30、8322.86、5244.74 t,此次森林火灾碳排放量为37018.90 t.

林火作为我国北方森林生态系统的重要干扰因子,随着全球气候变暖,其影响将更为严重.本文对大兴安岭地区兴安落叶松(Larix gmelinii)林重度火烧迹地3块不同恢复阶段1个生长季土壤微生物生物量氮、碳的动态变化进行了调查.结果表明:在整个生长季,土壤微生物生物量氮、碳都呈现先增加后减少的趋势,而且土壤上层微生物生物量氮、碳都高于土壤下层.火后3年和火后28年土壤上、下层微生物生物量氮高于对照样地,火干扰后9年土壤上、下层微生物生物量氮低于对照样地;火后3年土壤上、下层微生物生物量碳低于对照样地;火后9年和28年微生物生物量碳高于对照样地.火后不同恢复阶段土壤微生物生物量氮、碳在6月份达到峰值,然后在生长季中呈下降趋势.火后9年土壤上层微生物生物量碳与磷(P)含量呈显著负相关关系,火后9年土壤下层和火后28年土壤上层微生物生物量氮与土壤含水量呈正相关.本研究结果将为研究中国北方森林系统火后土壤微生物生物量氮、碳的动态变化及其火后的主要影响因子提供数据基础.

基于遥感影像的燃烧指数被广泛应用于火烧严重度(fire severity)研究,选取适宜燃烧指数定量评估草原火烧严重度,对草原生态系统植被的恢复与管理具有重要意义.以呼伦贝尔草原火烧迹地为研究区域,基于landsat8 OLI影像分别构建4种燃烧指数(NBR、NSTV1、dNBR和RdNBR)与综合燃烧指数(CBI)的回归模型并进行精度验证,对比分析不同燃烧指数识别草原火烧严重度等级的能力.结果表明:在燃烧指数与CBI构建的回归模型中,dNBR指数的相关性(n=70,R2=0.856)最高;4种燃烧指数识别火烧严重度的精度存在差异,中度火烧区域(1＜CBI≤2)内,NSTV1指数识别精度最高,未过火(CBI=0)、轻度火烧(0＜CBI≤1)和重度火烧(2＜CBI≤3)区域内,dNBR指数识别精度均表现最好,分别为80％、62.5％和100％;基于不同燃烧指数的草原火烧严重度制图中,dNBR指数的总体精度同样高于其他燃烧指数,为82.1％,Kappa系数高达0.76.综上所述,dNBR指数是草原火烧严重度分析与评价的适宜遥感指数.

在大兴安岭针叶林生态系统中,林火是驱动森林结构与功能变化的主要因子之一,对土壤碳循环过程产生了深刻影响.本研究在大兴安岭林区选择不同火烧强度(轻度、中度、重度)和火烧年份(1987-2012年)的火烧迹地开展野外调查,分土壤发生层(O层、A层、AB层、BC层、C层)采集样品,采用双因素方差分析和多重比较法,分析了火烧强度和火后恢复时间对森林土壤有机碳含量的影响.结果表明:中度和重度火烧后,土壤O层有机碳含量呈逐年上升趋势;A、B层土壤有机碳含量在轻、中度火烧后呈逐年下降趋势,其随时间的变化情况为火后3年＞火后5年＞火后10年＞火后10年以上,在重度火烧后的10年之内呈逐年上升趋势,但在火后10年以上又迅速下降;BC层有机碳含量变化无明显规律.

选择河北省平泉县油松林火烧迹地为研究区,按照过火林地燃烧状况,划分轻度火烧(L)、中度火烧(M)、重度火烧(H)3个强度的林地作为研究样地,选择相邻未过火林地(CK)作为对照样地.以0-10 cm,10-20 cm,20-30 cm的顺序采集土壤样品.样品用于分析不同火烧影响下土壤有机碳(SOC)、土壤养分中铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、全氮(TN)、全钾(TK)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效钾(AK)、速效磷(AP)含量和土壤pH值变化,以及土壤有机碳和土壤养分其在火烧之后不同土层深度之间的数值波动.结果表明:(1)不同火烧强度对土壤有机碳含量差异影响显著(P<0.05),与未过火林地相比,中度、轻度火烧的土壤有机碳含量降低,重度火烧土壤有机碳含量增加;土壤有机碳含量变化随土层深度增加而降低;(2)不同火烧强度对土壤养分中所有指标的差异性显著(P<0.05),不同土层深度之间的数量变化明显.铵态氮含量在各土层均表现为重度火烧后增加,中、轻度火烧则减少;硝态氮含量受轻度、中度、重度火烧后在各土层整体增加;速效氮含量在0-10 cm土层轻度、中度、重度火烧后增加,在10-20 cm土层中度、重度火烧后减少而轻度火烧后增加,在20-30 cm土层重度和轻度火烧后增加,中度火烧后减少.轻度、中度、重度火烧后的全氮和全磷含量在各土层整体降低.速效磷含量在0-10 cm土层受重度和轻度火烧后增加,10-20 cm、20-30 cm土层重度、中度、轻度火烧后含量皆减少.全钾含量在0-10 cm土层重度、轻度火烧后含量降低,中度火烧后含量增加,10-20 cm土层火烧后含量均会增加,20-30 cm土层火烧后含量均会降低.速效钾含量受重度、中度、轻度火烧后在各土层含量均会减少;(3)不同火烧强度与土壤pH值差异性极显著(P<0.01),火烧后pH值上升.上述结果可为研究林火干扰后土壤有机碳和土壤养分的变化规律,以及火烧迹地植被恢复的研究提供参考.

为研究大兴安岭重度火烧迹地自然恢复后的林分土壤温室气体源汇强度及其影响因素,采用静态箱/气相色谱法,对生长季(6-9月)天然次生林土壤温室气体CO2、CH4、N2O通量进行原位观测.结果表明:1)生长季内天然次生林土壤为大气CO2、N2O的源,CH4的汇,平均通量分别为575.81 mg·m-2·h-1、17.81 μg·m-2·h-1和-68.69 μg·m-2·h-1;CO2与CH4通量在生长季内表现出明显的双峰变化规律,N2O通量则呈单峰变化,且均在8月达到观测期的最大值.2)土壤温度是影响该区天然次生林土壤温室气体通量的主控因子,土壤湿度和大气湿度在昼夜与季节尺度上与土壤温室气体通量的相关性不同.3)该区天然次生林9:00-12:00时段观测获得的土壤气体通量值经矫正后可代表当日气体通量.研究补充了大兴安岭火烧迹地森林生态系统温室气体通量数据,为该区土壤温室气体源汇的相关研究提供了依据.

火是生态系统的主要干扰因子之一,直接影响地表土壤动物群落多样性.为了解大兴安岭火烧迹地地表土壤动物群落恢复状况,于2016年6月和8月,选取松岭区南瓮河国家级自然保护区内2006年落叶松白桦混交林重度火烧迹地为实验样地、未受干扰的混交林为对照样地,采用陷阱法研究地表土壤节肢动物群落组成与多样性.本研究共捕获地表土壤节肢动物17 460只,隶属5纲14目57科85属.其中大型土壤节肢动物隶属4纲11目36科55属,优势类群为铺道蚁属(Tetramorium);中小型土壤节肢动物隶属2纲3目18科30属,优势类群为球角跳属(Hypogastrura).整体而言,重度火烧迹地地表土壤节肢动物总个体数多于对照样地,而总类群数低于对照样地,但仅大型地表土壤节肢动物个体数明显低于对照样地(P ＜ 0.05).研究时段,8月份中小型土壤节肢动物的个体数明显高于6月份(P ＜ 0.05).群落多样性分析表明,重度火烧迹地与对照样地的地表土壤节肢动物群落多样性指数差异性不显著(P ＞ 0.05),其中6月份中小型地表土壤节肢动物Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数与Margalef丰富度指数明显低于8月份(P ＜ 0.01),而6月份Simpson优势度指数高于8月份(P＜ 0.01).火烧迹地与对照样地土壤节肢动物群落相似性系数为0.78,不同月份之间地表土壤节肢动物群落相似性均为0.43,表明地表土壤节肢动物群落总体变化较小,但地表土壤节肢动物群落随时间发生改变.地表土壤节肢动物对研究区域资源的利用存在明显的差异(P ＜ 0.01),重度火烧迹地可共同利用资源增多,对照样地可共同利用资源少而优势现象明显.重度火烧迹地地表主要土壤动物类群因可利用资源增加而导致生态位重叠指数增加.典型判别分析显示,地表土壤节肢动物群落受火烧干扰影响,且存在明显的季节变化.

为研究大兴安岭重度火烧迹地在不同恢复方式下林地土壤CO2、CH4和N2O排放特征及其影响因素,采用静态箱/气相色谱法,在2017年生长季(6月-9月)对3种恢复方式(人工更新、天然更新和人工促进天然更新)林地土壤温室气体CO2、CH4、N2O通量进行了原位观测.研究结果表明:(1)3种恢复方式林地土壤在生长季均为大气CO2、N2O的源,CH4的汇;生长季林地土壤CO2排放通量大小关系为人工促进天然更新((634.40±246.52) mg m-2 h-1)＞人工更新((603.63±213.22) mg m-2 h-1)＞天然更新((575.81±244.12) mg m-2 h-1),3种恢复方式间无显著差异;人工更新林地土壤CH4吸收通量显著高于人工促进天然更新;天然更新林地土壤N2O排放通量显著高于其他两种恢复方式.(2)土壤温度是影响3种恢复方式林地土壤温室气体通量的关键因素;土壤水分仅对人工更新林地土壤N2O通量有极显著影响(P＜0.01);3种恢复方式林地土壤CO2通量与大气湿度具有极显著的响应(P＜ 0.01);土壤pH仅与天然更新林地土壤CO2通量显著相关(P＜0.05);土壤全氮含量仅与人工促进天然更新林地土壤CH4通量显著相关(P＜0.05).(3)基于100年尺度,由3种温室气体计算全球增温潜势得出,人工促进天然更新(1.83× 104 kg CO2/hm2)＞人工更新(1.74× 104 kg CO2/hm2)＞天然更新(1.67× 104 kg CO2/hm2).(4)阿木尔地区林地土壤年生长季CO2和N2O排放量为8.85×106 t和1.88× 102 t,CH4吸收量为1.05×103 t.

林火是北方针叶林的重要生态因子,直接影响火烧迹地物种多样性及功能多样性,进而影响森林群落的演替.以牙克石地区火后自然恢复12年的兴安落叶松群落为研究对象,在群落尺度上分析火烧迹地土壤养分含量、叶片功能性状、物种多样性和功能多样性在不同火烧强度(轻、中和重度火烧)下的变化规律.结果表明:火烧显著降低了土壤全氮含量,对土壤全磷含量无显著影响.轻、中度火烧有助于维持群落较高的物种多样性和功能多样性;中度火烧显著增加了群落的物种多样性,物种丰富度指数、Shannon指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数均在中度火烧时有最大值;火烧降低了群落的功能丰富度和功能离散度指数,二者分别在中、轻度火烧时最大(除未过火外),而群落的功能均匀度和二次熵指数在林火干扰后增加,轻度火烧后最大.随火烧强度增加,叶干物质含量、叶组织密度和叶磷含量总体呈显著增大趋势,而比叶面积、叶含水量、叶氮含量和叶N∶P则表现出未过火＞中度火烧＞轻度火烧＞重度火烧的规律,叶片厚度呈先增大后减小的变化规律.火烧强度对森林群落的叶片功能性状和功能多样性均有显著影响,且适度的火干扰对森林群落的恢复具有促进作用.