高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

林火对北京平谷区油松林土壤化学性质的影响

刘冠宏 李炳怡 宫大鹏 李伟克 刘晓东

刘冠宏, 李炳怡, 宫大鹏, 李伟克, 刘晓东. 林火对北京平谷区油松林土壤化学性质的影响[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(2): 29-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339
引用本文: 刘冠宏, 李炳怡, 宫大鹏, 李伟克, 刘晓东. 林火对北京平谷区油松林土壤化学性质的影响[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(2): 29-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339
Liu Guanhong, Li Bingyi, Gong Dapeng, Li Weike, Liu Xiaodong. Effects of forest fire on soil chemical properties of Pinus tabuliformis forest in Pinggu District of Beijing[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(2): 29-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339
Citation: Liu Guanhong, Li Bingyi, Gong Dapeng, Li Weike, Liu Xiaodong. Effects of forest fire on soil chemical properties of Pinus tabuliformis forest in Pinggu District of Beijing[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(2): 29-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339

林火对北京平谷区油松林土壤化学性质的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339
基金项目: 

国家自然科学基金项目 31770696

详细信息
    作者简介:

    刘冠宏。主要研究方向:生态学。Email: liugh@bjfu.edu.cn  地址: 100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者:

    刘晓东,博士,教授。主要研究方向:生态学。Email: xd-liu@bjfu.edu.cn  地址:同上

  • 中图分类号: S714.27;S762.1

Effects of forest fire on soil chemical properties of Pinus tabuliformis forest in Pinggu District of Beijing

  • 摘要: 目的以北京平谷区油松林火烧迹地为研究对象,通过在不同火烧强度下养分含量、相关性关系以及主要养分比值的分析,探讨林火对北京平谷区油松林土壤化学性质的影响,以了解火烧后土壤养分资源的重新配置及其空间性差异,对火烧迹地的植被恢复和管理提供参考。方法按照过火强度,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(C)作为对照样地。调查和测定火灾发生后0.5年的0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm的土壤养分含量,采用单因素、双因素方差分析、相关性分析、LSD事后检验,研究不同火烧强度下土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、速效氮(AN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、全钾(TK)、速效钾(AK)、全磷(TP)、速效磷(AP)含量、碳氮比(C/N)、氮磷比(N/P)的变化。结果(1) 不同火烧强度在相同土层下,林火对TN影响不显著(P>0.05),对TP影响显著(P < 0.05),对其他所有指标影响极显著(P < 0.01);不同土层下,林火对TK影响不显著,对其他所有指标影响极显著(P < 0.01);各土壤养分在土壤中呈垂直分布特点。(2)火烧使土壤SOC、TN、AN含量呈现明显下降趋势,使TP、AP,TK,AK含量整体呈现增加趋势。(3)轻度过火使土壤NH4+-N、NO3--N含量下降;中度过火使土壤表层NH4+-N含量升高、NO3--N含量下降,下层NH4+-N含量下降、NO3--N含量升高;重度过火使土壤NH4+-N含量升高,土壤表层NO3--N含量升高,下层NO3--N含量下降。(4)主要元素C、N、P三者之间相关性极显著(P < 0.01),TK与其他土壤养分相关性较不明显(P>0.05)。(5)C/N比在轻中度过火后少量下降,在重度过火后上升。N/P过火后皆下降,且过火前随土层深度增加,过火后相反,随土层深度降低。结论林火对土壤化学性质的影响极其重要,相同强度火烧会对不同土层土壤化学性质影响有区别,不同强度火烧使各土壤化学性质产生显著变化,对土壤养分资源的重新配置产生重要影响。
  • 图  1  不同火烧强度下土壤有机碳与土层深度的关系

    不同大写字母表示同一样地不同土层之间差异显著(P<0.05),不同小写字母表示不同样地同一土层之间差异显著(P<0.05)。下同。

    Figure  1.  Relationship between soil organic carbon and soil depth under different fire intensities

    Different capital letters mean significant difference in different soil layers of the same sample plot at P<0.05 level,different lowercase letters mean significant difference in the same soil layer of different sample plots at P<0.05 level. The same below.

    图  2  不同火烧强度下土壤TN、AN、NH4+-N、NO3--N与土层深度的关系

    Figure  2.  Relationship between TN、AN、NH4+-N、NO3--N and soil depth under different fire intensities

    图  3  不同火烧强度下土壤TP、AP与土层深度的关系

    Figure  3.  Relationship between TP, AP and soil depth under different fire intensities

    图  4  不同火烧强度下土壤TK、AK与土层深度的关系

    Figure  4.  Relationship between TK, AK and soil depth under different fire intensities

    表  1  样地概况

    Table  1.   General situation of sample plots

    样地
    Sample plot
    火烧程度
    Fire intensity
    平均胸径
    Mean DBH/cm
    平均树高
    Mean tree height/m
    平均熏黑高度
    Mean scorch height/m
    树木死亡率
    Tree mortality/%
    1 重度Severe 28.32 11.00 11.00 100
    2 重度Severe 23.70 11.27 11.27 100
    3 重度Severe 25.24 12.32 12.32 100
    4 中度Moderate 24.90 11.13 2.50 56.58
    5 中度Moderate 21.15 10.66 3.22 55.76
    6 中度Moderate 24.17 11.99 3.73 61.80
    7 轻度Light 26.00 13.18 0.79 14.06
    8 轻度Light 28.34 10.76 0.84 13.17
    9 轻度Light 23.70 12.03 0.76 14.88
    10 对照Control 24.68 12.50 0 0
    11 对照Control 24.31 15.81 0 0
    12 对照Control 19.68 11.00 0 0
    下载: 导出CSV

    表  2  不同火强度和土层对土壤化学性质的交互影响分析

    Table  2.   Interaction between different fire intensities and soil layers on soil chemical properties

    指标
    Index
    Sig.
    火烧强度(Ⅰ)
    Fire intensity (Ⅰ)
    土层(Ⅱ)
    Soil layer(Ⅱ)
    Ⅰ×Ⅱ
    SOC < 0.01 < 0.01 0.55
    TN 0.15 < 0.01 0.83
    TP 0.02 < 0.01 0.36
    TK < 0.01 0.052 0.02
    NH4+-N < 0.01 < 0.01 0.49
    NO3--N < 0.01 < 0.01 < 0.01
    AN < 0.01 < 0.01 0.08
    AP < 0.01 < 0.01 < 0.01
    AK < 0.01 < 0.01 0.046
    注:SOC.土壤有机碳;TN.全氮;TP.全磷;TK.全钾;NH4+-N.铵态氮;NO3--N.硝态氮;AN.速效氮;AP.速效磷;AK.速效钾。下同。Notes: SOC,soil organic carbon; TN, total nitrogen; TP,total phosphorus; TK,total potassium; NH4+-N,ammoniacal nitrogen; NO3--N,nitrate nitrogen; AN,available nitrogen; AP,available phosphorus; AK,available potassium. The same below.
    下载: 导出CSV

    表  3  土壤各养分相关系数

    Table  3.   Coefficients among soil physiochemical characteristics

    SOC TN TP TK NH4+-N NO3--N AN AP AK
    SOC 1
    TN 0.967** 1
    TP 0.736** 0.746** 1
    TK -0.288 -0.268 -0.093 1
    NH4+-N 0.678** 0.626** 0.642** 0.081 1
    NO3--N 0.522** 0.464** 0.356* -0.288 0.409* 1
    AN 0.843** 0.768** 0.530** -0.344* 0.641** 0.574** 1
    AP 0.530** 0.531** 0.677** -0.071 0.543** 0.152 0.460** 1
    AK 0.683** 0.665** 0.739** 0.091 0.801** 0.330* 0.611** 0.827** 1
    注:*表示相关性达到显著水平(P < 0.05);**表示相关性达到极显著水平(P < 0.01)。Notes: * indicates the correlation is significant (P < 0.05); ** indicates the correlation is extremely significant (P < 0.01).
    下载: 导出CSV

    表  4  土壤养分相关比值特征

    Table  4.   Correlation ratio characteristics of soil nutrients

    指标
    Index
    土层Soillayer/cm 火烧强度Fire intensity Sig.
    C L M H 火烧强度
    Fire intensity(Ⅰ)
    土层
    Soil layer(Ⅱ)
    Ⅰ×Ⅱ
    C/N 0~10 12.00±0.71Aa 10.53±0.47Ac 11.71±0.17Ab 12.27±1.10Aa < 0.01 0.104 0.858
    10~20 11.55±0.20Aa 10.23±0.90Ab 10.52±1.33Ab 11.74±0.50Aa
    20~30 11.79±0.58Aa 10.40±1.15Ab 10.46±0.69Ab 11.38±0.65Aa
    N/P 0~10 9.79±1.97Aa 8.18±2.14Ab 7.16±0.27Ac 7.77±0.50Abc < 0.01 0.616 0.817
    10~20 10.13±0.57Aa 7.65±1.60Ab 6.78±1.54Ab 6.98±0.29Ab
    20~30 10.73±1.39Aa 7.03±1.49Ab 6.14±0.44Ac 6.98±0.85Ab
    注:数据为平均值±标准差。Note:data is mean+SD.
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘发林, 肖化顺, 罗鹏飞.林火对土壤有机质的影响研究综述[J].土壤通报, 2016, 47(1): 239-245. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trtb201601037

    Liu F L, Xiao H S, Luo P F. A review: the effect of forest fire on soil organic matter[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2016, 47(1): 239-245. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trtb201601037
    [2] 徐成, 张水锋, 李克伦.林火对森林土壤有机碳影响的研究进展[J].绿色科技, 2016(2): 8-10. doi:  10.3969/j.issn.1674-9944.2016.02.003

    Xu C, Zhang S F, Li K L. Research progress on effect of forest fire on forest soil organic carbon[J]. Journal of Green Science and Technology, 2016(2): 8-10. doi:  10.3969/j.issn.1674-9944.2016.02.003
    [3] 郭剑芬, 杨玉盛, 陈光水, 等.火烧对森林土壤有机碳的影响研究进展[J].生态学报, 2015, 35(9): 2800-2809. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201509003

    Guo J F, Yang Y S, Chen G S, et al. A review of effects of fire on soil organic carbon in forests[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(9): 2800-2809. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201509003
    [4] 任清胜, 辛颖, 赵雨森.重度火烧对大兴安岭落叶松天然林土壤团聚体有机碳和黑碳的影响[J].北京林业大学学报, 2016, 38(2): 29-36. doi:  10.13332/j.1000-1522.20150098

    Ren Q S, Xin Y, Zhao Y S. Impact of severe burning on organic carbon and black carbon in soil aggregates in natural Larix gmelinii forest of Great Xing'an Mountains[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2016, 38(2): 29-36. doi:  10.13332/j.1000-1522.20150098
    [5] 陈帅, 陶骏骏, 王振师, 等.火行为对森林地表可燃物燃烧碳转化的影响[J].燃烧科学与技术, 2018, 24(2): 177-185. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rskxyjs201802013

    Chen S, Tao J J, Wang Z S, et al. Effects of fire behavior on carbon conversion rates of surface fire in wildland[J]. Journal of Combustion Science and Technology, 2018, 24(2): 177-185. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rskxyjs201802013
    [6] 单洪伟, 李文影.白桦次生林4个林龄0-30 cm土层水源涵养功能比较[J].森林工程, 2014, 30(1): 41-45. doi:  10.3969/j.issn.1001-005X.2014.01.010

    Shan H W, Li W Y. Comparison of water conservation function in 0-30 cm soil layer of Betula platyphylla secondary forest at four stages[J]. Forest Engineering, 2014, 30(1): 41-45. doi:  10.3969/j.issn.1001-005X.2014.01.010
    [7] 陶长森, 牛树奎, 陈锋, 等.北京山区主要针叶林潜在火行为及冠层危险指数研究[J].北京林业大学学报, 2018, 40(9): 55-62. doi:  10.13332/j.1000-1522.20150098

    Tao C S, Niu S K, Chen F, et al. Potential fire behavior and canopy hazard index of main coniferous forests in Beijing mountain area[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(9): 55-62. doi:  10.13332/j.1000-1522.20150098
    [8] 杨思琪, 朱敏, 刘晓东.疏伐对北京西山林场刺槐林可燃物特征及碳储量影响研究[J].生态科学, 2018, 37(1): 94-100. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stkx201801014

    Yang S Q, Zhu M, Liu X D. Effect of thinning on fuel characteristics and carbon stock of Robinia pseudoacacia forest in Beijing Xishan Forest Farm[J]. Ecological Science, 2018, 37(1): 94-100. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stkx201801014
    [9] 陆昕, 胡海清, 孙龙, 等.火干扰对森林生态系统土壤有机碳影响研究进展[J].土壤通报, 2014, 45(3): 760-768. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trtb201403042

    Lu X, Hu H Q, Sun L, et al. Progress on fire disturbance on soil organic carbon in the forest ecosystem[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2014, 45(3): 760-768. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trtb201403042
    [10] 栾兆平, 王洪杰.林火对土壤理化性质影响综述[J].林业劳动安全, 2014, 27(4): 41-43. doi:  10.3969/j.issn.1006-5091.2014.04.010

    Luan Z P, Wang H J. Review of the effect of forest fires on the physical and chemical properties of soil[J]. Forestry Labour Safety, 2014, 27(4): 41-43. doi:  10.3969/j.issn.1006-5091.2014.04.010
    [11] 刘世荣, 王晖, 栾军伟.中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展[J].生态学报, 2011, 31(19): 5437-5448. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201119005

    Liu S R, Wang H, Luan J W. A review of research progress and future prospective of forest soil carbon stock and soil carbon process in China[J]. Acta Ecologica Sinica. 2011, 31(19): 5437-5448. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201119005
    [12] 冯玉元.安全扑救山区林火的措施探讨[J].森林防火, 2018(2): 46-50. doi:  10.3969/j.issn.1002-2511.2018.02.014

    Feng Y Y. Measures to safely fight forest fires in mountain areas[J]. Forest Fire Prevention, 2018(2): 46-50. doi:  10.3969/j.issn.1002-2511.2018.02.014
    [13] 李静, 宫阿都, 陈艳玲, 等.森林过火区植被遥感参数的变化与恢复特征分析[J].地球信息科学学报, 2018, 20(3): 368-376. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqxxkx201803011

    Li J, Gong E D, Chen Y L, et al. Analysis on the characteristics of change and recovery of vegetation indices for forests in burned area[J]. Journal of Geo-Information Science, 2018, 20(3): 368-376. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqxxkx201803011
    [14] 刘柯珍, 赵凤君, 王明玉, 等.我国大兴安岭地区夏季林火的火环境研究[J].林业机械与木工设备, 2018, 46(7): 24-29. doi:  10.3969/j.issn.2095-2953.2018.07.007

    Liu K Z, Zhao F J, Wang M Y, et al. Research on fire environment of summer forest fires in Daxing'anling Region in China[J]. Forestry Machinery & Woodworking Equipment, 2018, 46(7): 24-29. doi:  10.3969/j.issn.2095-2953.2018.07.007
    [15] Butler O M, Lewis T, Chen C. Fire alters soil labile stoichiometry and litter nutrients in Australian eucalypt forests[J]. International Journal of Wildland Fire, 2017, 26(9): 783-788. doi:  10.1071/WF17072
    [16] Ulery A L, Graham R C, Goforth B R, et al. Fire effects on cation exchange capacity of California forest and woodland soils[J]. Geoderma, 2017, 286: 125-130. doi:  10.1016/j.geoderma.2016.10.028
    [17] Verma S, Jayakumar S. Effect of recurrent fires on soil nutrient dynamics in a tropical dry deciduous forest of Western Ghats, India[J]. Journal of Sustain Forest, 2018, 5: 1-13. http://cn.bing.com/academic/profile?id=21b6bc505a9042d6bb5392ad49d2fe52&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [18] 韩春兰, 邵帅, 王秋兵, 等.兴安落叶松林火干扰后土壤有机碳含量变化[J].生态学报, 2015, 35(9): 3023-3033. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201509028

    Han C L, Shao S, Wang Q B, et al. The variability of soil organic carbon content in Larix gmelinii forests after fire disturbances[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(9): 3023-3033. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201509028
    [19] 武广源.火干扰后对森林土壤微生物生物量的影响[J].林业科技情报, 2017, 49(2): 34-38. doi:  10.3969/j.issn.1009-3303.2017.02.009

    Wu G Y. Effects of fire disturbance on microbial biomass in forest soil[J]. Forestry Science and Technology Information, 2017, 49(2): 34-38. doi:  10.3969/j.issn.1009-3303.2017.02.009
    [20] Hamman S T, Burke I C, Stromberger M E. Relationships between microbial community structure and soil environmental conditions in a recently burned system[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2007, 39(7): 1703-1711. doi:  10.1016/j.soilbio.2007.01.018
    [21] 郑琼, 崔晓阳, 邸雪颖, 等.不同林火强度对大兴安岭偃松林土壤微生物功能多样性的影响[J].林业科学, 2012, 48(5): 95-100. doi:  10.3969/j.issn.1672-8246.2012.05.018

    Zheng Q, Cui X Y, Di X Y, et al. Effects of different forest fire intensities on microbial community functional diversity in forest soil in Daxing'anling[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2012, 48(5): 95-100. doi:  10.3969/j.issn.1672-8246.2012.05.018
    [22] 倪宝龙, 刘兆刚.不同强度火干扰下盘古林场天然落叶松林的空间结构[J].生态学报, 2013, 33(16): 4975-4984. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201316017

    Ni B L, Liu Z G.A dynamic analysis of spatial distribution pattern of Larix gmelinii natural forest in Pangu Farm under varying intensity of fire disturbance[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(16): 4975-4984. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201316017
    [23] 张立志, 孙亚娟, 宋银平, 等.不同强度林火干扰对红花尔基樟子松天然林更新的影响[J].防护林科技, 2015(5): 16-19. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fhlkj201505005

    Zhang L Z, Sun Y J, Song Y P, et al. Effects of fire disturbance with different intensities on regeneration of natural forest of Pinus sylvestris var. mongolica in honghuaerji region[J]. Protection Forest Science and Technology, 2015(5): 16-19. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fhlkj201505005
    [24] 陈维奇.不同火烧强度对黑松林土壤及植被组成的影响[D].北京: 北京林业大学, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-1016140127.htm

    Chen W Q. Effects of different burning degree on soil and vegetation composition of Pinus thunbergii forest[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-1016140127.htm
    [25] 孙明学.塔河林区林火对土壤性质与植被恢复的影响[D].北京: 北京林业大学, 2011. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-1011132843.htm

    Sun M X. The impacts on soil properties and revegetation from forest fire in Tahe forest region[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2011. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-1011132843.htm
    [26] 解宪丽, 孙波, 周慧珍, 等.中国土壤有机碳密度和储量的估算与空间分布分析[J].土壤学报, 2004, 41(1): 35-43. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2004.01.006

    Xie X L, Sun B, Zhou H Z, et al. Estimation and spatial distribution analysis of soil organic carbon density and reserves in China[J]. Acta Pedologica Sinica, 2004, 41(1): 35-43. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2004.01.006
    [27] 解宪丽, 孙波, 周慧珍, 等.不同植被下中国土壤有机碳的储量与影响因子[J].土壤学报, 2004, 41(5): 687-699. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2004.05.005

    Xie X L, Sun B, Zhou H Z, et al. Soil organic carbon storage and impact factors under different vegetations in China[J]. Acta Pedologica Sinica, 2004, 41(5): 687-699. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2004.05.005
    [28] 南鹏辉, 曹宁阳, 齐麟, 等.林火对北方森林深层土壤有机碳的影响[J].林业资源管理, 2017(5): 52-60. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lyzygl201705010

    Nan P H, Cao N Y, Qi L, et al. Effects of forest fire on organic carbon in deep soil of boreal forests[J]. Forest Resources Management, 2017(5): 52-60. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lyzygl201705010
    [29] 李红运, 辛颖, 赵雨森.火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征[J].应用生态学报, 2016, 27(9): 2747-2753. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201609003

    Li H Y, Xin Y, Zhao Y S. Distribution characteristics of soft organic carbon of burned area under different restorations[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(9): 2747-2753. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201609003
    [30] Johnson D W, Curtis P S. Effects of forest management on soil C and N storage: meta analysis[J]. Forest Ecology & Management, 2001, 140(2): 227-238. doi:  10.1016-S0378-1127(00)00282-6/
    [31] 李银坤, 陈敏鹏, 夏旭, 等.不同氮水平下夏玉米农田土壤呼吸动态变化及碳平衡研究[J].生态环境学报, 2013(1): 18-24. doi:  10.3969/j.issn.1674-5906.2013.01.006

    Li Y K, Chen M P, Xia X, et al. Dynamics of soil respiration and carbon balance of summer-maize field under different nitrogen addition[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2013(1): 18-24. doi:  10.3969/j.issn.1674-5906.2013.01.006
    [32] 孙鹏跃, 徐福利, 王渭玲, 等.华北落叶松人工林地土壤养分与土壤酶的季节变化及关系[J].浙江农林大学学报, 2016, 33(6): 944-952. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zjlxyxb201606004

    Sun P Y, Xu F L, Wang W L, et al. Seasonal dynamics of soil nutrients and soil enzyme activities in Larix principis-rupprechtii plantations[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2016, 33(6): 944-952. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zjlxyxb201606004
    [33] 魏云敏, 袁强.不同强度火烧对兴安落叶松林土壤铵态氮的影响[J].林业科技, 2015, 40(3): 18-19. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lykj201503006

    Wei Y M, Yuan Q, Effects of different intensity fire on soil ammonium nitrogen in Larix gmelinii forest[J]. Forestry Science & Technology, 2015, 40(3): 18-19. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lykj201503006
    [34] Black W N, White R P. Effects of nitrogen, phosphorus, potassium, and manure factorially applied to potatoes in a long-term study[J]. Canadian Journal of Soil Science, 1973, 53(2): 205-211. doi:  10.4141/cjss73-031
    [35] 魏云敏, 胡海清, 孙龙, 等.不同强度火烧对兴安落叶松林土壤可矿化碳的影响[J].安徽农业科学, 2014, 30(30): 10708-10710. doi:  10.3969/j.issn.0517-6611.2014.30.097

    Wei Y M, Hu H Q, Sun L, et al. Effects of different fire intensities on potential mineralization carbon in Larix gmelinii forest[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2014, 30(30): 10708-10710. doi:  10.3969/j.issn.0517-6611.2014.30.097
    [36] Heydari M, Rostamy A, Najafi F, et al. Effect of fire severity on physical and biochemical soil properties in Zagros oak (Quercus brantii Lindl.) forests in Iran[J]. Journal of Forestry Research, 2017(1): 1-10. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=lyyj201701010
    [37] 朱光艳.火干扰对森林土壤氮矿化的影响研究[J].林业科技情报, 2017, 49(2): 20-25. doi:  10.3969/j.issn.1009-3303.2017.02.006

    Zhu G Y. Effects of fire disturbance on nitrogen mineralization in forest soil[J]. Forestry Science and Technology Information, 2017, 49(2): 20-25. doi:  10.3969/j.issn.1009-3303.2017.02.006
    [38] 朱利英, 赵春章, 莫旭, 等.计划烧除攀枝花苏铁林区地面覆盖物对苏铁生长和土壤理化性质的影响[J].应用与环境生物学报, 2012, 18(3): 381-390. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=yyyhjswxb201203007

    Zhu L Y, Zhao C Z, Mo X, et al. Effects of prescribed burning on plant growth and soil properties of a Cycas Panzhihuacycasis forest[J]. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology, 2012, 18(3): 381-390. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=yyyhjswxb201203007
    [39] 徐薇薇, 乔木.干旱区土壤有机碳含量与土壤理化性质相关分析[J].中国沙漠, 2014, 34(6): 1558-1561. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgsm201406016

    Xu W W, Qiao M. Soil carbon contents in relation to soil physicochemical properties in arid regions of china[J]. Journal of Desert Research, 2014, 34(6): 1558-1561. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgsm201406016
    [40] 刘建.半干旱黄土区典型封育草地火烧对土壤—植物系统养分分布的影响[D].杨凌: 西北农林科技大学, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10712-1016157753.htm

    Liu J. Effects of fire on the soil-plant system nutrient distribution in a typical enclosed grassland in a semi-arid loess area[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10712-1016157753.htm
    [41] 谷会岩, 金靖博, 陈祥伟, 等.不同火烧强度林火对大兴安岭北坡兴安落叶松林土壤化学性质的长期影响[J].自然资源学报, 2010(7): 1114-1121. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZRZX201007007.htm

    Gu H Y, Jin J B, Chen X W, et al. The long-term impacts on chemical properties of Larix gmelini forest on the northern slope of Daxing'anling mountains from a forest fire of varying fire intensity[J]. Journal of Natural Resources, 2010(7): 1114-1121. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZRZX201007007.htm
    [42] 王丽, 王兆锋, 张镱锂, 等.火烧对拉萨地区湿草甸湿地土壤养分特征的影响[J].环境科学研究, 2013, 26(5): 549-554. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hjkxyj201305013

    Wang L, Wang Z F, Zhang Y L, et al. Effects of fire burning on wet meadow soil nutrient conditions in Lhasa[J]. Research of Environmental Sciences, 2013, 26(5): 549-554. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hjkxyj201305013
    [43] 刘兴诏, 周国逸, 张德强, 等.南亚热带森林不同演替阶段植物与土壤中N、P的化学计量特征[J].植物生态学报, 2010, 34(1): 64-71. doi:  10.3773/j.issn.1005-264x.2010.01.010

    Liu X Z, Zhou G Y, Zhang D Q, et al. N and P stoichiometry of plant and soil in lower subtropical forest successional series in southern China[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2010, 34(1): 64-71. doi:  10.3773/j.issn.1005-264x.2010.01.010
    [44] 青烨, 孙飞达, 李勇, 等.若尔盖高寒退化湿地土壤碳氮磷比及相关性分析[J].草业学报, 2015, 24(3): 38-47. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/caoyexb201503004

    Qing Y, Sun F D, Li Y, et al. Analysis of soil carbon, nitrogen and phosphorus in degraded alpine wetland, Zoige, southwest China[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(3): 38-47. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/caoyexb201503004
  • [1] 张韫, 于悦, 崔晓阳, 王海淇.  试验林火干扰下大兴安岭北部落叶松林土壤含水率的时空变化 . 北京林业大学学报, 2020, 42(8): 94-101. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190182
    [2] 王博, 韩树文, 武英达, 牛树奎, 刘晓东.  辽河源自然保护区油松林火烧迹地林木更新研究 . 北京林业大学学报, 2020, 42(4): 41-50. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190315
    [3] 张韫, 于悦, 崔晓阳.  试验林火干扰下兴安落叶松林土壤有效磷的时空变化 . 北京林业大学学报, 2019, 41(2): 12-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180129
    [4] 李连强, 牛树奎, 陶长森, 陈羚, 陈锋.  妙峰山油松林分结构与地表潜在火行为相关性分析 . 北京林业大学学报, 2019, 41(1): 73-81. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180304
    [5] 张韫, 李传波, 崔晓阳.  大兴安岭北部试验林火干扰下土壤密度的时空变化 . 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 48-54. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170318
    [6] 韩梅, 温鹏, 许惠敏, 张永福, 李伟克, 刘晓东.  北京市十三陵林场油松林地表火行为模拟 . 北京林业大学学报, 2018, 40(10): 95-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180249
    [7] 宋洁, 朱敏, 刘晓东, 任云卯, 王奇峰, 金莹杉.  疏伐对北京西山油松林可燃物特征及潜在火行为影响 . 北京林业大学学报, 2017, 39(5): 41-47. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160353
    [8] 王树力, 梁晓娇, 马超, 周健平.  基于结构方程模型的羊柴灌丛与沙地土壤间耦合关系 . 北京林业大学学报, 2017, 39(1): 1-8. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160101
    [9] 李伟克, 刘晓东, 牛树奎, 李炳怡, 刘冠宏, 褚艳琴.  火烧对河北平泉油松林土壤微生物量的影响 . 北京林业大学学报, 2017, 39(10): 70-77. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160420
    [10] 汪金松, 赵秀海, 张春雨, 李化山, 王娜, 赵博.  模拟氮沉降对油松林土壤有机碳和全氮的影响 . 北京林业大学学报, 2016, 38(10): 88-94. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140294
    [11] 谷会岩, 金屿淞, 张芸慧, 陈祥伟.  林火对大兴安岭偃松—兴安落叶松林土壤养分的影响 . 北京林业大学学报, 2016, 38(7): 48-54. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150510
    [12] 王竞红, 蔡体久, 葛树生, 刘敬旭, 琚存勇, 孙晓新.  中俄输油管道工程建设对大兴安岭典型森林生态系统的影响 . 北京林业大学学报, 2015, 37(10): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150086
    [13] 孙天用, 王立海, 徐华东, 鲍震宇.  小兴安岭土壤化学性质对红松活立木树干腐朽的影响 . 北京林业大学学报, 2014, 36(2): 30-37.
    [14] 张玉红, 覃炳醒, 孙铭隆, 周志强.  林火对大兴安岭典型林型林下植被与土壤的影响 . 北京林业大学学报, 2012, 34(2): 7-13.
    [15] 陈宏伟, 胡远满, 常禹, 布仁仓, 李月辉, 刘淼.  呼中林区不同森林采伐方式对林火的长期影响模拟 . 北京林业大学学报, 2011, 33(5): 13-19.
    [16] 杨晓晖, 喻泓, 于春堂, 慈龙骏.  呼伦贝尔沙地樟子松林火烧后恢复演替的空间格局分析 . 北京林业大学学报, 2008, 30(2): 44-49.
    [17] 李国雷, 刘勇, 甘敬, 郭蓓, 徐扬.  飞播油松林地土壤酶活性对间伐强度的季节响应 . 北京林业大学学报, 2008, 30(2): 82-88.
    [18] 李国平, 崔彬彬, 赵俊卉, 施婷婷, 李贤军, 杜官本, 刘志军, 周国模, 刘智, 张煜星, 雷霆, 徐剑琦, 肖化顺, 宗世祥, 江泽慧, 周志强, 王志玲, 程金新, 张展羽, 雷相东, 于寒颖, 黄心渊, 程丽莉, 陈伟, 曹伟, 雷洪, 张贵, 张则路, 张彩虹, 郭广猛, 张璧光, 王海, 黄群策, 李云, 王正, 骆有庆, 杨谦, 丁立建, 苏淑钗, 苏里坦, 郝雨, 王正, 刘童燕, 曹金珍, 李云, 吴家森, 张璧光, 关德新, 方群, 吴家兵, 李文军, 常亮, 秦广雍, 刘彤, 张大红, 秦岭, 张书香, 许志春, 张慧东, 刘大鹏, 王勇, 张国华, 宋南, 姜培坤, 黄晓丽, 贺宏奎, 张佳蕊, 陈晓光, 金晓洁], 周晓燕, 苏晓华, 蔡学理, 张金桐, 李延军, 姜金仲, 陈燕, 高黎, 于兴华, 冯慧, 刘建立, 张弥, 姜静, 刘海龙, 张冰玉, 王德国, 朱彩霞, 陈绪和, 王谦, 王安志, 成小芳, 尹伟伦, 周梅, 张连生, 冯大领, 金昌杰, 亢新刚, 张勤, 聂立水, 陈建伟3, 梁树军, 胡君艳, 韩士杰, 崔国发, 姚国龙.  亚热带不同人工林土壤理化性质的研究 . 北京林业大学学报, 2006, 28(6): 56-59.
    [19] 程广有, 王跃思, 吕建雄, 李利平, 李红, 高莉萍, 贺康宁, 孙仁山, 包仁艳, 王继强, 谢力生, 周存宇, 赵东, 包满珠, 姜春宁, 高林, 孙扬, 于志明, 邢韶华, 李吉跃, 李世荣, 殷亚方, 高峰, 向仕龙, 李文彬, 周国逸, 史常青, 田勇臣, 刘娟娟, 葛春华, 赵勃, 郑彩霞, 孙磊, 王迎红, 曹全军, 赵有科, 孙艳玲, 王清春, 唐晓杰, 周心澄, 华丽, 丁坤善, 张德强, 高亦珂, 姜笑梅, 崔国发, 刘世忠, 张启翔, .  北京山区不同区域油松林植物多样性比较研究 . 北京林业大学学报, 2005, 27(4): 12-16.
    [20] 李慧, 李景文, 黄国胜, 龙玲, 符韵林, 张秋英, 熊瑾, 王明枝, 侯亚南, 刘震, 张一平, 饶良懿, 杨海龙, 李全发, 詹亚光, 李梅, 宋小双, 马文辉, 李景文, 杨晓晖, 
    王保平, 杜华强, 殷亚方, 王洁瑛, 陆熙娴, 赵敏, 李俊清, 范文义, 徐峰, 秦瑶, 李妮亚, 陈晓阳, 耿晓东, 王雪军, 刘文耀, 李俊清, 韩海荣, 李发东, 梁机, 窦军霞, 朱金兆, 吕建雄, 尹立辉, 朱金兆, 李吉跃, 张克斌, 赵宪文, 乔杰, 刘雪梅, 刘桂丰, 秦素玲, 李凤兰, 孙玉军, 倪春, 欧国强, 慈龙骏, 毕华兴, 陈晓阳, 于贵瑞, 李黎, 李云, 陈素文, 唐黎明, 康峰峰, 沈有信, 齐实, 刘伦辉, 朱国平, 王玉成, 赵双菊, 宋献方, 张桂芹, 李伟, 黎昌琼, 蒋建平, 王雪, 韦广绥, 马钦彦, 任海青, 李伟, 文瑞钧, 魏建祥, 丁霞, 李慧, 杨谦, 张万军, 孙涛, 周海江, 宋清海, , 孙志强, 孙晓敏, 刘莹, 李宗然, 
    北京戒台寺古油松生长衰退与土壤条件关系初步研究 . 北京林业大学学报, 2005, 27(5): 32-36.
  • 加载中
图(4) / 表 (4)
计量
  • 文章访问数:  609
  • HTML全文浏览量:  169
  • PDF下载量:  23
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-25
  • 修回日期:  2018-12-04
  • 刊出日期:  2019-02-01

林火对北京平谷区油松林土壤化学性质的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339
    基金项目:

    国家自然科学基金项目 31770696

    作者简介:

    刘冠宏。主要研究方向:生态学。Email: liugh@bjfu.edu.cn  地址: 100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者: 刘晓东,博士,教授。主要研究方向:生态学。Email: xd-liu@bjfu.edu.cn  地址:同上
  • 中图分类号: S714.27;S762.1

摘要: 目的以北京平谷区油松林火烧迹地为研究对象,通过在不同火烧强度下养分含量、相关性关系以及主要养分比值的分析,探讨林火对北京平谷区油松林土壤化学性质的影响,以了解火烧后土壤养分资源的重新配置及其空间性差异,对火烧迹地的植被恢复和管理提供参考。方法按照过火强度,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(C)作为对照样地。调查和测定火灾发生后0.5年的0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm的土壤养分含量,采用单因素、双因素方差分析、相关性分析、LSD事后检验,研究不同火烧强度下土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、速效氮(AN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、全钾(TK)、速效钾(AK)、全磷(TP)、速效磷(AP)含量、碳氮比(C/N)、氮磷比(N/P)的变化。结果(1) 不同火烧强度在相同土层下,林火对TN影响不显著(P>0.05),对TP影响显著(P < 0.05),对其他所有指标影响极显著(P < 0.01);不同土层下,林火对TK影响不显著,对其他所有指标影响极显著(P < 0.01);各土壤养分在土壤中呈垂直分布特点。(2)火烧使土壤SOC、TN、AN含量呈现明显下降趋势,使TP、AP,TK,AK含量整体呈现增加趋势。(3)轻度过火使土壤NH4+-N、NO3--N含量下降;中度过火使土壤表层NH4+-N含量升高、NO3--N含量下降,下层NH4+-N含量下降、NO3--N含量升高;重度过火使土壤NH4+-N含量升高,土壤表层NO3--N含量升高,下层NO3--N含量下降。(4)主要元素C、N、P三者之间相关性极显著(P < 0.01),TK与其他土壤养分相关性较不明显(P>0.05)。(5)C/N比在轻中度过火后少量下降,在重度过火后上升。N/P过火后皆下降,且过火前随土层深度增加,过火后相反,随土层深度降低。结论林火对土壤化学性质的影响极其重要,相同强度火烧会对不同土层土壤化学性质影响有区别,不同强度火烧使各土壤化学性质产生显著变化,对土壤养分资源的重新配置产生重要影响。

English Abstract

刘冠宏, 李炳怡, 宫大鹏, 李伟克, 刘晓东. 林火对北京平谷区油松林土壤化学性质的影响[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(2): 29-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339
引用本文: 刘冠宏, 李炳怡, 宫大鹏, 李伟克, 刘晓东. 林火对北京平谷区油松林土壤化学性质的影响[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(2): 29-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339
Liu Guanhong, Li Bingyi, Gong Dapeng, Li Weike, Liu Xiaodong. Effects of forest fire on soil chemical properties of Pinus tabuliformis forest in Pinggu District of Beijing[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(2): 29-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339
Citation: Liu Guanhong, Li Bingyi, Gong Dapeng, Li Weike, Liu Xiaodong. Effects of forest fire on soil chemical properties of Pinus tabuliformis forest in Pinggu District of Beijing[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(2): 29-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180339
  • 火既是自然界中重要的生态因子,又是常见的干扰因素[1-2],如果发生森林火灾,将会对森林内的生物和环境造成巨大影响。森林火灾对其造成最直接影响是对森林生态系统的危害。但是,随着对火的进一步研究和认识,许多专家提出森林火灾具有两重性:一方面具有突发性和破坏性[3],会直接干扰森林环境,重大的森林火灾改变林内群落组成和土壤结构;另一方面火对林内的生物和环境具有一定的促进作用[4]。众多研究表明[5-8],林火发生的主要种类是地表火,可以直接影响土壤的化学性质。土壤化学性质不仅影响林木和土壤微生物的生长和发育,为其提供有效的元素,还对植物生长和营养吸收具有重要影响[9-10];同时,土壤内各养分指标很容易受外界因素干扰而发生改变,从而影响生物和非生物环境[11]。森林火灾通过直接烧毁地上植被和凋落物,在短期内造成土壤养分的损失。此外,火能够使土壤增温,从而改变土壤环境,影响土壤生物和地上植被更新机理和恢复机制[12-14]

    国外学者Butler等[15]研究了林火发生后,认为对林地土壤的干扰,影响了林地化学性质不稳定的变化,同时产生了负营养物质;Ulery等[16]研究表明,美国加州地区在火干扰后,土壤层次结构发生了改变;Verma等[17]的研究得出,印度干旱地区过火后,土壤养分重新配置。国内学者韩春兰等[18]研究了火干扰对土壤有机碳含量变化的直接影响和火后生境条件变化带来的间接影响,武广源等[19]通过研究火干扰对土壤化学性质的影响来分析土壤微生物的活性。因此探究林火与土壤化学性质之间的关系,有利于更全面了解林火过后土壤养分资源的重新配置和空间性差异。

    本文以不同火强度对北京平谷区过火后的火烧迹地为研究对象,通过在不同火烧强度下养分含量、相关性关系以及主要养分比值的分析,探讨火烧前后对土壤化学性质的具体影响和作用,借以了解火烧后土壤养分资源的重新配置,对火烧迹地的恢复和管理提供一定的理论参考。

    • 研究地区位于北京市平谷区魏家湾村(117°07′~117°24′E、40°15′~40°22′N),该区平均海拔180 m,年均气温为11.7 ℃,年均降水量629.4 mm,四季分明,属温带大陆性季风气候,夏季降水量最大,约占全年降水量的70%。土壤类型以棕壤土和褐土为主。山区林地内主要树种有油松(Pinus tabuliformis)、侧柏(Platycladus orientalis)、山杨(Populus davidiana)、刺槐(Robinia pseudoacacia)等。

    • 以魏家湾村人工油松林地为研究对象,该地于2017年4月29日发生森林火灾,过火面积大约50余hm2,受害森林面积20余hm2,火烧持续1 d。对其建立样地,样地海拔270~290 m,坡度10°~20°,林龄划分符合国家林业局《森林资源规划设计调查主要技术规定》(2003)对油松天然林林龄组的划分标准,本研究区内为油松成熟林。火烧程度依据树木死亡率和树干平均熏黑高度来确定:轻度火烧的树木死亡率 < 30%,树干熏黑高度2 m以下;重度火烧的树木死亡率>75%,树干熏黑高度5 m以上;中度火烧的树木死亡率和树干熏黑高度位于两者之间[20-24]。在火烧迹地上分别选择轻度(L)、中度(M)、重度(H)3种不同火烧强度的地段,以及相邻未过火对照林地(C),重复样地之间的海拔高度、纬度、坡向、坡位条件完全相同,仅在平行位移上有差别。每个强度各设置3个20 m×20 m的重复标准样地,共12块样地,样地概况如表 1

      表 1  样地概况

      Table 1.  General situation of sample plots

      样地
      Sample plot
      火烧程度
      Fire intensity
      平均胸径
      Mean DBH/cm
      平均树高
      Mean tree height/m
      平均熏黑高度
      Mean scorch height/m
      树木死亡率
      Tree mortality/%
      1 重度Severe 28.32 11.00 11.00 100
      2 重度Severe 23.70 11.27 11.27 100
      3 重度Severe 25.24 12.32 12.32 100
      4 中度Moderate 24.90 11.13 2.50 56.58
      5 中度Moderate 21.15 10.66 3.22 55.76
      6 中度Moderate 24.17 11.99 3.73 61.80
      7 轻度Light 26.00 13.18 0.79 14.06
      8 轻度Light 28.34 10.76 0.84 13.17
      9 轻度Light 23.70 12.03 0.76 14.88
      10 对照Control 24.68 12.50 0 0
      11 对照Control 24.31 15.81 0 0
      12 对照Control 19.68 11.00 0 0
    • 于2017年10月25日采集土壤样品,采集前清除土壤表层杂物,用直径50 mm的土钻在每块样地内用5点取样法采集土壤样品,每个取样点挖取深度按0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm顺序从土壤表层向下分层取样。将同强度同土层深度的5点的土样均匀的混合为1份,共计36份样品。采集完成后立刻带回实验室,将土样均匀摊开放在通风处风干,用于土壤化学性质的测定。

    • 土壤样品中的有机碳(SOC)的测定选用重铬酸钾-外加热法。土壤全氮(TN)含量测定采用凯氏定氮法,铵态氮(NH4+-N)与硝态氮(NO3--N)含量通过氯化钾溶液浸提后,采用流动分析仪进行测定。速效氮(AN)测定方法为碱解扩散法。土壤全磷(TP)与速效磷(AP)的测定方法为硫酸-高氯酸消煮法与碳酸氢钠法;全钾(TK)使用NaOH熔融,速效钾(AK)的测定则采用醋酸铵-火焰光度计法,每个样品进行3次平行重复测定。

    • 使用Microsoft Excel 2016对数据进行初步整理;显著性水平设定为a=0.05,使用SPSS 25.0进行数据处理;使用R Project进行事后检验;使用Excel 2016和Origin2018 SR0组合制作图表。其中,使用One-way ANOVA、Two-way ANOVA判断火强度、土层对相关的数据是否有交互影响,采用皮尔逊方法(Pearson)对土壤养分相关性分析,采用Fisher LSD进行事后检验。

    • 氮、磷、钾是土壤养分中大量元素;有效氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)关系到植物和微生物是否能直接迅速利用该养分;铵态氮(NH4+-N)与硝态氮(NO3--N)属土壤无机态氮,是土壤氮的重要组成部分。

    • 在不同火烧强度及不同土层变化及其交互作用下,对其双因素分析(Two-way ANOVA),结果如表 2

      表 2  不同火强度和土层对土壤化学性质的交互影响分析

      Table 2.  Interaction between different fire intensities and soil layers on soil chemical properties

      指标
      Index
      Sig.
      火烧强度(Ⅰ)
      Fire intensity (Ⅰ)
      土层(Ⅱ)
      Soil layer(Ⅱ)
      Ⅰ×Ⅱ
      SOC < 0.01 < 0.01 0.55
      TN 0.15 < 0.01 0.83
      TP 0.02 < 0.01 0.36
      TK < 0.01 0.052 0.02
      NH4+-N < 0.01 < 0.01 0.49
      NO3--N < 0.01 < 0.01 < 0.01
      AN < 0.01 < 0.01 0.08
      AP < 0.01 < 0.01 < 0.01
      AK < 0.01 < 0.01 0.046
      注:SOC.土壤有机碳;TN.全氮;TP.全磷;TK.全钾;NH4+-N.铵态氮;NO3--N.硝态氮;AN.速效氮;AP.速效磷;AK.速效钾。下同。Notes: SOC,soil organic carbon; TN, total nitrogen; TP,total phosphorus; TK,total potassium; NH4+-N,ammoniacal nitrogen; NO3--N,nitrate nitrogen; AN,available nitrogen; AP,available phosphorus; AK,available potassium. The same below.

      分析知火烧强度对SOC、TP、TK、NH4+-N、NO3--N、AN、AP、AK影响显著(P < 0.05),其中对SOC、TK、NH4+-N、NO3--N、AN、AP、AK影响极显著(P < 0.01);除TK外,土层对其余所有指标的影响皆为极显著(P < 0.01);火烧强度和土层的交互作用对TK、NO3--N、AP、AK影响显著(P < 0.05),其中对NO3--N、AP影响极显著(P < 0.01)。

      考虑土壤各化学性质间的相互影响,对其进行Pearson的相关性分析,结果见表 3

      表 3  土壤各养分相关系数

      Table 3.  Coefficients among soil physiochemical characteristics

      SOC TN TP TK NH4+-N NO3--N AN AP AK
      SOC 1
      TN 0.967** 1
      TP 0.736** 0.746** 1
      TK -0.288 -0.268 -0.093 1
      NH4+-N 0.678** 0.626** 0.642** 0.081 1
      NO3--N 0.522** 0.464** 0.356* -0.288 0.409* 1
      AN 0.843** 0.768** 0.530** -0.344* 0.641** 0.574** 1
      AP 0.530** 0.531** 0.677** -0.071 0.543** 0.152 0.460** 1
      AK 0.683** 0.665** 0.739** 0.091 0.801** 0.330* 0.611** 0.827** 1
      注:*表示相关性达到显著水平(P < 0.05);**表示相关性达到极显著水平(P < 0.01)。Notes: * indicates the correlation is significant (P < 0.05); ** indicates the correlation is extremely significant (P < 0.01).

      分析得出SOC、TN、TP与TK不相关,与其余各指标皆为极显著相关;TK与AN显著相关,与其他指标不显著相关;NH4+-N与TK不相关,与NO3--N显著相关,与其他指标极显著相关;NO3--N与TK不相关,与TP、NH4+-N显著相关,与其他指标极显著相关;AN与TK显著相关,与其余各指标皆为极显著相关;AP与TK、NO3--N不相关,与其他指标极显著相关;AK与TK不相关,与NO3--N显著相关,与其他指标极显著相关。

    • 由于不同火烧强度和不同土层深度皆对碳元素影响显著,分析不同火烧强度不同土层的特征如图 1

      图  1  不同火烧强度下土壤有机碳与土层深度的关系

      Figure 1.  Relationship between soil organic carbon and soil depth under different fire intensities

      相同火烧强度不同土层情况下,土壤SOC含量随土壤深度的增加而降低。结合表 2图 1,在0~10 cm土层中,与对照样地的土壤SOC含量相比,受到轻度、中度和重度火烧影响的土壤SOC含量均有减少,降幅分别为29.46%、0.99%和3.52%,该土层中未受火烧影响的有机碳含量与受火烧影响的有机碳含量表现出显著差异性,SOC含量由高到低分别为对照(C)>中度(M)>重度(H)>轻度(L)。在10~20 cm土层中,所有受到火烧的有机碳含量均有减少,降幅为36.85%、42.38%和29.77%,该土层未受火烧影响的有机碳含量与受火烧影响的有机碳含量表现出显著差异性,SOC含量由高到低分别为对照(C)>重度(H)>轻度(L)>中度(M)。在20~30 cm土层中,所有受到火烧的有机碳含量均有减少,降幅为40.64%、25.10%和26.78%,SOC含量由高到低分别为对照(C)>中度(M)>重度(H)>轻度(L),该土层中未受火烧的有机碳含量与受火烧影响的有机碳含量差异性显著。

    • 不同火烧强度下土壤TN、AN、NH4+-N、NO3--N的含量变化详见图 2

      图  2  不同火烧强度下土壤TN、AN、NH4+-N、NO3--N与土层深度的关系

      Figure 2.  Relationship between TN、AN、NH4+-N、NO3--N and soil depth under different fire intensities

      TN、AN、NH4+-N、NO3--N含量在相同火强度不同土层和在相同土层不同火强度样地中都表现出显著的差异性。

      相同火烧强度不同土层情况下,TN含量随土壤深度的增加而降低。不同火强度下,与未过火样地相比,在0~10 cm土层,TN含量在受到轻度火烧和重度火烧后分别降低20.51%和5.13%,中度火烧后则增加0.37%,该土层中未受火烧影响的TN含量与受火烧影响的TN含量表现出显著差异性,TN含量由高到低分别为中度(M)>对照(C)>重度(H)>轻度(L)。在10~20 cm土层,轻度、中度、重度火烧分别降低26.72%、35.88%、30.92%,该土层中未受火烧影响的TN含量与受火烧影响的TN含量表现出显著差异性,TN含量由高到低分别为对照(C)>轻度(L)>重度(H)>中度(M)。在20~30 cm土层中,降幅分别为32.14%、15.82%和22.96%,该土层中未受火烧影响的TN含量与受火烧影响的TN含量表现出显著差异性,TN含量由高到低分别为对照(C)>中度(M)>重度(H)>轻度(L)。

      相同火烧强度不同土层情况下,AN含量随土壤深度的增加而降低。不同火强度下,与未过火样地相比,在0~10 cm土层中,轻度、中度、重度火烧下的土壤AN含量分别降低33.98%、12.16%和12.50%,该土层中未受火烧影响的AN含量与受火烧影响的AN含量表现出显著差异性,AN含量由高到低分别为对照(C)>中度(M)>重度(H)>轻度(L)。在10~20 cm土层,分别降低49.65%、39.81%和32.64%,该土层中未受火烧影响的AN含量与受火烧影响的AN含量表现出显著差异性,AN含量由高到低分别为对照(C)>重度(H)>中度(M)>轻度(L)。在20~30 cm土层,分别降低31.24%、12.39%和18.76%,该土层中未受火烧影响的AN含量与受火烧影响的AN含量表现出显著差异性,各土层深度中都是受轻度火烧影响的含量最低。

      相同火烧强度不同土层情况下,未过火、轻度、重度火烧的样地土壤NH4+-N含量随土壤深度的增加而降低,中度过火的样地土壤NH4+-N则先降低后升高。不同火强度下,与未过火样地土壤NH4+-N含量相比,在0~10 cm土层,只有受到轻度火烧的NH4+-N含量略微降低9.52%,受到中度火烧和重度火烧影响的含量比对照水平增加28.49%和45.12%;该土层中未受火烧影响的NH4+-N含量与重度火烧影响的NH4+-N含量表现出差异显著,与轻度和中度火烧差异不显著;NH4+-N含量由高到低分别为重度火烧(H)>中度火烧(M)>对照样地(C)>轻度火烧(L)。在10~20 cm土层,受到轻度火烧和中度火烧的NH4+-N含量比对照样地水平降低25.69%、17.92%,而受到重度火烧影响后含量则增加25.69%;该土层中未受火烧影响的NH4+-N含量与重度火烧影响的NH4+-N含量表现出显著差异性,与轻度和中度火烧差异性不显著;NH4+-N含量由高到低分别为重度火烧(H)>对照样地(C)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)。在20~30 cm土层中,受到轻度火烧和中度火烧的含量比未过火样地分别降低22.77%和2.80%,重度过火样地土壤NH4+-N含量则升高17.18%;该土层中未受火烧影响的NH4+-N含量与重度火烧影响的NH4+-N含量表现出显著差异性,与轻度和中度火烧差异性不显著;NH4+-N含量由高到低分别为重度火烧(H)>对照样地(C)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)。

      相同火烧强度不同土层情况下,未过火、重度火烧的样地土壤NO3--N含量随土壤深度的增加而降低,轻度、中度过火的样地土壤NO3--N则先降低后升高。不同火强度下,与未过火样地土壤NO3--N含量相比,在0~10 cm土层,轻度、中度过火样地降幅分别为41.52%和75.18%,重度过火样地略有升高,增幅为3.64%,该土层NO3--N含量由高到低分别为重度火烧(H)>对照样地(C)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)。在10~20 cm土层,受到轻度、中度和重度火烧影响的含量分别降低为61.90%、28.17%和51.62%,该土层NO3--N含量由高到低分别为对照样地(C)>中度火烧(M)>重度火烧(H)>轻度火烧(L)。在20~30 cm土层,轻度和重度过火样地分别降低44.39%、50.96%,中度过火则增加40.88%,该土层NO3--N含量由高到低分别为中度火烧(M)>对照样地(C)>轻度火烧(L)>重度火烧(H)。

    • 不同火烧强度下土壤TP、AP特征见(图 3)。TP、AP含量在相同火强度不同土层表现显著差异性。

      图  3  不同火烧强度下土壤TP、AP与土层深度的关系

      Figure 3.  Relationship between TP, AP and soil depth under different fire intensities

      相同火烧强度不同土层情况下,未过火、轻度、重度火烧的样地土壤TP含量随土壤深度的增加而降低,中度过火的样地土壤TP则先降低后升高。不同火强度下,与对照样地的含量相比,在0~10 cm土层,轻度过火样地TP含量降低3.70%,中度和重度过火样地TP含量分别增加40.74%和22.22%,该土层TP含量从高到低分别为中度火烧(M)>重度火烧(H)>对照样地(C)>轻度火烧(L)。在10~20 cm土层,轻度和中度过火样地分别减少7.69%和3.85%,而重度过火样地的含量与未过火相比无明显变化,该土层TP含量从高到低分别为对照样地(C)=重度火烧(H)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)。在20~30 cm土层,轻度、中度、重度过火样地的TP含量分别增长5.56%、50.00%、16.67%,该土层TP含量从高到低分别为中度火烧(M)>重度火烧(H)>轻度火烧(L)>对照样地(C);其中中度火烧影响下的全磷含量增幅最大。

      相同火烧强度不同土层情况下,AP含量随土壤深度的增加而降低。不同火强度下,与对照样地的含量相比,在0~10 cm土层中,轻度、中度、重度过火下的土壤AP含量分别增加48.50%、294.00%和48.50%,中度火烧下增加最为明显,该土层AP含量从高到低分别为中度火烧(M)>重度火烧(H)和轻度火烧(L)>对照样地(C)。在10~20 cm土层,轻度和重度过火样地AP含量分别减少8.54%和19.51%,中度过火样地含量则增加13.41%,该土层AP含量从高到低分别为中度火烧(M)>对照样地(C)>轻度火烧(L)>重度火烧(H);在20~30 cm土层,轻度和重度过火样地AP含量分别减少15.25%和11.86%,中度过火样地则增加11.86%,该土层AP含量从高到低分别为中度火烧(M)>对照样地(C)>重度火烧(H)>轻度火烧(L)。

    • 图 4为不同火烧强度下土壤TK、AK含量特征。TK含量在相同土层不同火烧强度表现差异显著,在相同火烧强度不同图层差异不显著。AK含量在相同火强度不同土层和相同土层不同火强度中均表现极显著差异。

      图  4  不同火烧强度下土壤TK、AK与土层深度的关系

      Figure 4.  Relationship between TK, AK and soil depth under different fire intensities

      相同火烧强度不同土层情况下,TK在未过火、轻度、中度、重度火烧的样地土壤无明显规律性。不同火强度下,与未过火样地的TK含量相比,受到火烧后的TK含量均有增加。在0~10 cm土层,受到轻度、中度和重度火烧后的含量分别增加2.69%、10.07%和4.89%,受不同火烧影响的TK含量由高到低分别为中度火烧(M)>重度火烧(H)>轻度火烧(L)>对照样地(C);在10~20 cm土层,受到轻度、中度和重度火烧后的含量分别增加1.93%、6.52%和16.55%,受不同火烧影响的TK含量由高到低分别为重度火烧(H)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)>对照样地(C),即在该土层中TK含量随着火烧强度增加而增加。在20~30 cm土层,受到轻度、中度和重度火烧后的含量分别增加8.61%、8.16%和35.40%,受不同火烧影响的TK含量由高到低分别为重度火烧(H)>轻度火烧(L)和中度火烧(M)>对照样地(C)。

      相同火烧强度不同土层情况下,AK含量随土壤深度的增加而降低。不同火强度下,与未过火样地相比,在0~10 cm土层,轻度、中度、重度过火下的土壤AK含量分别增加9.58%、69.45%和38.32%,受不同火烧影响的AK含量由高到低分别为中度火烧(M)>重度火烧(H)>轻度火烧(L)>对照样地(C)。在10~20 cm土层,轻度和中度过火样地AK含量分别降低22.14%和5.69%,重度过火样地则增加13.92%,受不同火烧影响的AK含量由高到低分别为重度火烧(H)>对照样地(C)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)。在20~30 cm土层,轻度和中度过火样地AK含量分别降低7.20%和1.80%,重度过火样地则增加39.62%,受不同火烧影响的AK含量由高到低分别为重度火烧(H)>对照样地(C)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)。

    • 表 4为土壤养分相关比值特征及其在不同火烧强度及不同土层的变化及其交互作用下的显著性检验。可知火烧强度对C/N、N/P影响极显著(P < 0.01);土层对C/N、N/P影响不显著(P>0.05);火烧强度和土层的交互作用对C/N、N/P不显著(P>0.05)。

      表 4  土壤养分相关比值特征

      Table 4.  Correlation ratio characteristics of soil nutrients

      指标
      Index
      土层Soillayer/cm 火烧强度Fire intensity Sig.
      C L M H 火烧强度
      Fire intensity(Ⅰ)
      土层
      Soil layer(Ⅱ)
      Ⅰ×Ⅱ
      C/N 0~10 12.00±0.71Aa 10.53±0.47Ac 11.71±0.17Ab 12.27±1.10Aa < 0.01 0.104 0.858
      10~20 11.55±0.20Aa 10.23±0.90Ab 10.52±1.33Ab 11.74±0.50Aa
      20~30 11.79±0.58Aa 10.40±1.15Ab 10.46±0.69Ab 11.38±0.65Aa
      N/P 0~10 9.79±1.97Aa 8.18±2.14Ab 7.16±0.27Ac 7.77±0.50Abc < 0.01 0.616 0.817
      10~20 10.13±0.57Aa 7.65±1.60Ab 6.78±1.54Ab 6.98±0.29Ab
      20~30 10.73±1.39Aa 7.03±1.49Ab 6.14±0.44Ac 6.98±0.85Ab
      注:数据为平均值±标准差。Note:data is mean+SD.
    • 表 4可知,相同火烧强度不同土层情况下,中度、重度火烧的样地土壤C/N含量随土壤深度的增加而降低,未过火和轻度过火的样地土壤C/N则先降低后升高。不同火强度下,与未过火样地相比,在0~10 cm土层,轻度、中度过火下的土壤C/N含量分别降低12.25%、2.42%,重度则增加2.25%,该土层中C/N由高到低分别为重度火烧(H)>对照样地(C)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)。在10~20 cm土层,轻度、中度过火下的土壤C/N含量分别降低11.43%、8.92%,重度则增加1.65%,该土层中C/N由高到低分别为重度火烧(H)>对照样地(C)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)。在20~30 cm土层,轻度、中度、重度过火下的土壤C/N含量分别降低11.79%、11.28%、3.48%,该土层中C/N由高到低分别为对照样地(C)>重度火烧(H)>中度火烧(M)>轻度火烧(L)。C/N含量在相同土层不同火强度中表现极显著差异。

    • 相同火烧强度不同土层情况下,轻度、中度、重度火烧的样地土壤N/P含量随土壤深度的增加而降低,未过火样地则随土壤深度的增加而增加。不同火强度下,与未过火样地相比,在0~10 cm土层,轻度、中度、重度过火下的土壤N/P含量分别降低16.45%、26.86%、20.63%。在10~20 cm土层,轻度、中度、重度过火下的土壤N/P含量分别降低24.48%、33.07%、31.10%。在20~30 cm土层,轻度、中度、重度过火下的土壤N/P含量分别降低34.48%、42.78%、34.95%。在4个强度水平下,0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm 3个土层中土壤有机碳含量由高到低皆为对照样地(C) >轻度火烧(L)>重度火烧(H)>中度火烧(M)。相同火烧强度下,随土层深度增加,N/P值逐渐下降。N/P含量在相同土层不同火强度中表现极显著差异。

    • 不同火烧强度对土壤SOC含量的差异显著,火烧后土壤SOC的含量整体呈现下降趋势,这可能是由于土壤有机碳SOC在火干扰下分解,同时一定程度的提升了土壤微生物的活性,也加速了有机碳到无机碳的转变,刘发林等人[1]的研究也得出了类似的结果。

      不同土层深度对土壤有机碳含量影响的差异性显著,在数量变化上呈现垂直分布规律[25-27],即在任何一个火烧强度下(包含未发生火烧的样地),土壤有机碳的含量都遵循随着土层深度增加而降低的趋势[28],这与李红运等人[29]的研究结果相同。

    • 土壤TN的含量与SOC一致,火烧后呈现整体下降趋势,这可能是由于土壤中的氮和碳类似,经燃烧后会从有机状态转变为氧化物状态而挥发,同时,也由于碳氮呈现极显著的强正相关性关系,过火后的土壤SOC的减少,也会让TN呈现下降趋势[30]。土壤中的TN也呈现垂直分布特征,0~20 cm含量最高, 深度大于20 cm后有较大幅度下降[31]

      土壤中的AN含量在过火后有明显下降,有研究表明土壤AN的含量与土壤酶相关密切,土壤中的酶在过火后活性降低,导致AN下降[32]

      从整体看,轻度燃烧下,土壤中的硝态氮和铵态氮都会下降,中度和重度过火反而使土壤的硝态氮和铵态氮升高,这可能是由于,中度和重度过火时,高温持续时间长[33]。有研究表示,土壤中的N在超过200 ℃时会挥发[34],故过火后会损失大量的TN[35],但是火烧迹地表层存在大量黑色土壤,可以更好的吸收太阳能,使土壤温度升高[36],改变了林内小环境,加速了土壤氮素的矿化过程[37],这与朱利英等[38]的研究结果类似。

    • 土壤表层的TP、AP含量在过火后都有增加的趋势。有研究表明,增加的这部分主要是AP,也有研究表明,在土壤下层,AP可能有少量的下降趋势,这可能是因为火烧迹地植被更新,植物生长过程中根部急需土壤中的有效养分[39]

    • 从整体看,TK含量随着火烧强度的增强而增加,即火烧导致TK含量高于未发生火烧的水平。不同土层深度对TK含量差异性不显著,对AK含量差异性极显著。未受到火烧影响和中度火烧影响的TK含量随着土层增加而降低,而受到轻度火烧和重度火烧影响的含量则随着深度增加而增加。在0~10 cm土层中,受到火烧影响的AK含量均比未发生火灾的对照样地的含量高;而在10~20 cm和20~30 cm土层中,受轻度和中度火烧影响的AK含量较低于对照水平,受重度火烧影响的AK含量则高于对照水平。

      钾元素和碳、氮元素不同,不存在气体形式,因此火烧带来的高温不会导致钾元素以气体形式散失;另外,火烧以后形成灰分,导致TK含量在火烧后增加[40]。对于AK,有研究表明,植物生产需要大量的土壤速效养分,而中度和重度过火后,样地中的植物大部分已死亡,失去了生长能力,故对AK吸收减少,而灰分中含有的AK会使其高于对照水平,对于轻度过火的样地,植物并没有大量死亡,反而促进了其生产和土壤微生物的活性,使其对AK的吸收更多,故土壤下层的AK低于对照水平[41]

    • 不同火烧强度对平谷区天然油松次生林的C/N的影响差异显著。C/N主要影响了微生物的活性,0~10 cm为土壤表层,轻、中度火烧一定程度促进了土壤表层微生物的活性,故碳氮比降低[42]。而重度火烧则让大量土壤微生物死亡,故其分解速度变得缓慢,而深层土壤中微生物活性则被影响较少。

    • 不同火烧强度对平谷区天然油松次生林的土壤N/P的影响差异显著,受到火烧影响的土壤N/P均比未发生火烧的含量少。有研究表明,N/P中关键因子为P的含量[43],而TP的含量大致趋势为M<H<L<C,故N/P的趋势为C>L>H>M。

      不同土层深度对土壤N/P影响的差异性不显著,但未过火的样地N/P为深度增加而增加,轻度、中度、重度过火为随深度增加而降低,这可能是由于火烧后会促进植物的固氮作用,地上植被的恢复和固氮能力提升[44]

      林火对土壤化学性质的影响极其重要,相同强度火烧会对不同土层土壤化学性质影响有区别,不同强度火烧会使土壤化学性质产生显著变化,对土壤养分资源的重新配置产生重要影响。

      本研究是不同火强度对北京平谷区土壤主要养分指标的含量与比值的影响。通过在不同火烧强度下对土壤养分含量、相关性关系以及主要养分比值的分析,探讨火烧前后对土壤养分的具体影响和作用,借以了解火烧后土壤养分资源的重新配置,并对火烧迹地的恢复和管理提供一定的理论参考。

参考文献 (44)

目录

    /

    返回文章
    返回