寒温带针叶林火烧迹地土壤温室气体通量研究

【摘要】随着全球气候变暖进程的加剧,世界范围内森林火灾频发,致使森林生态系统破坏、森林资源流失,造成了巨大的生态和经济损失。与此同时,林火产生的大量温室气体进—步加剧了全球气候变暖的进程,增加森林火险,形成气候变暖→森林火灾→气候变暖的正反馈机制。寒温带大兴安岭是我国唯一的高纬度冻土林区,也是“东北亚”环境敏感区。作为我国重要的森林碳汇区,该区的多年连续冻土封存了大量的温室气体,而森林火灾是导致该区冻土融化、温室气体排放的重要干扰因素之一。本研究以不同年份(2003年、2008年和2012年)和不同程度(轻度和重度)的兴安落叶松林火烧迹地为研究对象,从林火后冻土区土壤温室气体通量、植被恢复、水热因子、土壤微生物及土壤有机碳等方面展开研究,旨在揭示林火干扰后冻土区土壤温室气体通量规律,探索火烧迹地土壤温室气体通量对植被恢复、水热因子变化、土壤微生物动态及土壤有机碳分布的响应,对进一步完善大兴安岭森林火灾后碳氮循环研究具有重要的意义。观测期(2011年-2012年)内的研究结果表明：1.不同火烧迹地土壤CO2排放通量呈单峰曲线规律,且随火烧年份和火烧程度的增加而增加；土壤CH4通量(生长季为吸收通量,冻融期为排放通量)呈多峰曲线规律,林火造成了土壤CH4通量的显著差异；土壤N2O通量(生长季为排放通量,冻融期不确定)呈多峰曲线规律,林火对土壤N2O通量的影响不显著。2.轻度火烧趋向于增加火烧迹地Shannon-Wiener指数和Margalef指数,但地上生物量减少,重度火烧则相反；火烧导致Pielou指数的增加,表现为轻度>重度,火灾年份对其影响不显著；土壤CO2、CH4通量分别与地上生物量具有显著的线性正相关关系(R2=0.63,P<0.05)和指数负相关关系(R2=0.82,P<0.01),土壤N2O通量与地上生物量关系不显著。3.火烧迹地大气温湿度和土壤温度均表现为单峰曲线规律,土壤含水量表现为指数下降规律；土壤CO2通量分别与大气温度、土壤温度表现为显著的指数回归关系,与大气相对湿度表现为显著的正线性关系,与土壤含水量关系不显著；土壤CH4通量分别与土壤含水量、土壤温度表现为显著的正、负线性关系；土壤N2O通量分别与土壤温度、土壤含水量之间表现为显著的二次函数关系和线性关系。4.2003年和2008年火烧迹地土壤微生物数量均低于未过火区,2012年火烧迹地土壤微生物数量则表现出增加趋势,火烧对土壤微生物数量造成了显著影响；轻度火烧导致土壤微生物量碳减少,重度火烧导致土壤微生物量碳增加；火烧也造成了土壤微生物量氮的显著差异,导致火烧后土壤微生物碳氮比下降；土壤微生物量碳分别与土壤CH4通量表现出极显著的正线性关系,土壤微生物量氮与土壤N2O通量之间具有显著的正相关关系。5.火烧迹地土壤容重与土层深度呈负相关关系,土壤有机碳含量、有机碳密度分别与土层深度呈正相关关系；与未过火区相比,林火造成了10cm-20cm土层土壤有机碳的积累和0-10cm、20cm-30cm和30cm-40cm土层土壤有机碳的亏损；土壤有机碳含量和有机碳密度整体上表现为未过火区>2003年火烧迹地>2008年火烧迹地>2012年火烧迹地的特征；土壤CO2、CH4通量分别与土壤有机碳含量和密度具有显著的线性关系,但与土壤N2O通量之间关系不显著。6.在冻土融化期和生长季,土壤温室气体CO2总当量随火烧年份和火烧程度增加而增加,轻度火烧导致全球增温潜能(GWP)小幅增加,重度火烧导致GWP大幅增加；在冻土冻结期,轻度火烧迹地土壤温室气体GWP减少15%左右,重度火烧迹地GWP增加,火烧年份和火烧程度对GWP增量具有显著的影响。
【作者】李攀；
【导师】周梅；
【作者基本信息】内蒙古农业大学，野生动植物保护与利用，2014，博士
【关键词】大兴安岭；森林火灾；火烧迹地；冻土；温室气体；

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