火干扰对北方针叶林土壤环境的影响

北方针叶林土壤是一个重要的碳库,其林床蓄积了大量养分。火干扰是北方针叶林生态系统结构和功能的重要调节器,能够快速有效地改变林下环境。本文综述了林火加热土壤和火烧残留物对土壤物理化学和生物学性质的影响。最近的研究表明燃烧显著改变了土壤性质和养分循环,火后残留物(灰分和黑炭)仍继续影响土壤性质,并能促进土壤养分循环。此外,林火还显著改变了土壤微生物的生物量及其组成。火对土壤系统的影响,进而会影响立地生产力和生物多样性。因此,探讨火干扰对北方针叶林林下土壤性质的影响,对于揭示火后植被更新的机制和森林管理具有重要意义。     

森林火灾对贵州喀斯特山区土壤理化性质的影响

通过比较贵州喀斯特山区森林火烧迹地不同坡位表层土壤和未受火灾区域表层土壤的理化性质可以看出,较大森林火灾、重大森林火灾以及特别重大森林火灾下的土壤含水量、田间持水量、毛管孔隙度以及土壤通气度均降低,土壤容重和非毛管孔隙度增加,而火灾后土壤化学性质的改变因火灾等级的不同而有所不同,总体上火烧迹地土壤有机质和全氮含量均显著低于未受火灾区域,而在重大森林火灾和特别重大森林火灾下,火烧迹地的速效磷含量大幅增加。     

北京西山地区林火对土壤性质的影响

 为进行火烧迹地的管理,采用调查取样和室内分析方法,对北京西山地区不同林火强度下油松林土壤物理和化学性质的变化进行了研究。结果表明:与未火烧相比,中度火烧会显著提高土壤密度,显著降低土壤总孔隙度、土壤黏粒含量和田间持水量,而毛管孔隙和非毛管孔隙的变化却不明显;轻度火烧对土壤物理性质的影响不显著。轻度火烧会显著地提高0～5cm范围的土壤有机质含量,而中度火烧会显著降低土壤有机质和全氮含量。轻度火烧使土壤pH值增加,其中0～2cm的差异达到显著水平;另外,0～5 cm土层Ca²⁺和Mg²⁺的含量比中度火烧和未火烧土壤有明显的提高。因此,轻度火烧有利于改善土壤的性质。     

森林火灾流域侵蚀泥沙来源指纹技术研究进展

指纹识别技术是量化流域侵蚀泥沙来源的有效手段,如何应用于火烧流域,仍有一些问题值得探讨。通过回顾相关文献,总结森林火灾通过植被、土壤和灰烬加剧土壤侵蚀的机制,介绍应用指纹技术研究火烧流域泥沙来源的案例,重点分析放射性核素、矿物磁性、物理性质、地球化学元素和有机组分等指纹因子在火烧迹地的含量和性质变化,论述各类指纹因子在火烧流域泥沙来源研究中的适用性,并提出未来应重点关注指纹技术的物理基础、火灾后土壤性质的时空变化规律、指纹因子稳定性验证、燃烧灰烬的影响以及大粒径泥沙的识别等问题。为促进火烧迹地指纹识别技术的研究、理解森林火灾对于流域产沙格局的影响、提升火灾流域水土保持和生态修复的有效性提供理论依据。     

不同火干扰强度对枫香次生林土壤理化性质的影响

火干扰是影响森林土壤生态系统结构与功能的重要因素之一。探讨火干扰后森林土壤理化性质的动态特征,为火后植被恢复以及森林可持续经营提供重要的理论指导。2014—2016年在湖南省株洲市枫香次生林内设置16块20 m×20 m样地进行试验,研究4种火干扰强度(对照、低强度、中强度、高强度火烧)后不同时间节点(火烧后3,30,180,360,720天)的枫香次生林的土壤容重(BD)、土壤斥水性(SWR)、有机质(SOM)、pH、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)等指标。通过描述性统计、单因素方差分析和Fisher LSD检验研究了土壤性质在同一时间节点不同火干扰强度之间以及同一火干扰强度下不同时间节点间的显著性差异(p0.05)。结果表明:火干扰后各时间节点下,BD、SWR、pH、TK均随火强度增大而增加,而SOM和TP随火强度增大而降低,不同火干扰间TN均不存在显著性差异。同一时间节点内火干扰土壤与对照相比,低强度火干扰对BD、SWR、pH和SOM的影响不显著,中强度火对部分时间节点下的土壤理化性质有影响,而高强度火对其影响均比较显著。同一强度火干扰后,BD、SWR、pH在不同时间节点间存在显著性差异,BD、SWR、pH在火烧后3天显著增大,然后逐渐减少;BD在火后360天恢复到火烧前状态,而SWR、pH则需720天。SOM仅在高强度火烧后360,720天与其他时间节点间存在显著性差异;火干扰后,SOM与火烧前相比先减少,后逐渐上升,火后360天逐渐恢复到火烧前的水平并维持稳定。中、高强度火干扰后,时间节点跨度越大,TK的差异越显著,而TN和TP仅在高强度火烧后差异显著。研究发现火干扰强度和时间节点对7种土壤性质均有一定影响,其中高强度火干扰对土壤理化性质影响最大。火干扰后短期内引起地力衰退,影响林地土壤养分状况,对土壤生态系统产生重要影响,但随着时间推移,2年后土壤理化性质基本恢复到火烧前的水平。     

火烧对福建三明杉木人工林迹地土壤养分的影响

为了研究福建三明地区火烧迹地杉木人工林地的土壤速效养分变化,采用调查取样和室内分析相结合的方法,对上、中和下3个坡位的土壤,分别在火烧前、火烧2个月、1年和2年后,分析速效性养分质量分数的变化.结果表明:硝态氮质量分数在火烧2个月和1年后相比火烧前均有上升趋势,且火烧1年内,上坡位较中坡位和下坡位的硝态氮质量分数要低,在火烧2年后硝态氮质量分数略低于火烧前水平,但未达到显著差异;铵态氮质量分数与硝态氮质量分数的变化趋势相反,在火烧的第1年内持续下降,但在火烧第2年后显著升高;不同时间的速效磷质量分数,在不同坡位间无显著差异,火烧的第1年内,其质量分数变化不明显,在火烧2年后显著升高,这可能是土壤矿化速度加快造成的结果;无机氮/速效磷比值在火烧2年后显著降低,速效磷质量分数剧增是影响其比值的主要因素.火烧在短期内,加快了土壤速效性养分循环,但要注意可能造成氮素从森林生态系统中流失.研究以期为火烧对土壤养分的长期影响提供数据基础,为森林生态系统火烧迹地的人工林经营,提供科学的理论依据.     

营林措施对森林土壤N_2O排放影响的研究进展

森林土壤是大气N_2O重要的排放源。施肥、采伐、火烧、林下植被管理等营林措施和土地利用变化改变了土壤理化性质和土壤微气候,显著影响森林土壤N_2O的产生与排放。综述了森林土壤N_2O排放对不同营林措施的响应,探讨了营林措施影响土壤N_2O排放的主要机理,并提出目前研究的不足和未来研究的重点。总体而言,森林转变为农田、草地后增加了土壤N_2O排放,而农田和草地恢复成人工林后减弱了土壤N_2O排放;天然林转换为人工林或次生林后土壤N_2O排放没有明确结论;森林生态系统"氮饱和"程度使得森林土壤N_2O排放对施肥呈非线性响应,即初期无明显响应、中期缓慢增加和后期急剧增加;火烧一般增加土壤N_2O排放;采伐改变土壤温度、含水量、有机碳的分解和利用等,从而增强森林土壤N_2O排放能力;剔除林下植被提高土壤温度,加快了表层土壤有机碳的分解矿化,促进土壤N_2O排放;种植固氮植物增加了土壤有机碳和土壤氮含量,土壤N_2O排放增强。今后的研究应更多地关注多种因素和气候变化对林地土壤N_2O排放影响的内在机理以及氨氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌等微生物对各种干扰因素的响应机制。     

火烧对不同林型下森林土壤水分物理性质的影响

通过对大兴安岭松岭林区白桦林、落叶松林以及白桦落叶松混交林的当年高强度火烧迹地与对照样地的土壤水分物理性质进行测定和比较研究。结果表明:在火烧迹地和对照样地无论是土壤容重、土壤孔隙度、土壤持水量还是贮水能力,0~10 cm土层土壤都较10~20 cm土层土壤优越,火烧没有改变随深度变化的趋势,但相差明显增高。3种林型相比,在对照样地,白桦林土壤通气性优于落叶松林,而在火烧迹地,落叶松林优于白桦林。无论是在对照样地还是火烧迹地,落叶松林土壤的持水量平均值均大于白桦林,而白桦林土壤的平均贮水能力优于落叶松林。总体上看,在研究地区无论是土壤通气性、土壤持水量还是贮水能力,白桦林和落叶松林都较白桦落叶松混交林优越。火烧迹地与对照样地相比,火烧对3种林型的影响趋势相同,即土壤容重增加,土壤平均孔隙度以及土壤持水量减小。     

开发建设项目水土保持监测信息系统设计

在日本冈山县备前市久久井地区的一片森林火烧迹地,布设了3块不同样地进行调查取样和室内实验对比分析.对火烧后由于降雨所引起的土壤理化性质的动态变化进行了数据分析.结果表明,3块样地土壤的pH值、物理性质以及养分的流失程度均不同.根据研究结果,探讨了减少土壤养分流失的方法,从而选择最适植被恢复方式,为火烧迹地的植被恢复提供理论依据.     

柴油污染土壤低温热处理及其对土壤理化性质的影响

石油化工厂加工、储藏、运输过程以及储油罐的泄露等造成的柴油污染土壤普遍存在。热处理技术具有快速高效的特点,但加热可能会改变土壤理化性质,因此本文综合评价了低温热处理对柴油污染土壤的修复效率及其对土壤理化性质的影响。结果显示：低温热处理技术可以快速高效地修复柴油污染土壤,对污染土壤在250 ℃加热10 min,就可以达到修复目标。低温热处理后土壤pH、土壤质地、阳离子交换量、田间持水量和总氮等理化性质变化较小,土壤有机碳、硝态氮和铵态氮加热后大幅升高。加热前后的土壤元素分析结果和土壤颜色变化说明加热过程中烃类炭化转化为“热解炭”,这是污染土壤中柴油去除的主要反应机制,与热解吸处理汽油或者可挥发性污染物等过程中,污染物通过脱附挥发的去除机制不同；同时这种“热解炭”可能起到一种类似生物炭的缓冲作用,缓冲了加热对土壤pH和田间持水量等的改变。本研究对低温热处理前后关键土壤理化性质变化的综合评估表明：合理优化低温热处理的加热温度和加热时间是使低温热处理成为一修复柴油污染土壤的绿色可持续性修复技术的关键。     

Thin section studies of Calluna heathland soils subject to prescribed burning

Abstract. Soil microstructures and biological activity were studied in thin sections of Culluna heathland soils subject to periodic burning. Freely drained Brown Podzolic soils from a species-rich heath at Dinnet Muir, Aberdeenshire, Scotland were compared with shallow Humo-ferric Podzols with a thick humus layer (5–10 cm) supporting a species-poor heath at Balmenach, Aberdeenshire.
Structures with greater porosity occurred in all Dinnet soils and the most recently burned Balmenach soil. Burning led to an increase in soil porosity which gradually disappeared after a period of 2–3 years. Soils of the recently burned site had more enchytraeid worms than those burned ten years previously. Most of the Dinnet soil samples were dominated by extremely fine granular structure which could have been produced by flocculation of well decomposed organic matter or by enchytraeid worms. In recently burned sites the increase in soil macro- and microbial activities may lead to the formation of composite structures.
Regular burning every 10–15 years has been the land management practice in Scottish heathlands to ensure the production of fresh browse of nutritious heather shoots for herbivores. The near-ground microclimate and regeneration mechanisms of heathland plants are well adjusted to the periodic disturbance by fire. We found that the gradual decrease in surface soil porosity over time can be restored by prescribed burning. Soil structure and the distribution and continuity of pores in the soil profile directly affect soil water movement and retention. These factors have important ecological implications for post-fire vegetation recovery.     

Exploring the factors influencing the hydrological response of soil after low and high-severity fires with post-fire mulching in Mediterranean forests

Despite ample literature, the influence of the individual soil properties and covers on the hydrological response of burned soils of forests has not clearly identified. A clear understanding of the surface runoff and erosion rates altered by wildfires and prescribed fires is beneficial to identify the most suitable post-fire treatment. This study has carried out a combined analysis of the hydrological response of soil and its driving factors in burned forests of Central-Eastern Spain. The pine stands of these forests were subjected to both prescribed fire and wildfire, and, in the latter case, to post-fire treatment with mulching. Moreover, simple multi-regression models are proposed to predict runoff and erosion in the experimental conditions. In the case of the prescribed burning, the fire had a limited impact on runoff and erosion compared to the unburned areas, due to the limited changes in soil parameters. In contrast, the wildfire increased many-fold the runoff and erosion rates, but the mulching reduced the hydrological response of the burned soils, particularly for the first two-three rainfalls after the fire. The increase in runoff and erosion after the wildfire was associated to the removal of the vegetation cover, soil water repellency, and ash left by fire; the changes in water infiltration played a minor role on runoff and erosion. The multi-regression models developed for the prescribed fire were accurate to predict the post-fire runoff coefficients. However, these models were less reliable for predictions of the mean erosion rates. The predictions of erosion after wildfire and mulching were excellent, while those of runoff were not satisfactory (except for the mean values). These results are useful to better understand the relations among the hydrological effects of fire on one side and the main soil properties and covers on the other side. Moreover, the proposed prediction models are useful to support the planning activities of forest managers and hydrologists towards a more effective conservation of forest soils.     

火烧和保留采伐剩余物对土壤有机碳矿化的影响

采用室内培养法,比较分析了福建三明地区米槠次生林皆伐后火烧、保留采伐剩余物处理对土壤有机碳累积矿化量的影响,分析了土壤有机碳累积矿化量和土壤初始有机碳、微生物生物量碳及可溶性有机碳的关系。结果表明,火烧、保留采伐剩余物处理6个月和18个月后,火烧处理表层0~10 cm土壤有机碳含量较对照处理分别下降了6.0%和1.9%,保留采伐物处理土壤表层有机碳增加了15.6%和25.0%。两次培养中,火烧处理各土层累积矿化量显著低于对照和保留采伐剩余物处理;火烧6个月后,保留采伐剩余物处理各土层累积矿化量显著低于对照,18个月后10~20和20~40 cm土层累积矿化量显著高于对照处理。火烧18个月后,保留采伐剩余物处理各土层累积矿化量显著高于1年前的累积矿化量,分别高57.0%、112.0%和49.9%;火烧和对照处理前后两次培养各土层累积矿化量变化并无明显规律。土壤有机碳累积矿化量与土壤初始有机碳、微生物生物量碳和可溶性有机碳呈显著地线性相关关系(p0.05)。营林活动初期,皆伐后保留采伐剩余物措施较火烧能够增加土壤有机碳库,对土壤肥力及后期林木生长有重要的促进作用。     

辉河湿地河岸带土壤养分与酶活性特征及相关性研究

以辉河湿地国家自然保护区内核心区为研究区,通过野外采样和室内分析相结合的方法,研究土壤养分和酶活性特征以及二者间的相关性。结果表明,随着距河岸距离的增大以及高程的增加,辉河湿地河岸带土壤理化性质发生明显的梯度变化,土壤全氮、全磷和有机质含量从岸边芦苇带到岸坡草本植物带呈先增大后下降的变化趋势,而土壤含水量呈下降趋势。同时,土壤酶活性(碱性磷酸酶、脲酶)也随着植被群落的陆向演替,呈现出一定的差异和变化规律,整体呈增大趋势,其活性与全氮、全磷、有机质呈极显著正相关(P0.01),与土壤含水量呈极显著负相关(P0.01)。综合分析表明,辉河湿地河岸带土壤酶活性不仅与土壤性质有关,与水文状况、微地形、植被演替也密切相关。     

离子型稀土矿尾砂地植被恢复障碍因子研究

以江西省赣州市定南县不同废弃时间的离子型稀土矿尾砂地为研究对象,通过植被调查、土壤理化性质、微生物和酶活性分析,探讨稀土矿尾砂地植被恢复的障碍因子。结果表明,尾砂地植被覆盖度随着废弃时间增加而增加,在废弃10年后植被覆盖度达到72%,但其群落组成仍相对简单(仅3种);尾砂地土壤黏粒含量(6.00%~9.66%)和土壤有机质含量(0.5~1.5 g kg-1)均远低于周边正常植被区,而尾砂地土壤容重(1.26~1.43 g cm-3)则明显高于周边正常植被区。废弃1年的尾砂地土壤电导值显著高于废弃3~10年的尾砂地土壤和对照区土壤,土壤铵态氮和碱解氮含量则高达400 mg kg-1和500 mg kg-1,但废弃3~10年后碱解氮和铵态氮含量已趋于痕量,且在所调查的废弃3年和6年的尾砂地0~100 cm剖面内土壤铵态氮含量也极低,表明尾砂地土壤铵态氮在废弃3年内已流失殆尽,严重的水土流失及其导致的土壤氮素等营养匮乏也是尾砂地植被恢复的主要障碍之一;尾砂地土壤微生物生物量碳(26.7 mg kg-1)、土壤脲酶活性(29.9NH3-Nmg kg-1h-1)、土壤酸性磷酸酶活性(7.10 phenol mg kg-1h-1)均显著低于周边正常植被区土壤,表明尾砂地土壤氮、磷循环受到抑制。本研究表明,废弃3~10年内离子型稀土矿尾砂地的土壤理化生性质并未得到明显改善,尾砂地土壤面临土壤重建的问题,需要引入合适的人工干预如土壤改良才能加快尾砂地植被恢复。     

氮营养水平对烤烟根际土壤酶活性及烟叶内在品质的影响

田间试验研究了不同时期烤烟根际各土层土壤酶活性变化规律及其不同施氮量对烟叶品质的影响。结果表明:0~20 cm土层范围内,施氮可以提高圆顶期、采烤期及采烤结束后土壤脲酶、转化酶的活性,但当施氮量超过52.5 kg hm-2时,脲酶、转化酶的活性反而降低;土壤蛋白酶活性均在37.5 kg hm-2处理达到最大值,且随着施氮量的增多大都呈现降低的趋势。20~80 cm土层范围内,土壤脲酶、转化酶、蛋白酶活性变化规律并不一致。对于烤后烟叶,施氮量为52.5 kg hm-2的烟叶,糖碱比、氮碱比、钾氯比均比较适宜,化学成分较为协调,燃烧性较好,有利于优质烟叶品质的形成。说明在该地区的试验条件下,水稻土种植烤烟最适宜的施氮量为52.5 kg hm-2。     

土壤光学遥感研究进展

土壤是一个时空连续的变异体,传统土壤参数测定与监测方法难以揭示土壤的时空间异质性规律;土壤光学遥感可以实现土壤主要参数的快速、宏观测定。本文综合评述了土壤不同理化参数(有机质、土壤水分、矿物组成、土壤质地、土壤结皮)在光学波段的光谱特征与遥感反演,光学遥感在土壤分类与制图方面的应用;分析了土壤线的各种影响因素(外部因素及相关土壤理化参数),以及土壤线对植被指数定量监测植被状况的重要性;归纳了土壤光学遥感存在问题与发展趋势。     

农业有机废弃物还田的生态经济效益研究

通过大田试验,将稻草及其利用后的有机废弃物(菌渣、牛粪、沼渣)替代部分无机化肥应用于水稻生产,研究了其对土壤养分、微生物数量、酶活性、水稻产量及经济效益的影响。结果表明,与不施肥处理(CK)和纯施用化肥处理(NPK)相比,4种有机废弃物还田均能一定程度地增加土壤有机质、速效养分的含量,增加细菌、放线菌和真菌的数量,增加微生物总活性及脲酶、磷酸酶及脱氢酶的活性;与常规纯化肥处理相比,早稻增加实际收入15.0~2690.0元/hm2(0.2%~29.7%),晚稻增加实际收入180.0~1737.5元/hm2(1.3%~12.2%),其中沼渣还田效果最佳,同时能减少10%~20%的无机化肥用量和处理农业有机废弃物6250~22500 kg/hm2,获得了生态、经济效益的双赢。但是,稻草焚烧处理在上述方面均未取得理想效果,且焚烧污染大气环境,是不可取的还田方式。     

GPR测量滨海盐渍土剖面分层的实验研究

土壤剖面分层是GPR调查研究工作的主要内容,也是时域信息提取和定量反演的基础。使用250 MHz的pulse EKKO PRO探地雷达,探测不同植被覆盖或同一植被长势差异的地块,开挖剖面实测对比GPR的分层结果,剖析电磁波信号对土壤水分、盐分、粒径组成3个因子的响应特征。结果表明,从GPR波谱特征中可以区分表层盐渍化程度不同的地块,误差多小于0.5 m;综合波谱影像和振幅变化数据,能够辨晰0~1 m的土层信息,分层误差可达0.1 m;土壤盐分对电磁波信号的影响特征在该地区表现得十分显著。     

矿区复垦土壤与植被交互影响的研究进展

土壤与植被作为煤矿区土地复垦主要成员,在生态恢复与重建方面扮演着重要角色。同时,土壤与植被之间存在着密切的交互影响关系,认识土壤与植被恢复间的交互影响关系及其作用规律与机理对土地复垦与生态恢复具有重要意义。本文系统梳理了复垦土壤与植被演替规律、交互影响研究方法以及交互影响机理。发现研究方法多为缺乏创新性的线性方法,且未能做到对植被与土壤交互影响的连续、动态研究和全面综合分析。在此基础上,提出了深入研究方向:创新植被与土壤交互影响的方法,加强植被与土壤交互影响的动态分析,强化交互影响机理的综合研究,以期为土地复垦与生态恢复研究提供新的视角。