林火干扰对森林生态系统碳库的影响研究进展

森林生态系统是重要的碳库,在减缓全球气候变暖中具有独特的功能。林火干扰作为非连续的生态因子,是全球生物地球化学循环的驱动因子,可显著改变生态系统的结构和功能以及养分循环和能量传递,引起森林碳库和碳分配格局的变化,进而影响森林演替进程及固碳能力。本文阐述林火干扰对森林生态系统碳库影响的国内外研究方法进展,重点论述林火干扰导致的直接碳损失以及通过森林净初级生产力和土壤呼吸的改变间接影响森林碳循环和碳平衡;并分别阐明林火干扰对植被碳库、凋落物碳库和土壤有机碳库的影响,林火干扰通过直接改变植被覆盖度进而影响植被碳库和营养元素周转,最终影响植被的碳固定及碳从植被向土壤的转移,导致不同碳库之间的重新分配。通过探讨净初级生产力变化对林火干扰的响应,揭示林火干扰对植被碳库循环的间接且长期影响的机制;在林火干扰对生态系统凋落物碳库的影响方面,主要探讨林火干扰后凋落物生产量在不同林火强度和环境梯度下的变化;在林火干扰对土壤有机碳库的影响方面,通常在小尺度范围内影响土壤有机碳库垂直分布变化的主要原因可能是地形条件的变化,而在相对大的区域尺度下,气候、土壤质地、地形、植被及人类活动和管理水平及其交互作用均可影响土壤有机碳库的空间迁移和形态转化,从而导致不同区域范围的土壤有机碳库分异。在此基础上,指出目前研究存在的问题,并提出林火干扰对森林碳库影响的定量化研究路径:1)深入开展林火干扰对森林生态系统碳库循环的影响机制研究; 2)加强"植被-土壤-水-微生物-气候"的系统研究; 3)完善不同时空尺度下林火干扰对森林碳库周转过程的定量化研究; 4)深入探讨林火干扰与森林生态系统碳元素的相互作用关系及影响机制。     

森林土壤活性有机碳影响因素

森林土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分,其中,活性部分占总有机碳的很小一部分,却直接参与土壤生物和化学转化过程,因而,土壤有机碳活性组分对土壤碳库平衡和土壤化学、生物化学肥力保持具有重要意义。研究发现,气候、植被、土壤理化性质以及人类活动等因子影响着土壤有机碳在碳循环过程中的动态平衡。本文从以下三个方面综述森林土壤活性有机碳组分的主要影响因子,土壤含水量、季节变化与温度和土地利用与管理措施等对土壤活性有机碳影响较大。     

土壤活性有机碳的研究进展

土壤活性有机碳（Soil active organic carbon）是陆地生态系统的重要组成成分,在陆地碳循环研究中具有非常重要作用。土壤活性有机碳的组分为：微生物有机碳、溶解性有机碳、矿化有机碳、易氧化有机碳和轻组有机碳等。主要综述了代表很大比例土壤有机碳库的土壤活性有机碳的表征、分组及影响土壤活性有机碳周转的主要因素,如水分、湿度、温度、季节和土地利用方式等。     

林火对森林土壤有机碳影响的研究进展

指出了森林生态系统土壤有机碳是全球碳循环的重要组成,在全球生态系统碳循环和全球变化的研究中占据着重要的地位。火因子是干扰森林生态系统发展的重要因子之一,对森林生态系统中土壤与大气的碳素交换过程有着重要的影响。因此,加强火干扰对森林生态系统土壤有机碳的研究,了解林火对森林生态系统土壤有机碳循环过程的具体影响,对发现火干扰下森林土壤中碳循环的机理,特别是土壤有机碳的动态变化有着重要的作用。综述了林火对森林土壤有机碳的研究进展,讨论了测定土壤有机碳的几种不同方法,比较了其适用性,探讨了在不同林火强度和不同土壤深度条件下土壤有机碳的变化情况。对实际工作中遇到的问题以及今后森林土壤有机碳研究进行了展望。     

中国森林土壤有机碳活性组分及其影响因素

森林土壤碳库在调节全球碳循环和碳平衡、降低大气CO2浓度等方面产生重要影响.作为陆地生态系统最重要的碳库,森林土壤有机碳对于土壤物理、化学和生物特性具有良好的调节作用.为了研究森林土壤有机碳及其组分,为森林经营和土壤管理提供参考,文中从全球、全国和区域尺度上综述了森林土壤有机碳储量的研究进展,阐述了森林土壤有机碳各活性...     

重度火干扰下不同恢复年限对土壤有机碳的影响

自然火干扰作为泰加林中最主要的自然干扰,是促进泰加林土壤碳循环的主要方式。为探讨火干扰对土壤有机碳的影响,以新疆喀纳斯地区重度火烧不同恢复年限的泰加林火烧迹地为研究对象,研究比较在重度火干扰下,火烧后不同恢复年限对土壤有机碳含量及碳储量的影响。结果表明:在不同恢复年限的同一土层中,只有火烧后52年的火烧迹地土壤有机碳含量与未火烧对照土壤存在显著差异(P0.05),且不同恢复年限的0~10cm土层中的土壤有机碳含量均大于10~25cm土壤中的有机碳含量;不同恢复年限的火烧迹地中土壤碳储量均与对照土壤存在显著差异(P0.05)。本研究表明重度火干扰对土壤有机碳的影响较为持久。     

采伐对森林土壤碳库影响的不确定性

森林土壤有机碳(SOC)是全球碳循环的重要组成部分,然而,多样的森林类型和不同森林经营措施的干扰,使得森林土壤碳库维持机制以及碳固存过程的研究和森林土壤碳库的估算存在较大的变异。作为主要的森林经营措施之一,采伐对森林土壤碳储量以及碳过程均产生直接或间接地影响。为深刻理解森林土壤碳库对于采伐干扰的响应,本文综述了近十几年来不同采伐方式下森林土壤碳储量及其主要碳排放过程——土壤呼吸的研究现状,综合分析了采伐方式、森林类型、采伐剩余物管理以及微生物因子等对土壤碳库的影响及其不确定性,并在此基础上阐述了研究中尚未解决的主要问题:1)生物因子作为CO₂产生的主体,在应对干扰时结构、功能的变化直接影响着土壤碳排放以及碳固定,但它们具体作用机制以及过程并不清楚,需展开进一步的调查;2)不同森林采伐方式对不同地区和不同类型森林土壤的影响的复杂性,亟须在进一步加强实验研究的基础上,发展森林土壤碳循环的过程或机理模型,为森林生态系统完整的碳循环过程表达及碳计量提供技术支撑,以期为我国森林经营以及碳汇等方面研究提供参考。     

林火干扰对广东省2种典型针叶林森林生物碳密度的影响

[目的]定量研究不同林火干扰对森林生物碳库的变化规律,揭示林火干扰对森林生物碳密度的影响机制,为林火干扰后森林生态系统碳汇管理提供参考依据。[方法]以广东省亚热带2种典型针叶林为研究对象,采用相邻样地比较法,以野外调查采样与室内试验分析为主要手段,定量测定不同林火干扰强度对森林生物碳库(植被碳库和凋落物碳库)碳密度与碳分配格局的影响。[结果]林火干扰对亚热带2种典型针叶林的植被和凋落物碳密度有影响,均表现为对照>轻度林火干扰>中度林火干扰>重度林火干扰。轻度林火干扰对植被碳密度的影响差异不显著(P<0.05),而中度和重度林火干扰则显著降低了植被碳密度(P<0.05).相同林火干扰强度下,植被各组分碳密度的变化均表现为乔木最大。乔木碳密度在不同林火干扰强度下均呈现为对照>轻度林火干扰>中度林火干扰>重度林火干扰,而草本碳密度则呈现与乔木碳密度相反的变化趋势。林火干扰显著影响乔木和草本碳密度,亦对灌木碳密度产生了影响。不同林火干扰强度对凋落物碳密度的影响有所差异,但不同林火干扰强度均显著减少了凋落物碳密度(P<0.05),并随林火干扰强度的增加其减少幅度增大。[结论]林火干扰减少了植被和凋落物碳密度,进而对森林生态系统的碳密度产生重要影响。     

土壤有机碳影响因素及测定方法探讨

土壤有机碳是土壤碳库的重要成分,在碳循环中起重要作用。本文主要从不同陆地生态系统的角度阐述了影响土壤有机碳的自然因素和人为因素、研究方法以及空间分布的研究进展,为陆地生态系统的可持续发展提供理论依据,也为全球碳循环的研究提供依据。     

林火对北方森林深层土壤有机碳的影响

林火干扰是驱动北方森林生态系统更新、演替以及物质循环的重要生态过程。林火的发生,显著地改变了北方森林地表以及土壤表层生物量和碳密度。然而,我们对林火是否对北方森林深层土壤(40cm以下)这个储量巨大的碳库的影响却缺乏关注。以大兴安岭呼中林区2010年火烧迹地为研究对象,并以相邻同等立地条件的未过火区为对照,通过样地调查、实验室分析,对林火对北方森林深层土壤碳密度的影响以及其与驱动因子的关系做了分析。结果显示:火烧迹地土壤有机碳随深度的分布规律与未火烧对照样地有显著差异,其深层土壤有机碳含量与碳密度显著低于未火烧区(n=56,P0.001);火烧迹地深层土壤有机碳中微生物量碳含量、易氧化有机碳含量显著高于未火烧迹地(n=56,P0.01),而土壤碳氮比、可溶性有机碳含量显著低于未火烧样地(n=56,P0.01);火烧迹地深层土壤含水量显著低于未火烧样地(n=56,P0.001),而土壤温度和p H值则显著高于未火烧迹地(n=56,P0.001)。由此可见,林火显著地降低了北方森林深层土壤有机碳的化学稳定性,并使土壤温度增加,促进了土壤微生物的生长,最终导致了深层土壤有机碳分解加速,储量下降。     

林火干扰对土壤氮组分及微生物氮循环影响研究进展

林火干扰作为森林生态系统中能量传递和养分循环的重要因子,对于研究火烧迹地植被更新与快速恢复可提供一定的数据理论支撑,而林火干扰对土壤微生境及微生物氮循环的影响机制一直是广大学者研究的热点。文中从火烧强度、恢复时间、火烧木管理方式等3个方面总结国内外林火干扰对土壤氮组分及氮循环的影响研究进展,揭示了林火干扰和全球气候变化对土壤氮循环的短期及长期影响机制,探讨不同生物技术在林火干扰下土壤微生物氮循环基因丰度变化中的应用;提出未来林火干扰对森林生态系统土壤氮循环影响的研究展望:1）全面比较研究不同林火干扰模式对土壤氮组分、微生物氮循环的影响;2）研究评价不同林火干扰模式下土壤氮库的稳定性;3）加强高通量测序、定量PCR技术、宏基因组学、稳定同位素探测等技术在林火干扰与气候变化对森林生态系统影响研究中的应用。研究结果对火烧迹地植被更新、土壤氮库的重建与功能发挥具有重要意义。     

林火碳排放模型研究进展

林火作为干扰因子, 影响着森林演替、森林生物量和生产力以及生物地球化学循环。森林燃烧所释放的含碳温室气体对全球气候变化具有重要影响。对森林火灾释放的含碳气体进行有效估算, 可以弄清林火产生的含碳气体对全球碳循环的影响。文中介绍了2种林火碳排放模型, 即基于有效可燃物模型和火干扰下碳循环模型。通过对这2种估算方法的比较, 指出未来林火碳排放估算方法的发展趋势。     

火干扰对森林碳库影响的量化研究进展

火干扰是森林生态系统的主要干扰因子之一, 会对森林碳储量和碳动态产生重要影响。准确量化火干扰对森林中各碳库的影响程度, 对国家及全球碳预算具有重要意义。文中对国内外火干扰下森林碳储量的研究现状、研究方法和研究内容进行了综述。大量研究表明, 燃烧效率、火烧烈度等关键因子的准确量化是精确估算火干扰对森林碳储量影响的基础, 火烧样地调查与遥感反演法和模型模拟法的综合运用有利于精确量化火干扰下的森林碳库, 各种火烧数据源的同化处理是准确揭示火干扰对森林碳库影响的重要保证。在此基础上, 提出一些更加准确量化火干扰对森林碳储量影响的研究途径, 并对未来的研究方向进行了展望。     

北亚热带地区退化灌木林改造为人工阔叶林后土壤活性碳库的变化

以我国北亚热带地区退化灌木林改造11 a后形成的木荷-青冈栎混交林和杜英纯林为研究对象,并以保留的退化灌木林为对照,分析了不同树种组成对林分土壤活性有机碳含量的影响。结果表明:木荷-青冈栎混交林和杜英纯林0 50 cm各土层土壤有机碳含量比退化灌木林分别增加了52.33% 96.13%和77.93% 119.85%,土壤易氧化碳增加了57.89% 100.90%和21.44% 46.85%,土壤轻组有机质增加了74.50% 93.75%和27.24% 96.09%,而土壤水溶性有机碳变化不明显。不同树种组成林分土壤活性有机碳占土壤总有机碳的比率大小顺序,土壤水溶性有机碳/土壤总有机碳为退化灌木林 >木荷-青冈栎混交林 >杜英纯林,土壤易氧化碳/土壤总有机碳为木荷-青冈栎混交林 >退化灌木林 >杜英纯林。3种林分土壤各活性有机碳与土壤总有机碳的相关性均达到极显著水平(p<0.01),其中,木荷-青冈栎混交林相关系数大于其它两种林分。3种林分中,土壤总有机碳、易氧化碳、轻组有机质与土壤养分的相关性均达到极显著水平,而退化灌木林土壤水溶性有机碳与水解氮、速效钾相关性不显著,杜英纯林土壤水溶性有机碳与速效钾也无显著相关性。     

Carbon and nitrogen in forest soils: Potential indicators for sustainable management of eucalypt forests in south-eastern Australia

Soil organic matter (SOM) has been adopted as an indicator of soil fertility based on the rationale that SOM contributes significantly to soil physical, chemical, and biological properties that affect vital ecosystem processes of forests in Australia. A study was undertaken to evaluate the utility of SOM as an indicator of SFM at two long-term experimental sites in native eucalypt forests, including Silvertop Ash (E. sieberi L. Johnson) and Mountain Ash (E. regnans F. Muell.) in Victoria. This study examines the relative contributions made by various sources of carbon in soil profiles (0–30 cm) of forest soils, viz. mineral soil (<2 mm), plant residues, charcoal (>2 mm), and rock fragments (>2 mm). The long-term changes in these fractions in response to management-induced soil physical disturbance and fire (unburnt, moderate and high intensity) were evaluated. After 10 years, carbon levels in the fine soil fraction (soil <2 mm including fine charcoal) were similar across the range of fire disturbance classes in Mountain Ash forest (20–25 kg/m²) and Silvertop Ash forest (7–8 kg/m²). Likewise differences in carbon associated with other fractions, viz. microbial biomass, labile carbon, plant residues and rock fragments were comparatively small and could not be attributed to fire disturbance. Burning increased the charcoal carbon fraction from 5 to 23 kg/m² in Mountain Ash forest and from 1 to 3 kg/m² in Silvertop Ash forest. Taking into account, the percentage area affected by fire, increases in total soil carbon in these forests were estimated at 25 and 7 t/ha, respectively.

The effects of physical disturbance of soils were examined at one site in Mountain Ash forest where soil cultivation was used as site preparation rather than the standard practice of burning of logging residues. Total carbon in soil profiles decreased from 29 to 21 kg/m² where soil disturbance was severe, i.e. topsoil removed and subsoil disturbed. This was mainly due to a decrease in charcoal carbon from 6.8 to 1.7 kg/m² but severe soil disturbance also increased the amount of carbon associated with rock fragments from 1.6 to 3.5 kg/m².

Management-induced fire increased the coarse charcoal content of soil profiles substantially, thus increasing total carbon content as well as the proportion of recalcitrant carbon in SOM. In contrast, there was little change in the carbon content of the fine soil fraction including the labile and biologically active fractions indicating that these SOM fractions most relevant to ecosystem processes showed little long-term impact from soil disturbance and fire. Conventional sampling of the fine soil fraction (<2 mm) only represented between 50% and 70% of total carbon in the soil profiles. In contrast, total nitrogen in this fraction represented between 75% and 90% of the nitrogen in soil profiles and was less affected by changes in the contributions of N made by coarse fractions. Monitoring of soil N rather than C as an indicator of soil fertility and SFM may be more appropriate for forest soils with significant charcoal content.     

燕山北部华北落叶松人工林与杨桦天然次生林土壤碳密度的比较

为了了解人工造林过程对土壤碳储量的影响,对燕山西部山地常见的华北落叶松人工林和杨桦天然次生林土壤有机碳含量进行了研究。结果表明,华北落叶松人工林和杨桦天然次生林的土壤剖面平均有机碳含量分别为30.45g/kg和28.45g/kg,二者没有明显差异;2种林分的土壤有机碳含量均随着土层深度的增加而降低,下降幅度则随深度的增加逐渐减缓,表层土壤对土壤的碳存储贡献更大。总的来看,土壤有机碳含量在深层(30cm以下)相邻土层之间差异不显著,说明深层土壤中,有机碳含量变化较小。由以上结果可以得出结论,在造林措施适当、人为干扰较少的条件下,人工林同样可以维持与天然林相近的较高的土壤碳储量。     

不同改造措施对马尾松低效林土壤活性有机碳的影响

通过马尾松低效林改造试验,研究了不同改造措施(全砍重造(QKCZ)、封山育林(FSYL)和补植混交(BZHJ))对土壤有机碳和活性有机碳的影响.结果表明:马尾松低效林改造后土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(DOC)和易氧化碳(EOC)含量分别比未改造的马尾松低效林(对照,CK)增加了1.06～3.30 g·kg-1、16.81～142.29 mg·kg-1 (P ＜0.05)、12.83～43.71 mg· kg-1(P＜0.05)和0.16 g～0.54 g·kg-1(P＜0.05);不同改造措施马尾松林土壤活性有机碳占土壤有机碳的比例大小顺序,微生物量碳/有机碳(MBC/SOC)为FSYL＞ CK＞ QKCZ＞ BZHJ,易氧化碳/有机碳(EOC/SOC)为CK＞ BZHJ＞ FSYL＞ QKCZ,水溶性有机碳/有机碳(DOC/SOC)为BZHJ＞ CK＞ FSYL＞ QKCZ.说明3种马尾松低效林改造措施中QKCZ的土壤有机碳稳定性最好,更有利于土壤有机碳固存.