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。     

计划烧除对马尾松人工中龄林土壤的短期影响

计划烧除是预防人工林森林火灾发生的主要措施之一,研究火烧迹地土壤特征对理解土壤生态系统结构、功能及火后植被恢复具有重要意义。以黄丰桥林场马尾松人工中龄林为研究对象,按地表可燃物载量设置对照(CK)、低(PB1)、中(PB2)、高(PB3)4种火强度梯度处理。4种处理样地土壤表面温度峰值分别为17、151、322和564℃,峰值温度持续10 min左右,温度高于100℃的持续时间分别为0、19、43和54 min。土壤pH值随火强度的增大而上升,随着时间的推移,土壤pH值逐渐下降,对照与PB1样地(2个月后)差异不明显,但4个月内PB2与PB3样地之间平均pH值差异显著。4种处理样地表层土壤有机碳存在显著差异,土壤有机碳含量随火强度的增大而减少。PB1、PB2、PB3样地的土壤砂石含量增加,而黏土含量减少。对照样地土壤团聚体和平均重量直径没有显著变化,但计划烧除后短期内平均重量直径随火强度的增大而增大,PB1、PB2、PB3样地分别增加0.21、0.25和0.38 mm。6个月内各处理间土壤斥水性差异显著,表层土壤斥水性随火强度增大而增加,PB1、PB2、PB3样地的土壤斥水性1个月内分别达231、454、665 s,分别为对照样地的23、45、66倍。试验结果为火干扰后土壤质量评价及植被恢复提供参考。     

林火对土壤有机质的影响研究综述

火干扰被认为地球化学循环和土壤碳循环的主要干扰因素,主要包括森林火灾和计划烧除。就火干扰对土壤有机质的影响进行归纳总结,火干扰对土壤有机质的影响差异很大,主要取决于火灾类型、火强度、火干扰持续时间、可燃物特性、土壤类型、土壤含水率等,高强度火灾后土壤有机质显著减少、腐殖质急剧转化成溶解性物质,火干扰土壤中各粒度级碳含量增加、游离脂肪链的长度有选择性降低、土壤芳香烃和烷基大量增加、土壤腐殖酸与富里酸中的胡敏素数量增加,更高温度下胡敏素是残留在土壤中的主要有机成分,森林可燃物不完全燃烧后经过冷凝形成黑碳;森林火灾直接杀死部分菌类,改变土壤微生物结构和营养成分,通过核磁共振光谱比较腐殖质中的有机化合物,发现火干扰土壤的腐殖质羧基缺位。根据归纳现有研究现状,并提出今后的研究重点与方向。建立火干扰后土壤有机质连续跟踪调查研究机制,土壤有机质变异数据库,加强火干扰对土壤有机质影响机理的模拟研究。     

近地表土壤水分条件对坡面土壤侵蚀过程的影响

 采用人工模拟降雨实验,研究近地表土壤水分条件对安塞黄绵土和杨陵塿土土壤侵蚀过程的影响,尤其是土壤水分饱和条件下的土壤侵蚀过程。结果表明:土壤质地对入渗和径流过程有较大影响。对同一质地的供试土壤,随着前期近地表土壤含水量的增大,入渗量减少,而径流强度增大,坡面初始发生产流时间也越早。当前期近地表土壤含水量相近时,杨陵塿土的初始产流时间早于安塞黄绵土,坡面径流量和侵蚀产沙量也随前期近地表土壤水分含量的增加而增大。对于安塞黄绵土,当前期土壤含水量分别为饱和含水量的100%、75%和50%时,其径流量分别占饱和含水量的25%时的2.5、2.2和1.3倍,其侵蚀产沙量分别为50、25和1.3倍。而对于供试土壤为杨陵塿土,当前期土壤含水量分别为饱和土壤含水量的100%和50%时,其径流量分别是占饱和土壤含水量的25%时的1.1和1.0倍,其侵蚀产沙量分别为6.5和2.0倍。在降雨过程中,前期土壤含水量越大,片蚀发展为细沟侵蚀的时间越早,而且细沟侵蚀也越严重。     

玉米季横垄坡面土壤剥蚀率与径流含沙量关系

为明确玉米全生育期横垄坡面土壤剥蚀率与径流含沙量之间的关系,以川中丘陵紫色土区坡耕地为研究对象,通过野外人工模拟降雨试验,开展玉米全生育期土壤剥蚀率和径流含沙量变化特征研究,并分析土壤剥蚀率与径流含沙量之间的关系。结果表明:(1)玉米全生育期土壤剥蚀率随降雨强度的增大而增大,2.0mm/min降雨强度条件下土壤剥蚀率分别为1.5,1.0mm/min降雨强度条件下的1.87,4.59倍;同一降雨强度条件下,土壤剥蚀率在玉米生长过程中先降低后增加,苗期显著高于其他生育期。(2)不同降雨强度条件下,产沙量随玉米生育期的推进先降低后增加,苗期最大(306.6g),抽雄期最小(64.6g);除玉米抽雄期外,其他各生育期产沙量随降雨强度的增大逐渐增加,且苗期和拔节期产沙量在降雨强度间差异显著;玉米各生育期径流含沙量在降雨过程中呈波动变化的趋势,降雨强度越大,其波动幅度越强。(3)玉米全生育期土壤剥蚀率与径流含沙量呈幂函数关系,且两者间达到极显著水平。研究结果可为揭示紫色土区坡耕地水蚀机理和区域水蚀预测预报模型构建提供理论依据。     

多年连续计划烧除对云南松林坡面水土流失的影响

为探讨多年连续计划烧除对云南松林坡面水土流失的影响,科学评价云南松林计划烧除后森林生态系统的服务功能,2019年在滇中新平县照壁山云南松林设置计划烧除区域和未烧除区域的径流小区,对降雨及产流产沙变化进行了定位观测,建立了降雨、径流和泥沙的数值关系,结果表明:(1)2019年研究区降雨量为568.6 mm,仅为多年平均降雨量939.79 mm的60.5%,降雨主要集中雨季5—10月,雨季降雨量占年降雨总量的73.8%。雨季降雨51场次,其中产流降雨28场,占雨季降雨总量的93.7%。(2)多年连续计划烧除增强了降雨转化为林地坡面径流的能力,且小雨量级最能凸显计划烧除促进林地坡面径流泥沙的产生。(3)计划烧除小区和未烧除小区的径流主要与降雨量显著相关,计划烧除小区的径流与降雨呈幂函数关系,未烧除小区的径流与降雨呈多项式关系。(4)计划烧除小区和未烧除小区的泥沙均与降雨量、径流量显著相关,且泥沙与降雨、径流的关系均呈幂函数形式。表明多年连续计划烧除改变林地水文特征,提高了降雨转化为林地坡面径流的能力,提高了径流挟带泥沙的能力,才使计划烧除林地的径流泥沙比未烧除林地多。     

计划烧除对云南松林枯落物蓄积特征及持水性能的影响

[目的] 探讨计划烧除对枯落物蓄积特征及持水性的影响,为科学实施森林计划烧除措施和评价计划烧除的生态环境效应提供理论支撑。[方法] 枯落物蓄积量采用样方调查法计算,枯落物持水量采用室内浸泡法测定,枯落物年输入动态调查采用野外定位收集器法。[结果] ①计划烧除样地燃烧剩余物蓄积量为3.84 t/hm²,仅为未烧除样地枯落物蓄积量的21%;未烧除样地枯落物蓄积量为18.64 t/hm²。②计划烧除样地燃烧剩余物最大持水量14 t/hm²,未烧样地分枯落物最大持水量60.62 t/hm²,计划烧除和未烧除样地枯落物层持水量与浸泡时间符合对数函数关系,枯落物层吸水速率与浸泡时间呈幂函数关系。③计划烧除和未烧除样地枯落物年输入总量相似,最大输入量在4月,占全年增加量的20%～24%,1 a后计划烧除样地的有效持水量恢复到未烧除样地的73%。[结论] 云南松林计划烧除后,短期内枯落物蓄积量减少,枯落物持水能力降低,枯落物输入量无显著差别。     

山地林火烧迹地水土流失动态变化的研究

根据我国大兴安岭地区森林火灾频繁发生、火烧迹地面积逐渐扩大的实际情况,在日本冈山县备前市久久井地区的一片森林火烧迹地,设立了三块不同样地进行调查研究,对火烧后由于降雨引起的水分及土壤养分的动态变化进行了实验分析,发现三块样地的水分和土壤养分的流失程度不同,同时参照国内外其他地区的研究结果,寻求减少土壤养分流失的最佳方法,从而选择最适植被恢复方式,为我国大兴安岭地区火烧迹地的植被恢复提供理论依据。     

汶川地震区新生水土流失对土壤养分的影响

采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究汶川地震区新生水土流失对不同恢复类型样地土壤养分的影响。结果表明:(1)地表裸露、自然恢复和人工种植类型样地pH高于对照样地,各种恢复类型间土壤有机质含量差异显著。(2)土壤全氮含量在人工种植、对照样地处于丰富状态,在地表裸露、自然恢复样地处于贫瘠状态,铵态氮含量在对照样地最高,硝态氮在新生水土流失作用下流失严重。(3)土壤全磷含量在地表裸露和自然恢复样地低于人工种植和对照样地,通过降雨-地表径流、渗漏淋失等途径流失,速效钾含量均处于缺乏状态。(4)土壤全钾含量在对照样地最大,自然恢复样地最小,各种恢复类型样地速效钾含量基本处于缺乏水平,人工种植样地由于培肥的作用速效钾含量得到提升。     

喀斯特地区不同坡度径流小区水土流失特征分析

以毕节石桥小流域5个不同坡度裸露径流小区为研究对象,分析2012、2013年径流小区在天然降雨条件下的产流产沙情况。结果表明:在相同降雨强度条件下,坡度15°时径流小区径流深、产沙量达到最大值;坡面产流产沙量随降雨强度的增加总体呈增加趋势,特别是暴雨时产沙量显著增加;前期降雨对坡面径流有一定影响,前期降雨越多,土壤含水量越接近饱和,降雨产生的径流产沙量就越多。应根据喀斯特地区水土流失特征,合理设计小区集雨设施断面尺寸,使小区径流泥沙观测更具操作性和实用性。