大興安嶺火燒跡地凋落物分解動態(tài)變化研究

李飛 胡同欣 趙彬清 楊卓 孫龍

摘 要：利用網袋法在大興安嶺不同年限的火燒樣地和對照樣地中監(jiān)測當年凋落物1年內分解動態(tài)變化，探究火對凋落物分解的影響。結果表明：對照樣地中針葉、闊葉、小枝平均分解速率分別為每年23.56%、29.36%、14.54%?；鸶蓴_后29 a內，隨著火干擾年限的增加，針葉和闊葉凋落物分解系數（K值）與對照樣地相比先降低后增高；小枝凋落物分解系數與對照樣地相比持續(xù)增高，且隨著火干擾年限的增加，分解系數增加幅度逐漸降低?；鸶蓴_對針葉和闊葉凋落物分解先抑制后促進，對小枝凋落物分解始終起促進作用?；鸷笕斯ぴ炝謽拥刂?，針葉置于地表、針葉貼近土壤和小枝處理下，分解系數分別比火后自然更新大0.041、0.088、0.077?；鸷笕斯ぴ炝謽拥刂械蚵湮锓纸馑俾蚀笥谧匀桓聵拥兀瑢^火林分的修復，使用人工造林更合適。

關鍵詞：火燒跡地；人工造林；凋落物分解

中圖分類號：S714 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8023（2018）05-0031-08

Abstract： The net bag method was used to monitor the dynamic changes of decomposition of litter within one year in the fire sample plots and control plots of different ages in Daxing'an Mountains， and the effect of fire on litter decomposition was explored. The results showed that the average decomposition rate of coniferous， broad-leaf， and branchlets in the control plots was 23.56%， 29.36%， and 14.54% per year. Within 29 years after the fire disturbance， with the increase of the number of years of fire disturbance， the decomposition coefficient （K value） of the litter of the coniferous and broad-leaved trees first decreased and then increased compared with the control plot； the decomposition coefficient of the branchlets litter continued to increase compared with the control plot. With the increase in the number of years of fire disturbance， the increase rate of decomposition factor gradually decreased. The effects of fire disturbance on the decomposition of coniferous and broad-leaved litter were first inhibited and then promoted， and the decomposition of brancklets litter was always promoted. In the afforestation plots after the fire， the conifers were placed on the surface and the needles were close to the soil and the branchlets. The decomposition coefficients were 0.041， 0.088， and 0.077， respectively， higher than those after the fire. Decomposition rate of litter in afforestation plots after fire was larger than that in natural regeneration plots. It is more appropriate to use artificial afforestation to repair over-fired stands.

Keywords： Burned land； artificial afforestation； litter decomposition

0 引言

森林凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在整個森林生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)中扮演著極其重要、不可或缺的角色。森林凋落物的物種組成、質量、分解速率和分解周期等直接影響著凋落物向土壤和大氣的轉化效率，進而影響整個森林生態(tài)系統(tǒng)的物質轉化、養(yǎng)分歸還與能量流動。

凋落物分解受生物和非生物作用共同影響，包括物理粉碎，淋溶作用和有機物分解三方面。一般認為凋落物自身性質、土壤微生物和動物、溫度、降水等是影響凋落物分解的主要因素。近年來混合凋落物分解，氮沉降、全球暖化效應、季節(jié)性融雪等因素對凋落物分解的影響也成為熱門議題。凋落物分解的研究方法有網袋法、小容器法、室內分解法和同位素標記法，其中凋落物網袋法最貼近自然分解狀態(tài)，是研究凋落物分解時最常用的方法。近年來，由于全球變暖和厄爾尼諾現象的影響，夏季高溫少雨的情況愈發(fā)嚴重，森林凋落物干燥易燃，林火時有發(fā)生。由于火的作用，火燒跡地原生境被改變，林隙增加，土壤溫度升高，土壤成分改變，光照和空氣流通增強，喜陽樹種和豆科植物更容易萌發(fā)生長，火燒跡地內凋落物分解研究變得尤為重要。國外對火燒后凋落物分解速率研究的比較深入，如Raison R J[1]研究了亞高山桉樹林火燒后凋落物的分解與積累；Brennan K E C[2]研究了全球氣候變暖、火燒頻率和凋落物分解之間的關系；Grigal D L[3]研究了明尼蘇達州東北部森林火災后凋落物的分解速率。Raison R J等[1-2、4]學者認為火燒后凋落物分解速率降低，另一些學者如H. L. Throop [5]和Cornelissen J H C[6]持相反觀點，而Grigal D L [3]認為火干擾對凋落物分解速率影響幾乎沒有影響。國內也做了一些研究，但相比于國外來說不夠透徹。如宋飄[7]研究了中亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)中不同人為干擾對凋落物分解的影響；楊新芳[8]研究了火燒后大興安嶺森林凋落物和土壤C、N、P化學計量特征。

2.3 火干擾后闊葉月分解速率動態(tài)

不同火燒年限闊葉凋落物分解動態(tài)規(guī)律如圖4所示，2012年和1987年各樣地中，分解速率隨著時間變化不斷增加，在8-9月份達到最大值，為每月5.68%～11.00%；2006年各樣地中，分解速率呈現出先增大后減小的趨勢，在7-8月份出現最大值，為每月8.16%～25.13%。

2012年火燒跡地中水濕條件良好，沒有闊葉凋落物，增加草本處理。在實驗期間，草本分解速率為每年52.43%～73.00%。2006年火燒跡地內，闊葉置于地表處理下分解速率先小于后大于對照樣地；闊葉貼近土壤處理下分解速率均小于對照樣地（P>0.05）。

2.4 火干擾后3、10、29 a對凋落物分解速率的影響

火干擾后凋落物分解方程見表2。

火干擾后29 a內，隨著恢復年限的增加，針葉和闊葉凋落物分解系數與對照樣地相比先降低后增高；小枝凋落物分解速率與對照樣地相比持續(xù)增高，且隨著火干擾年限的增加，分解系數增加幅度逐漸降低。

火后人工造林樣地中，針葉置于地表、針葉貼近土壤和小枝處理下，分解系數分別比火后自然更新大0.041、0.088、0.077。

3 結論與討論

3.1 大興安嶺興安落葉松林凋落物年分解速率

本研究對照樣地中，針葉、闊葉、小枝平均分解速率分別為每年23.56%、29.36%、14.54%。有研究表明大興安嶺根河地區(qū)興安落葉松凋落物枝的年分解速率為12.16%，葉的分解速率為26.51%，球果的分解速率為9.78%[9]。帽兒山地區(qū)興安落葉松凋落物分解速率分別是：落葉松凋落葉33.24%、落葉松混合葉27.82%[10]。我國針葉林凋落物的年分解速率在20.0%～40.0%之間，平均約為30.0%，并且隨著緯度的增加，凋落物的年分解速率有逐漸變小的趨勢[11-12]。

本研究監(jiān)測了大興安嶺興安落葉松林凋落物1 a分解速率，監(jiān)測結果與以往興安落葉松林凋落物分解速率結果相似。

3.2 火干擾對凋落物分解速率的影響

火干擾后29 a內，隨著恢復年限的增加，針葉和闊葉凋落物分解系數與對照樣地相比先降低后增高；小枝凋落物分解速率與對照樣地相比持續(xù)增高，且隨著火干擾年限的增加，分解系數增加幅度逐漸降低。本文認為可能是由于闊葉和針葉分解速率大于小枝，導致火干擾后小枝分解對于環(huán)境改變的響應與闊葉和針葉出現不同，并且隨著火后恢復年限的增加，火燒跡地生境逐步恢復，可能成為分解系數增幅逐漸降低的原因。

火干擾后，一方面森林土壤會產生一定的增溫效應，另一方面森林土壤成分的改變導致整個森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤動物和微生物的種群、數量以及酶活性發(fā)生改變[13-14]，所以土壤溫度、土壤動物、微生物和酶活性對森林凋落物的分解有著顯著地影響。有研究表明，隨著火燒年限的增加，凋落物分解加快[8]。森林凋落物加速分解是對環(huán)境變暖的響應[15-17]。

理論上凋落物分解速率在100 a內隨火災時間的增加而顯著增加[18]，如H. L. Throop[5]和Cornelissen J H C[6]發(fā)現火干擾加快了凋落物分解?；鸶蓴_后草原生態(tài)系統(tǒng)中凋落物分解速率變大[19]。但有些學者認為火后真菌生物量的減少會在一定程度上減慢凋落物的分解，影響火后凋落物的C和N比[14]。Daniel L[4]指出火后凋落物C：N是凋落物分解速率的主要影響指標，發(fā)生頻繁火燒的地點內凋落物分解速率較慢。Long J R D[20]則認為凋落物分解更受植被和凋落物物種組成的影響，火后灌木覆蓋度的增加會降低凋落物的分解速率。

火干擾改變了森林小環(huán)境，通過改變溫度、水分、土壤動物和微生物活性、凋落物C：N和林分組成等影響凋落物分解速率，但最主要因素尚不明確，因此火干擾后對凋落物分解速率變化沒有統(tǒng)一定論，有待于進一步研究。

3.3 凋落物分解季節(jié)動態(tài)

自凋落物網袋布設起，經過一個非生長季和一個生長季，凋落物分解速率表現出隨時間變化持續(xù)增大的趨勢，在非生長季期間凋落物分解速率極小，生長季內分解速率不斷增大，并在8-9月份達到最大值。

有研究表明興安落葉松林凋落物分解速率在非生長季期間較小，在第一個生長季期間呈指數上升[14]。此外，有學者做了華北落葉松和楊樹凋落物分解速率的研究。華北落葉松人工林凋落物分解速率呈雙峰曲線，春秋兩季分解速率最大[21]。楊樹凋落物在4-12月份分解速率先增大后減小，分解速率最大值出現在6月份和8月份[22]。本研究中興安落葉松林凋落物分解速率在第一個生長季期間持續(xù)增大，在8-9月份分解速率出現最大值，但可能由于立地條件和氣象條件的影響，出現波動增大的趨勢。

3.4 火后不同更新方式對凋落物分解的影響

通過塔河地區(qū)數據得出，火后人工造林樣地中，針葉置于地表、針葉貼近土壤和小枝處理下，分解系數分別比火后自然更新大0.041、0.088、0.077。火后人工造林樣地中凋落物分解速率大于自然更新樣地，對過火林分的修復，使用人工造林更合適。

一些學者認為人工造林加速了森林恢復與更新過程[23]，對于形成更好的森林土壤環(huán)境和提升土壤肥力具有明顯的促進作用[24]，并且通過改變光照、水分等環(huán)境因子加速凋落物分解[25]。而另一些學者認為凋落物分解速率的高低與造林地立地條件密切相關，如金虎范[21]指出立地條件越低，越不利于凋落物分解，同時較高的木質素、纖維素、木質素/N和C/N比會降低華北落葉松人工林中凋落物的分解速率。此外林齡和林分密度對凋落物分解也有顯著地影響，有研究表明隨著林齡的增加，凋落物分解速率降低[26]。孫楠[27]通過牡丹江地區(qū)雜種落葉松人工林凋落物分解速率的監(jiān)測，發(fā)現造林密度越大，凋落物分解周期越長，年分解速率越小。而Barlow J[28]發(fā)現桉樹人工林分解速度明顯慢于其他生境，原生林和次生林沒有顯著差異。本研究中火后人工造林凋落物分解速率大于自然更新，可能是由于造林樣地立地條件好于火燒樣地，造林樣地中光照、水分等環(huán)境因子更利于凋落物分解造成的。

【參 考 文 獻】

[1]RAISON R J， Woods P V， Khanna P K. Decomposition and accumulation of litter after fire in sub-alpine eucalypt forests[J]. Austral Ecology， 1986， 11（1）：9-19.

[2]BRENNAN K E C， CHRISTIE F J， YORK A. Global climate change and litter decomposition： more frequent fire slows decomposition and increases the functional importance of invertebrates[J]. Global Change Biology， 2009， 15（12）：2958-2971.

[3]GRIGAl D F， MCCOLL J G. Litter decomposition following forest fire in Northeastern Minnesota[J]. Journal of Applied Ecology， 1977， 14（2）：531-538.

[4]HERN?NDEZ D L， HOBBIE S E. Effects of fire frequency on oak litter decomposition and nitrogen dynamics[J]. Oecologia， 2008， 158（3）：535-543.

[5]THROOP H L， SALEM M A， WHITFORD W G. Fire enhances litter decomposition and reduces vegetation cover influences on decomposition in a dry woodland[J]. Plant Ecology， 2017， 218（4）：1-13.

[6]CORNELISSEN J H C， GROOTEMAAT S， VERHEIJEN L M， et al. Are litter decomposition and fire linked through plant species traits？[J]. New Phytologist， 2017，216 （3）：653-665.

[7]宋飄. 中亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)中不同人為干擾對凋落物分解的影響[D].哈爾濱：東北師范大學， 2013.

SONG P. Impacts of human disturbance on leaf litter decomposion in a mid-subtropical evergreen broad-leaved forest[D]. Harbin： Northeast Normal University， 2013.

[8]楊新芳，鮑雪蓮，胡國慶，等.大興安嶺不同火燒年限森林凋落物和土壤C、N、P化學計量特征[J]. 應用生態(tài)學報，2016，27（5）：1359-1367.

YANG X F， BAO X L， HU G Q， et al. C： N： P stoichiometry characteristics of litter and soil of forests in Great Xingan Mountains with different fire years[J]. Chinese Journal of Applied Ecology， 2016， 27（5）：1359-1367.

[9]陳翔.模擬氮沉降對興安落葉松凋落物養(yǎng)分釋放動態(tài)的影響研究[D].呼和浩特：內蒙古農業(yè)大學， 2014.

CHEN X. Effects of simulated nitrogen deposition on litter decomposition of nutrient release of dynamic in Larix gmelinii forest study[D]. Huhehaote： Inner Mongolia Agricultural University， 2014.

[10]周彪.帽兒山地區(qū)紅松和興安落葉松人工林凋落物動態(tài)研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學， 2007.

ZHOU B. Study on litterfall dynamics of Pinus Kpraiensis and Larix gmelinii plantations in Maoershan area[D]. Harbin： Northeast Forest University， 2014.

[11]林波，劉慶，吳彥，等.森林凋落物研究進展[J].生態(tài)學雜志， 2004， 23（1）：60-64.

LIN B， LIU Q， WU Y， et al. Advances in the studies of forest litter[J]. Chinese Journal of Ecology， 2004， 23（1）：60-64.

[12]李海洋，胡海清，孫龍.我國森林死可燃物含水率與氣象和土壤因子關系模型研究[J].森林工程，2016，32（3）：1-6.

LI H Y， HU H Q， SUN L. Research on relational models of moisture content of dead forest fuel with meteorological factors and soil factors in China[J]. Forest Engineering， 2016， 32（3）：1-6.

[24]趙春光.人工造林對植物多樣性及土壤肥力的影響——以四子王旗人工造林為例[D].呼和浩特：內蒙古農業(yè)大學，2008.

ZHAO C G. Effects of reforestation on species diversity and soil fertility-taking reforetation in Siziwang County as an example[D]. Huhehaote： Inner Mongolia Agricultural University， 2008.

[25]ARAUJO P I， AUSTIN A T， AUSTIN A T， et al. A shady business： pine afforestation alters the primary controls on litter decomposition along a precipitation gradient in Patagonia， Argentina[J]. Journal of Ecology， 2015， 103（6）：1408-1420.

[26]徐揚.撫育間伐對油松人工林凋落物分解影響的研究[D].北京：北京林業(yè)大學， 2007.

XU Y. The effects of thinning on litter decomposition of Pinus tabulaeformis plantation[D]. Beijing： Beijing Forestry Uninversity， 2007.

[27]孫楠.不同造林密度雜種落葉松人工林動態(tài)研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學， 2012.

SUN N. Dynamics for different planting densities of hybrid larch plantation[D]. Harbin： Northeast Forestry Unversity， 2012.

[28]BARLOW J， GARDNER T A， FERREIRA L V， et al. Litter fall and decomposition in primary， secondary and plantation forests in the Brazilian Amazon[J]. Forest Ecology & Management， 2007， 247（1）：91-97.