全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 20 期摇 摇 2012 年 10 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
太湖流域源头溪流氧化亚氮(N2O)释放特征 袁淑方,王为东 (6279)……………………………………………
闽江河口湿地植物枯落物立枯和倒伏分解主要元素动态 曾从盛,张林海,王天鹅,等 (6289)…………………
宁夏荒漠草原小叶锦鸡儿可培养内生细菌多样性及其分布特征 代金霞,王玉炯 (6300)………………………
陕西省栎黄枯叶蛾蛹的空间分布 章一巧,宗世祥,刘永华,等 (6308)……………………………………………
模拟喀斯特生境条件下干旱胁迫对青冈栎苗木的影响 张中峰,尤业明,黄玉清,等 (6318)……………………
中国井冈山生态系统多样性 陈宝明,林真光,李摇 贞,等 (6326)…………………………………………………
鄂西南木林子常绿落叶阔叶混交林恢复过程中优势树种生态位动态 汤景明,艾训儒,易咏梅,等 (6334)……
不同增温处理对夏蜡梅光合特性和叶绿素荧光参数的影响 徐兴利, 金则新,何维明,等 (6343)……………
模拟长期大风对木本猪毛菜表观特征的影响 南摇 江,赵晓英,余保峰 (6354)…………………………………
雷竹林土壤和叶片 N、P 化学计量特征对林地覆盖的响应 郭子武,陈双林,杨清平,等 (6361)………………
利用树木年轮重建赣南地区 1890 年以来 2—3月份温度的变化 曹受金,曹福祥,项文化 (6369)……………
川西亚高山草甸土壤呼吸的昼夜变化及其季节动态 胡宗达,刘世荣,史作民,等 (6376)………………………
火干扰对小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽凋落物和土壤碳储量的影响
周文昌,牟长城,刘摇 夏,等 (6387)
…………………………………
……………………………………………………………………………
黄土丘陵区三种典型退耕还林地土壤固碳效应差异 佟小刚,韩新辉,吴发启,等 (6396)………………………
岩质公路边坡生态恢复土壤特性与植物多样性 潘树林,辜摇 彬,李家祥 (6404)………………………………
坡位对东灵山辽东栎林土壤微生物量的影响 张摇 地,张育新,曲来叶,等 (6412)………………………………
太湖流域典型入湖港口景观格局对河流水质的影响 王摇 瑛,张建锋,陈光才,等 (6422)………………………
基于多角度基尼系数的江西省资源环境公平性研究 黄和平 (6431)……………………………………………
中国土地利用空间格局动态变化模拟———以规划情景为例 孙晓芳,岳天祥,范泽孟 (6440)…………………
世界主要国家耕地动态变化及其影响因素 赵文武 (6452)………………………………………………………
不同氮源下好氧反硝化菌 Defluvibacter lusatiensis str. DN7 的脱氮特性 肖继波,江惠霞,褚淑祎 (6463)………
基于生态足迹方法的南京可持续发展研究 周摇 静,管卫华 (6471)………………………………………………
基于投入产出方法的甘肃省水足迹及虚拟水贸易研究 蔡振华,沈来新,刘俊国,等 (6481)……………………
浦江县土壤碱解氮的空间变异与农户 N投入的关联分析 方摇 斌,吴金凤,倪绍祥 (6489)……………………
长江河口潮间带盐沼植被分布区及邻近光滩鱼类组成特征 童春富 (6501)……………………………………
深圳湾不同生境湿地大型底栖动物次级生产力的比较研究 周福芳,史秀华,邱国玉,等 (6511)………………
灰斑古毒蛾口腔反吐物诱导沙冬青细胞 Ca2+内流及 H2O2 积累 高海波,张淑静,沈应柏 (6520)……………
濒危物种金斑喙凤蝶的行为特征及其对生境的适应性 曾菊平,周善义,丁摇 健,等 (6527)……………………
细叶榕榕小蜂群落结构及动态变化 吴文珊,张彦杰,李凤玉,等 (6535)…………………………………………
专论与综述
流域生态系统补偿机制研究进展 张志强 ,程摇 莉 ,尚海洋,等 (6543)…………………………………………
可持续消费的内涵及研究进展———产业生态学视角 刘晶茹,刘瑞权,姚摇 亮 (6553)…………………………
工业水足迹评价与应用 贾摇 佳,严摇 岩,王辰星,等 (6558)………………………………………………………
矿区生态风险评价研究述评 潘雅婧,王仰麟,彭摇 建,等 (6566)…………………………………………………
研究简报
围封条件下荒漠草原 4 种典型植物群落枯落物枯落量及其蓄积动态 李学斌,陈摇 林,张硕新,等 (6575)……
密度和种植方式对夏玉米酶活性和产量的影响 李洪岐,蔺海明,梁书荣,等 (6584)……………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*312*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄10
封面图说: 草丛中的朱鹮———朱鹮有着鸟中“东方宝石冶之称。 洁白的羽毛,艳红的头冠和黑色的长嘴,加上细长的双脚,朱鹮
历来被日本皇室视为圣鸟。 20 世纪前朱鹮在中国东部、日本、俄罗斯、朝鲜等地曾有较广泛地分布,由于环境恶化等
因素导致种群数量急剧下降,至 20 世纪 70 年代野外已认为无踪影。 1981 年 5 月,中国鸟类学家经多年考察,在陕
西省洋县重新发现朱鹮种群,一共只有 7 只,也是世界上仅存的种群。 此后对朱鹮的保护和科学研究做了大量工
作,并于 1989 年在世界首次人工孵化成功。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 20 期
2012 年 10 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 20
Oct. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30670349);黑龙江省科技计划项目自然保护区体系建设技术研究与示范(GA09B201鄄02); “十二五冶农
村领域国家科技计划项目森林湿地生态系统功能恢复及优化技术研究与示范(2011BAD08B02鄄04)
收稿日期:2011鄄12鄄09; 摇 摇 修订日期:2012鄄08鄄25
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: mccnefu@ yahoo. com
DOI: 10. 5846 / stxb201112091890
周文昌, 牟长城, 刘夏, 顾韩.火干扰对小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽凋落物和土壤碳储量的影响.生态学报,2012,32(20):6387鄄6395.
Zhou W C, Mu C C, Liu X, Gu H. Effects of fire disturbance on litter mass and soil carbon storage of Betula platyphylla and Larix gmelinii鄄Carex schmidtii
swamps in the Xiaoxing忆an Mountains of Northeast China. Acta Ecologica Sinica,2012,32(20):6387鄄6395.
火干扰对小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄
苔草沼泽凋落物和土壤碳储量的影响
周文昌, 牟长城*, 刘摇 夏, 顾摇 韩
(东北林业大学生态研究中心,哈尔滨摇 150040)
摘要:火干扰在湿地生态系统中起着重要的作用,尽管湿地占全球陆地生态系统很小一部分,却是陆地生态系统一个重要的碳
汇。 然而关于火干扰对我国小兴安岭森林沼泽生态系统土壤碳库影响的研究鲜有报道。 因此选取两种森林沼泽典型地段进行
土壤取样,研究火干扰对小兴安岭白桦(Betula platyphylla)沼泽和落叶松(Larix gmelinii)鄄苔草(Carex schmidtii)沼泽地表凋落物
和土壤碳储量(0—50 cm)的影响。 研究结果表明:淤重度火烧使得白桦沼泽地表凋落物量和碳储量降低了 36. 36% (0郾 50 kg /
m2)和 35. 52% (0. 23 kg C / m2),而轻度火烧无显著影响;轻度火烧和重度火烧落叶松鄄苔草沼泽地表凋落物量和碳储量分别减
少了 45. 32% (0. 99 kg / m2)和 44. 66% (0. 42 kg C / m2)、50. 42% (1. 10 kg / m2)和 49. 71% (0. 47 kg C / m2);于白桦沼泽和落叶
松鄄苔草沼泽两者对照样地、轻度火烧样地、重度火烧样地的土壤碳储量(0—50 cm)分别为(23. 55依6. 34) kg C / m2、(18郾 50依
8郾 16) kg C / m2、(32. 50依7. 22) kg C / m2 和(20. 89依2. 59) kg C / m2、(23. 52依16. 03) kg C / m2、(21. 75依6. 60) kg C / m2,然而火干
扰对两种森林沼泽土壤碳储量(0—50 cm)影响不显著。 研究结果可为我国东北开展森林湿地计划火烧和碳管理提供理论
依据。
关键词:火干扰;凋落物;土壤碳储量;森林沼泽;小兴安岭
Effects of fire disturbance on litter mass and soil carbon storage of Betula
platyphylla and Larix gmelinii鄄Carex schmidtii swamps in the Xiaoxing忆an
Mountains of Northeast China
ZHOU Wenchang, MU Changcheng*, LIU Xia, GU Han
Centre for Ecology Research, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China
Abstract: Fire disturbance plays an important role in wetland ecosystems. Although wetlands account for a small percentage
of the earth忆s land surface, they are an important global terrestrial carbon sink. A large amount of carbon stored in wetland
soils could be released as carbon dioxide into the atmosphere after fire and this could have a significant impact on global
warming. It is for these reasons that soil carbon storage in wetlands after fire disturbance has attracted much research
attention in recent years. Previous studies on the influence of fire disturbance on forested swamp ecosystems in the
Xiaoxing忆an Mountains of Northeast China have lacked adequate reports. Therefore, the objective of this study was to
describe both the litter mass and soil carbon storage changes after fire disturbance in two different forested swamp ecosystems
to provide a theoretical basis for restoration of forested swamp ecosystems and sustainable wetland management. Soil samples
from Betula platyphylla and Larix gmelinii鄄Carex schmidtii forested swamps in the Xiaoxing忆an Mountains of Northeast China
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were collected from plots disturbed by different intensities of fire and control plots to comprehensively investigate the effects
of fire disturbance on litter mass and soil carbon storage (within 0—50 cm depth) of the ecosystems. The results showed
the following: 1) The surface litter mass of the control plots, the low intensity fire plots and the high intensity fire plots
were 1. 37 kg / m2(0. 65 kg C / m2), 1. 36 kg / m2(0. 62 kg C / m2), and 0. 87 kg / m2(0. 42 kg C / m2), respectively, in the
B. platyphylla swamps and 2. 19 kg / m2(0. 94 kg C / m2), 1. 20 kg / m2(0. 52 kg C / m2), and 1. 09 kg / m2(0. 47 kg C /
m2), respectively, in the L. gmelinii鄄C. schmidtii swamps. The surface litter mass and carbon storage in the B. platyphyll
swamp decreased by 36. 36% (0. 50 kg / m2 ) and 35. 52% (0. 23 kg C / m2 ), respectively, after high intensity fire
disturbance but no significant changes were detected after low intensity fire disturbance. The surface litter mass and carbon
storage of the L. gmelinii鄄C. schmidtii swamps decreased by 45. 32% (0. 99 kg / m2 ) and 44. 66% (0. 42 kg C / m2 ),
respectively, after low intensity fire disturbance and 50. 42% (1. 10 kg / m2) and 49. 71% (0. 47 kg C / m2), respectively,
after high intensity fire disturbance. 2) The soil carbon storage of the control plots, low intensity fire plots and high
intensity fire plots was (23. 55依6. 34) kg C / m2, (18. 50依8. 16) kg C / m2, and (32. 50依7. 22) kg C / m2, respectively,
in the B. platyphylla swamps and (20. 89依2. 59) kg C / m2, (23. 52依16. 03) kg C / m2, and (21. 75依6. 60) kg C / m2,
respectively, in the L. gmelinii鄄C. schmidtii swamps. There was no significant difference between different sampling plots
at 0—50 cm depth. However the soil carbon storage of the high intensity fire plots at 0—10 cm in the L. gmelinii鄄C.
schmidtii swamps was decreased by 62. 58% (4. 61 kg C / m2) and 60. 51% (4. 22 kg C / m2) compared with the control
plots and low intensity fire plots, respectively, at the same depth. There were significant (P<0. 01) differences between
the high intensity fire plot and the control plot and between the high intensity fire plot and low intensity fire plot (P<
0郾 01). This study aimed to provide useful information for the carbon management and prescribed fire disturbance in the
development of the forested wetland ecosystems in Northeast China.
Key Words: fire disturbance; surface litter; soil carbon storage; forested swamps; Xiaoxing忆an Mountains
泥炭地约占到全球陆地地表面积的 3%—4% (3. 5伊108—4伊108 hm2),却大约储存了 4. 55 伊1017 g C,相
当于陆地土壤碳库的 1 / 3[1]。 Gorham[1]估计北极和亚北极泥炭地每年吸收大气中碳的速率为 23 g C / m2,且
认为全球泥炭地是大气二氧化碳(CO2)的净碳汇(7. 6伊1013g C / a)。 但是这些估计泥炭地作为碳汇的结论未
考虑干扰的影响[2],以前的研究都是假设湿地未干扰而计算得来的数据,当湿地受到排水或开垦后,地下水
位降低,土壤温度升高,湿地碳分解速率加快[3-4],以至于几千年储存的碳在很短时间内被分解而释放到大气
中。 加拿大橡树岭(Oak Hammock March)碳固存工作组对北美 204 块湿地研究表明,原始状态的湿地是开垦
后湿地碳储量的 2 倍,即湿地被开垦后将损失 50%的土壤有机碳[5]。 然而,湿地土壤碳库是碳循环的主要场
所之一,与全球气候变化息息相关。 因此,湿地因干扰后,会严重影响湿地土壤碳库和碳循环,以及应对干扰
的响应机制。
火烧干扰也会对湿地生态系统群落结构与功能造成严重的影响[6鄄10]。 例如,严重的火烧会引起湿地微地
形、水文、植被和泥沼的性质变化[11鄄15],不管是自然火还是人为管理火都会引起生态系统中的碳释放到大气
中[12,16]和增加可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon, 简称为 DOC)流出生态系统[17鄄18]。 有资料研究表明:
在北美地区泥炭地通过生物质的燃烧而从泥炭释放到大气中的碳为(3. 2依0. 4) kg C / m2 [2];在阿拉斯加北方
森林地带因火烧土壤有机质损失 2. 5—3. 0 kg C / m2 [19];在欧洲芬兰东部泥炭损失在 2. 5 kg C / m2 [20];在西伯
利亚西部白桦泥炭沼泽土壤有机质损失 42 kg C / m2 [21]。 湿地生态系统这种大量土壤碳损失而释放到大气
中,可能引起一个不预测的气候反馈作用[1鄄2,22鄄23]。 因此,进一步研究火干扰对湿地生态系统碳储量的影响显
得尤为重要。
目前,关于火烧影响湿地碳储量变化和植被恢复方面在北方泥炭地和欧洲有着广泛的报道[1鄄2, 10, 23鄄26]。
然而,就目前针对我国泥炭沼泽在火烧干扰后生态系统的研究,仅在大小兴安岭森林沼泽与三江平原开展了
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火烧后植被的恢复和土壤性质[27鄄28]、以及温室气体排放的少量研究[29鄄30],对火烧干扰后湿地土壤碳储量的研
究少有报道。 小兴安岭是我国东北山区湿地三大分布区(大、小兴安岭和长白山)之一,湿地总面积 106. 96
万 hm2[31],主要为沼泽湿地。 同时,又作为我国森林火烧频繁发生地区,是研究火干扰对森林沼泽湿地影响
的优良基地。 最近一次火灾发生于 2009 年 4 月下旬,过火面积近万公顷,本文分别选取白桦沼泽和落叶松鄄
苔草沼泽典型地段,建立火烧样地(地表火和林冠火)和未火烧样地标准地,随机挖取土壤剖面和采集地表凋
落物层,进行取样,带回实验室烘干、分析,定量评价火烧后小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽地表凋落物
层碳储量和下层土壤碳储量,对深入理解火干扰对森林沼泽土壤碳(C)循环起着重要的作用,为我国东北开
展湿地碳管理提供理论依据。
1摇 研究区概况与研究方法
1. 1摇 研究区概况
研究地点位于小兴安岭中段的黑龙江省伊春市友好林业局岭峰林场(48毅13忆7义—48毅33忆15义N,128毅10忆
15义—128毅33忆25义E),海拔为 436—546 m。 该地区属温带大陆湿润季风气候,年平均气温-1益,年平均降水量
629. 6 mm,全年有两个降水高峰期:冬季降雪和 7—8月的降雨,占全年降水量的 70% 。 无霜期约 100 d,霜期
在 9 月上旬,晚霜期在翌年 5 月中旬结束。 本实验主要以白桦 (Betula platyphylla) 沼泽和落叶松( Larix
gmelinii)鄄苔草(Carex schmidtii)沼泽为研究对象,土壤类型为泥炭沼泽土,因火灾频繁发生,火干扰是该区域
主要干扰类型之一,最近一次火灾发生于 2009 年 4 月下旬,研究区过火面积近万公顷。
1. 2摇 样地设置
本研究于 2010 年 5 月底进行样地踏查,为了解森林沼泽火灾地段与未火灾地段,便于在 10 月开展实验
取样。 在相同海拔高度、地势平坦地段分别设置白桦沼泽与落叶松鄄苔草沼泽火烧样地与未火灾地段,火烧样
地以轻度火烧(地表火)和重度火烧(林冠火) (下同)为研究对象。 轻度火烧指的是火烧仅烧毁了草本、灌木
层,以及部分乔木;重度火烧指的是火烧灼伤高度达到乔木林冠层,且大量乔木烧死的林分。 轻度火烧白桦沼
泽乔木致死率为 15% ,而重度火烧样地为 75% ;轻度火烧落叶松鄄苔草乔木致死率为 13% ,而重度火烧样地为
60% 。 白桦沼泽乔木层以白桦为优势群落,灌木层主要是柴桦(Betula fruticosa)为优势种,伴生种为柳叶绣线
菊(Spiraea salicifolia),草本层主要是修氏苔草(Carex schmidtii)和小叶樟(Calamagrostis angustifolia);落叶松鄄
苔草沼泽乔木层以落叶松为优势群落,灌木层是油桦 (Betula ovalifolia)为优势种,伴生种有笃斯越橘
(Vaccinium uliginosum)、细叶杜香(Ledum palustre var. angustum),草本层主要有修氏苔草(Carex schmidtii)、
小叶樟(Calamagrostis angustifolia)、白毛羊胡子草(Eriophorum vaginatum)。 在两种森林沼泽火烧地(轻度火
烧、重度火烧)与未火烧地分别建立 1 公顷的标准样地。
1. 3摇 样品采集及测定方法
2010 年 10 月,在两种森林沼泽每个标准样地随机重复取 3 个土壤剖面。 在取土壤样时,首先用小刀取
土层上面的凋落物层,按 20 cm伊20 cm取样,用袋子装好,带回实验室内,在 70 益下烘干至恒定质量,称其干
质量。 在取土样时,考虑到小兴安岭森林沼泽土壤约 50 cm 以下为冻土层,下层取样深度到 50 cm 为止。 确
定土壤剖面后,用土壤环刀(100 cm3)在 0—50 cm每 10 cm为一层取样,土样用铝盒装好,带回实验室,在烘
箱 105 益下烘干 24 h后,测定其土壤容重;同时在同一土层深度取约 500 g 土样装入样品袋,带回实验室,风
干后,去除样品袋内大于 2 mm的根系或岩石后,在 70 益下烘干 24 h。 然后,研磨粉碎,过 100 目筛,采用分析
天枰(0. 1 mg)称取凋落物 50—60 mg、土壤 50—100 mg左右的样品,利用碳 /氮分析仪 Multi N / C 3100 和 HT
1500 Solids Module (Analytik Jena AG, Germany) 分析,计算其各层土壤有机碳(Soil Organic Carbon,简称为
SOC)含量和凋落物碳质量分数,计算 2 种森林沼泽的凋落物碳储量和土壤碳储量[32]。
土壤碳密度是指单位面积一定深度的土层中 SOC 的贮量,某一土层 i 的碳密度(SOC i,kg C / m2)的计算
公式为[32]:
SOC i = C i 伊 Di 伊 E i 伊 1 - G( )i / 100
9836摇 20 期 摇 摇 摇 周文昌摇 等:火干扰对小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽凋落物和土壤碳储量的影响 摇
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式中,C i为土壤有机碳含量(g C / kg),Di 为容重(g / cm3),E i为土层厚度(cm),G i 为直径大于 2 mm 的石砾所
占的体积百分比(% )。
如果某一土壤剖面由 k层组成, 那么该剖面的碳密度(SOC i,kg C / m2)为:
SOC t =移
k
i = 1
SOC i =移
k
i = 1
C i 伊 Di 伊 E i 伊 1 - G( )i / 100
1. 4摇 数据处理
文中数据均采用 SPSS 16. 0 软件进行单因素方差分析(one鄄way ANOVA),采用最小显著差异法(LSD)分
析不同数据组间的差异性,显著性水平设置为 琢=0. 05。 用 Origin 8. 0 软件作图。
2摇 结果与分析
图 1摇 火干扰对 2 种森林沼泽凋落物量的影响
摇 Fig. 1 摇 Effects of fire disturbance on litter storage from two
forested swamps
BC: 白桦沼泽对照(B. platyphylla swamp鄄Control);BL: 白桦沼泽
轻度火烧(B. platyphylla swamp鄄Low intensity burned);BH: 白桦沼
泽重度火烧(B. platyphylla swamp鄄High intensity burned);LTC: 落
叶松鄄苔草沼泽鄄对照(L. gmelinii鄄Carex schmidtii鄄Control);LTL: 落
叶松鄄苔草沼泽鄄轻度火烧(L. gmelinii鄄Carex schmidtii鄄Low intensity
burned);LTH: 落叶松鄄苔草沼泽鄄重度火烧 ( L. gmelinii鄄Carex
schmidtii鄄High intensity burned);误差线表示该数值的标准差;图形
中不同的小写字母表示同种湿地类型显著差异(P<0. 05)
2. 1摇 火干扰对森林沼泽地表凋落物量和碳储量的影响
火干扰对小兴安岭 2 种森林沼泽地表凋落物量有
影响(图 1)。 重度火烧白桦沼泽样地地表凋落物量为
(0. 87依0. 07) kg / m2,较对照样地((1. 37 依0. 05) kg /
m2)和轻度火烧样地 ((1. 36 依 0. 09) kg / m2 )减少了
36郾 36% ( 0. 50 kg / m2)和 35. 89% (0. 49 kg / m2),且均
极显著差异(P<0. 001),然而轻度火烧对白桦沼泽样地
地表凋落物量无显著影响(P>0. 05)。 轻度和重度火烧
落叶松鄄苔草沼泽样地地表凋落物量为(1. 20 依0. 08)
kg / m2 和(1. 09 依0. 09) kg / m2,分别较对照样地((2.
19依0郾 18) kg / m2 )减少了 45. 32% (0. 99 kg / m2 )和
50郾 42% (1. 10 kg / m2),且该森林沼泽火烧样地与对照
样地之间均极显著差异(P<0. 0001),但是轻度火烧样
地与重度火烧样地之间无显著差异(P>0. 05)。
小兴安岭 2 种火烧森林沼泽样地地表凋落物碳质
量分数与对照地之间无显著差异(P>0. 05),且地表凋
落物碳质量分数分布在(431. 19 依14. 58)—(478. 69 依
10. 24) g C / kg之间(图 2)。 重度火烧白桦沼泽样地地
表凋落物碳储量为(0. 42依0. 03) kg C / m2,较对照样地
((0. 65 依0. 02) kg C / m2 )和轻度火烧样地 ((0. 62 依
0郾 04) kg C / m2)减少 35. 52% (0. 23 kg C / m2)和 32.
48% (0. 20 kg C / m2),且均极显著差异(P<0. 001),然
而轻度火烧对白桦沼泽样地地表凋落物碳储量影响不显著(P>0. 05)。 轻度和重度火烧落叶松鄄苔草沼泽样
地的地表凋落物碳储量为(0. 52依0. 03) kg C / m2 和(0. 47依0. 02) kg C / m2,分别较对照样地((0. 94依0. 09) kg
C / m2)减少了 44. 66% (0. 42 kg C / m2)和 49. 71% (0. 47 kg C / m2),该森林沼泽火烧样地与对照样地之间均
极显著差异(P<0. 0001),但是轻度火烧样地与重度火烧样地之间无显著差异(P>0. 05)。
2. 2摇 火干扰对森林沼泽土壤容重及土壤有机碳含量的影响
重度火烧白桦沼泽土壤容重为(0. 65依0. 10) g / cm3,较对照样地((0. 99依0. 17) g / cm3)降低了 33. 74% ,
且显著差异(P<0. 05),其它组间不显著(P>0. 05);轻度和重度火烧落叶松鄄苔草沼泽土壤容重为(0. 91 依
0郾 05) g / cm3 和(0. 98 依0. 12) g / cm3,与对照样地 ((0. 88 依0. 07) g / cm3)相互比较,各组间均不显著(P>
0郾 05)(表 1)。
0936 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 2摇 火干扰对 2 种森林沼泽凋落物碳质量分数的影响
摇 Fig. 2 摇 Effects of fire disturbance on carbon concentration of
litter from two forested swamps
图 3摇 火干扰对 2 种森林沼泽地表凋落物碳储量的影响
摇 Fig. 3 摇 Effects of fire disturbance on litter carbon storage from
two forested swamps
表 1摇 火干扰对 2 种森林沼泽土壤容重的影响
Table 1摇 Effects of fire disturbance on soil bulk density from two forested swamps
类型
Type
土壤容重 Soil bulk density / (g / cm3)
0—10 cm土壤容重
Bulk density from
0 to 10 centimeter
10—20 cm土壤容重
Bulk density from
10 to 20 centimeter
20—30 cm土壤容重
Bulk density from
20 to 30 centimeter
30—40 cm土壤容重
Bulk density from
30 to 40 centimeter
40—50 cm土壤容重
Bulk density from
40 to 50 centimeter
BC 0. 44依0. 05Aa 0. 93依0. 38Ab 1. 12依0. 38Ab 1. 27依0. 06Ab 1. 19依0. 15ABb
BL 0. 28依0. 01Ba 0. 63依0. 42Aa 1. 24依0. 35Ab 1. 09依0. 20Ab 1. 35依0. 10Ab
BH 0. 25依0. 03Ba 0. 40依0. 02Aab 0. 59依0. 25Ab 0. 93依0. 24Ac 1. 03依0. 08Bc
LTC 0. 26依0. 01Aa 0. 32依0. 04Aa 1. 13依0. 20Ab 1. 31依0. 23Ac 1. 37依0. 07Ac
LTL 0. 33依0. 07Aa 0. 70依0. 43Aa 1. 14依0. 16Ab 1. 26依0. 15Ab 1. 28依0. 14Ab
LTH 0. 65依0. 07Bab 0. 52依0. 11Aa 0. 94依0. 41Ab 1. 36依0. 02Ac 1. 41依0. 05Ac
摇 摇 表中数值为平均值依标准差,每列不同大写字母表示同种湿地类型同一土壤深度土壤容重差异显著(P<0. 05),每行不同小写字母表示不同
土壤深度土壤容重差异显著(P<0. 05)
但是进一步对小兴安岭两种森林沼泽不同土层土壤容重采用单因素方差分析,得到火干扰对两者表层土
壤容重有影响(表 1)。 轻度和重度火烧白桦沼泽表层(0—10 cm)土壤容重分别较对照样地降低了 35. 63%
和 42. 73% ,且极显著差异(P<0. 01),而轻度火烧白桦沼泽与重度火烧之间无显著差异(P>0郾 05)。 重度火烧
落叶松鄄苔草沼泽表层(0—10 cm)土壤容重较轻度火烧和对照样地提高 94. 50%和 150. 85% ,且极显著差异
(P<0. 001)。
轻度和重度火烧白桦沼泽土壤有机碳含量为(87. 24依30. 07) g C / kg 和(154. 05依45. 16) g C / kg,而仅有
重度火烧白桦沼泽土壤有机碳含量较对照地((70. 32依25. 06) g C / kg)增加了 119. 06% (83. 73 g C / kg),且
显著差异(P<0. 05);轻度和重度火烧落叶松鄄苔草沼泽土壤有机碳含量为(85. 66依42. 03) g C / kg 和(65. 19依
27. 86) g C / kg,与对照样地((108. 33依11. 76) g C / kg)比较,各组间数据均不显著(P>0郾 05)。
进一步对白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽不同土层土壤有机碳含量分析,得到火干扰对两者不同表层土壤
有机碳含量有影响。 由表 2 可知,重度火烧白桦沼泽表层(0—20 cm)土壤有机碳含量((259. 24依48. 56) g
C / kg)较对照样地((119. 00依30. 78) g C / kg)增加了 117. 86% (140. 24 g C / kg),且差异极显著(P = 0. 01)。
轻度和重度火烧落叶松鄄苔草沼泽表层(0—10 cm)土壤有机碳含量分别较对照样地减少了 25. 89% (73. 41 g
C / kg)和 84. 89% (240. 76 g C / kg),而重度火烧落叶松鄄苔草沼泽表层(0—10 cm)较轻度火烧减少了 79. 61%
(167. 35 g C / kg),且各组间均显著差异(P<0. 05)。
1936摇 20 期 摇 摇 摇 周文昌摇 等:火干扰对小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽凋落物和土壤碳储量的影响 摇
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表 2摇 火干扰对 2 种森林沼泽土壤有机碳含量的影响
Table 2摇 Effects of fire disturbance on soil organic carbon concentration from two forested swamps
类型
Type
土壤有机碳含量 SOC concentration / (g C / kg)
0—10 cm有机碳含量
SOC concentration from
0 to 10 centimeter
10—20 cm有机碳含量
SOC concentration from
10 to 20 centimeter
20—30 cm有机碳含量
SOC concentration from
20 to 30 centimeter
30—40 cm有机碳含量
SOC concentration from
30 to 40 centimeter
40—50 cm有机碳含量
SOC concentration from
40 to 50 centimeter
BC 171. 05依13. 26Aa 66. 95依51. 92Ab 60. 10依69. 22Ab 22. 86依9. 25Ab 30. 65依28. 97Ab
BL 229. 54依26. 87ABa 147. 24依105. 52ABa 33. 46依40. 60Ab 20. 55依26. 22Ab 5. 40依3. 98Ab
BH 284. 25依81. 60Ba 234. 23依19. 94Bab 152. 88依113. 50Abc 61. 50依52. 62Ac 37. 38依19. 01Ac
LTC 283. 61依30. 90Aa 195. 95依63. 28Ab 42. 13依33. 83Ac 8. 93依1. 09Ac 11. 02依3. 57Ac
LTL 210. 20依49. 30Ba 124. 67依99. 35Aab 35. 49依33. 74Ab 28. 91依28. 55ABb 29. 06依33. 59Ab
LTH 42. 85依8. 54Ca 145. 87依54. 82Ab 114. 76依14. 18Ab 17. 41依1. 81Bc 5. 07依3. 27Ac
摇 摇 表中数值为平均值依标准差,每列不同大写字母表示同种湿地类型同一土壤深度土壤有机碳含量差异显著(P<0. 05),每行不同小写字母表
示不同土壤深度土壤有机碳含量差异显著(P<0. 05)
2. 3摇 火干扰对森林沼泽土壤碳储量的影响
经单因素方差分析,火烧对两种森林沼泽土壤碳储量(0—50 cm)影响不显著(P>0. 05),以及两者森林
沼泽土壤碳储量(0—50 cm)之间差异不显著(P>0. 05) (表 3)。 进而对白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽地一定
土壤深度土壤碳储量采取单因素方差分析。 火干扰对 2 种森林沼泽土壤表层土壤碳储量一般无显著影响,仅
有重度火烧落叶松鄄苔草沼泽表层(0—10 cm)土壤碳储量较对照样地与其轻度火烧样地同一层土壤碳储量降
低了 62. 58% (4. 61 kg C / m2)和 60. 51% (4. 22 kg C / m2),且极显著差异(P<0. 01),其它影响不显著(P>
0郾 05)。
表 3摇 火干扰对 2 种森林沼泽土壤碳储量的影响
Table 3摇 Effects of fire disturbance on soil carbon storage from two forested swamps
土壤深度 Depth range / cm BC BL BH LTC LTL LTH
0—10 7. 43依0. 46 6. 43依0. 56 6. 93依1. 27 7. 37依0. 90 6. 98依1. 92 2. 76依0. 31*
0—50 23. 55依6. 34 18. 50依8. 16 32. 50依7. 22 20. 89依2. 59 23. 52依16. 03 21. 76依6. 60
摇 摇 表中数值为平均值依标准差(kg C / m2); * 代表这种湿地该数值与其轻度火烧样地和对照地的值显著差异(P<0. 01)
3摇 讨论
3. 1摇 火干扰对森林沼泽地表凋落物量和碳储量的影响
火干扰对小兴安岭两种森林沼泽地表凋落物量和碳储量有影响,重度火烧减少了白桦沼泽地表凋落物量
和碳储量,而轻度火烧对其无显著影响。 火干扰减少了落叶松鄄苔草沼泽地表凋落物量和碳储量,两种森林沼
泽就地表凋落物量和碳储量减少程度来说,重度火烧减少程度大于轻度火烧(图 1,图 3)。 而针对不同森林
沼泽,火干扰对两种森林沼泽地表凋落物量和碳储量的影响程度不一致,重度火烧白桦沼泽地表凋落物量和
碳储量减少约 1 / 3,而 2 种火烧强度对落叶松鄄苔草沼泽地表凋落物量和碳储量减少约 1 / 2(图 1,图 3)。 分析
其原因,在火烧期间,火烧直接燃烧掉了湿地地表大量未分解掉的地表凋落物,使得地表凋落物量及碳储量减
少;同时火烧也烧掉了全部草本、灌木及部分乔木,使得凋落物的来源减少,从而使得地表凋落物量及碳储量
减少;此外,在火烧结束后,增加了地表辐射,温度上升,进而加速了地表凋落物的分解[28鄄29, 33鄄34],也可能导致
地表凋落物量及碳储量的减少。 本研究结论与现有火干扰减少了湿地地表凋落物量的研究结论基本一
致[35],与其他学者研究北方泥炭地火烧直接烧毁地表有机质碳储量损失一致[12,24]。 由于落叶松鄄苔草沼泽一
般位于森林沼泽生态交错带上位,在沿着沼泽至毛赤杨、白桦、落叶松森林沼泽群落方向上,环境梯度相对高
于白桦沼泽[36],可能地表水位低于白桦沼泽,地表凋落物湿度较小,而适合可燃物燃烧的量较多,可能是导致
落叶松鄄苔草沼泽地表凋落物量和碳储量减少程度大于白桦沼泽的原因。 因此,今后有必要从微地形(水文)、
可燃物类型等进一步去研究火烧后地表有机质的变化。
2936 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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3. 2摇 火干扰对森林沼泽土壤碳储量的影响
小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽两者对照样地与火烧样地的土壤碳储量(0—50 cm)范围分布在
(18. 50依8. 16)—(32. 50依7. 22) kg C / m2 之间。 本文研究结果大于蔡体久等[37]研究小兴安岭泥炭藓湿地土
层 0—60 cm土壤有机碳储量(16. 61 kg C / m2),该学者认为湿地土壤有机碳储量比其他学者研究的湿地土壤
有机碳储量小是因土壤容重(0. 027—0. 097 g / cm3)较小所致。 同理,本文研究的湿地土壤容重(0郾 25—1. 45
g / cm3)与其比较较大,导致土壤有机碳储量较大。 比张文菊等[38]研究相同纬度三江平原典型湿地(常年积
水的腐殖质沼泽)土层 0—60 cm土壤有机碳储量(36. 6 kg C / m2)小,可能是由于本文研究的森林沼泽为季节
性积水,通气状况在非积水时期有所改善,植物残体分解程度较高,导致土壤有机碳储量较小;也有学者认为
湿地土壤有机碳含量较其它生态系统(森林或草原)高,然而可能因湿地更低的土壤容重(或泥炭密度),也可
能会引起湿地更低的土壤碳库[39]。 因此,要搞清楚不同湿地类型土壤有机碳储量的精确数据,必须对不同湿
地类型、分布及生境因子开展系统的调查和研究。
从不同火烧强度、不同林型下分析两种森林沼泽土壤有机碳储量的差异性,唯有重度火干扰落叶松鄄苔草
沼泽表层(0—10 cm)的土壤碳储量有显著的下降(4. 61 kg C / m2)。 这与 Turetsky 等[24]研究北方泥炭沼泽火
烧 3 个月后表层(0—30 cm)土壤有机质碳储量下降((2. 2依 0. 5) kg C / m2)一致,但不同之处是该研究者的
结论在火烧地与未火烧地间土壤表层有机质碳储量之间差异不显著。 本研究也与 Meigs[40]研究在不同火烧
强度下森林生态系统土壤碳储量(土层 0—20 cm或甚至达到 100 cm)之间影响不显著相吻合。 其可能原因:
火烧后,草本、灌木生物量以及地下细根生产力的增加[40鄄42],使得干扰后土壤碳得以恢复[43];另一个是,本文
研究地段火烧时间(2009 年 4 月下旬)为小兴安岭森林沼泽土壤层还未冻融,火烧期间可能未烧毁下层土壤
有机碳,仅仅是烧毁了两种森林沼泽地表长期积累较厚的凋落物层(图 1),短期内,未对其土壤碳储量造成显
著性影响。 火干扰对土壤有机碳储量的影响是一个相当复杂的过程,要搞清楚火干扰对生态系统土壤碳储量
的影响,尚须进行长期定位研究和监测。 例如,有学者认为不同生态系统之间土壤碳储量的差异性的关键因
子可能与以前生态系统受到家畜和野生动物干扰密切相关[39]。 因此,火烧前生态系统干扰的历史原因与火
烧后细根变化量可能加大了土壤碳储量的空间异质性。
4摇 结论
火干扰(不同火干扰强度)一般是减少小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽两者地表凋落物储量和碳储
量。 除了轻度火烧白桦沼泽减少不明显外,其它火烧强度是显著地减少了地表凋落物量和碳储量,且有重度
火烧减少的程度较大的趋势。 火干扰对小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽两种森林沼泽土壤碳储量(0—
50 cm)影响不显著,但是重度火烧对落叶松鄄苔草沼泽表层(0—10 cm)土壤碳储量有显著地减少。 本结论将
为我国东北开展湿地土壤碳管理和计划火烧提供理论的依据。
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5936摇 20 期 摇 摇 摇 周文昌摇 等:火干扰对小兴安岭白桦沼泽和落叶松鄄苔草沼泽凋落物和土壤碳储量的影响 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 20 October,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Characteristics of nitrous oxide (N2O) emission from a headstream in the upper Taihu Lake Basin
YUAN Shufang, WANG Weidong (6279)
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Nutrient dynamics of the litters during standing and sediment surface decay in the Min River estuarine marsh
ZENG Congsheng, ZHANG Linhai, WANG Tian忆e, et al (6289)
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Diversity and distribution of endophytic bacteria isolated from Caragana microphylla grown in desert grassland in Ningxia
DAI Jinxia, WANG Yujiong (6300)
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Spatial distribution of Trabala vishnou gigantina Yang pupae in Shaanxi Province, China
ZHANG Yiqiao, ZONG Shixiang, LIU Yonghua, et al (6308)
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Effects of drought stress on Cyclobalanopsis glauca seedlings under simulating karst environment condition
ZHANG Zhongfeng, YOU Yeming, HUANG Yuqing, et al (6318)
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Ecosystem diversity in Jinggangshan area, China CHEN Baoming, LIN Zhenguang, LI Zhen, et al (6326)…………………………
Niche dynamics during restoration process for the dominant tree species in montane mixed evergreen and deciduous broadleaved
forests at Mulinzi of southwest Hubei TANG Jingming, AI Xuenru,YI Yongmei, et al (6334)……………………………………
Effects of different day / night warming on the photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters of Sinocaly鄄
canthus chinensis seedlings XU Xingli,JIN Zexin,HE Weiming, et al (6343)……………………………………………………
The effect of simulated chronic high wind on the phenotype of Salsola arbuscula
NAN Jiang,ZHAO Xiaoying, YU Baofeng (6354)
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Responses of N and P stoichiometry on mulching management in the stand of Phyllostachys praecox
GUO Ziwu, CHEN Shuanglin, YANG Qingping, et al (6361)
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Tree鄄ring鄄based reconstruction of the temperature variations in February and March since 1890 AD in southern Jiangxi Province,
China CAO Shoujin, CAO Fuxiang, XIANG Wenhua (6369)……………………………………………………………………
Diel variations and seasonal dynamics of soil respirations in subalpine meadow in western Sichuan Province, China
HU Zongda,LIU Shirong,SHI Zuomin, et al (6376)
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Effects of fire disturbance on litter mass and soil carbon storage of Betula platyphylla and Larix gmelinii鄄Carex schmidtii swamps
in the Xiaoxing忆an Mountains of Northeast China ZHOU Wenchang, MU Changcheng, LIU Xia, et al (6387)…………………
Variance analysis of soil carbon sequestration under three typical forest lands converted from farmland in a Loess Hilly Area
TONG Xiaogang, HAN Xinhui, WU Faqi, et al (6396)
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Soil鄄property and plant diversity of highway rocky slopes PAN Shulin,GU Bin,LI Jiaxiang (6404)……………………………………
Effects of slope position on soil microbial biomass of Quercus liaotungensis forest in Dongling Mountain
ZHANG Di, ZHANG Yuxin, QU Laiye, et al (6412)
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Responses of water quality to landscape pattern in Taihu watershed: case study of 3 typical streams in Yixing
WANG Ying, ZHANG Jianfeng, CHEN Guangcai, et al (6422)
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Study on the fairness of resource鄄environment system of Jiangxi Province based on different methods of Gini coefficient
HUANG Heping (6431)
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Simulation of the spatial pattern of land use change in China: the case of planned development scenario
SUN Xiaofang, YUE Tianxiang, FAN Zemeng (6440)
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Arable land change dynamics and their driving forces for the major countries of the world ZHAO Wenwu (6452)……………………
Denitrification characteristics of an aerobic denitrifying bacterium Defluvibacter lusatiensis str. DN7 using different sources of nitrogen
XIAO Jibo, JIANG Huixia, CHU Shuyi (6463)
……
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Study on sustainable development in nanjing based on ecological footprint model ZHOU Jing, GUAN Weihua (6471)………………
Applying input鄄output analysis method for calculation of water footprint and virtual water trade in Gansu Province
CAI Zhenhua, SHEN Laixin, LIU Junguo, et al (6481)
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Correlation analysis of spatial variability of Soil available nitrogen and household nitrogen inputs at Pujiang County
FANG Bin, WU Jinfeng, NI Shaoxiang (6489)
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Characteristics of the fish assemblages in the intertidal salt marsh zone and adjacent mudflat in the Yangtze Estuary
TONG Chunfu (6501)
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A comparison study on the secondary production of macrobenthos in different wetland habitats in Shenzhen Bay
ZHOU Fufang, SHI Xiuhua, QIU Guoyu, et al (6511)
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Regurgitant from Orgyia ericae Germar induces calcium influx and accumulation of hydrogen peroxide in Ammopiptanthus
mongolicus (Maxim. ex Kom. ) Cheng f. cells GAO Haibo, ZHANG Shujing,SHEN Yingbai (6520)…………………………
Behavior characteristics and habitat adaptabilities of the endangered butterfly Teinopalpus aureus in Mount Dayao
ZENG Juping, ZHOU Shanyi, DING Jian, et al (6527)
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Community structure and dynamics of fig wasps in syconia of Ficus microcarpa Linn. f. in Fuzhou
WU Wenshan, ZHANG Yanjie, LI Fengyu, et al (6535)
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Review and Monograph
Review and trend of eco鄄compensation mechanism on river basin ZHANG Zhiqiang, CHENG Li,SHANG Haiyang, et al (6543)……
Definition and research progress of sustainable consumption: from industrial ecology view
LIU Jingru, LIU Ruiquan, YAO Liang (6553)
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The estimation and application of the water footprint in industrial processes JIA Jia, YAN Yan, WANG Chenxing, et al (6558)……
Research progress in ecological risk assessment of mining area PAN Yajing,WANG Yanglin,PENG Jian, et al (6566)………………
Scientific Note
Litter amount and its dynamic change of four typical plant community under the fenced condition in desert steppe
LI Xuebin, CHEN Lin, ZHANG Shuoxin, et al (6575)
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Effects of planting densities and modes on activities of some enzymes and yield in summer maize
LI Hongqi, LIN Haiming,LIANG Shurong, et al (6584)
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《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 20 期摇 (2012 年 10 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 32摇 No郾 20 (October, 2012)
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