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火灾 森林 土壤 (影响作用 (微生物 (间接影响土壤有机体的存活和recolonisation(1980、1996) (减少有机质,…
火灾 森林 土壤
影响作用
有机碳
有机物减少
始于200-25,于400℃完全分解
长期来看,对有机碳的增加有积极作用
1)未燃烧的残留物——保护不受生化分解;2)新鲜有机物——更难分解的有机物;3)矿化
定量
黑炭(炭化)
在经常过火的土壤中,炭化给全部有机碳带来的贡献常高于30~40%
吸附能力及其丧失
定性
150,220,350,450 ℃
低温无效
高温完全氧化
中间温度有机物损失,但损失速率不同
一系列化学反应
普遍去除外部氧集团(可产生溶解度较低的物质
烷基链长缩短
酯类 糖类 的芳香化
N杂环化合物的行程
腐殖质的高分子凝缩
黑碳(black carbon)
使氧-烷基 二氧烷基结构减少
芳香物质➡️酚 甲基 短链烷基
极端温度下石墨是炭化的最终形态
物理/物理化学/矿物学性质
防水层->土壤渗透性
降低了40%渗水性
增加了渗水时间
深度
热量
土壤特性
6-8cm以下
水平交替
随时间衰减/保存
结构稳定性
高温破坏organic cement
团聚体更稳定
持水能力下降
表面侵蚀加强
粒度分布尽管不直接受到火烧影响,但表面侵蚀会使其粗化
雨淋分利率
pH
升高(火烧使土壤中形成有机酸)
灰烬中和酸的能力与其中 k ca mg 的浓度有关
k na的氧化、羟基化和碳化 会随着雨季消失 ca不会
碳化物做土壤缓冲——pH变高可忽略不计
电导率在火烧后短时间内上升
无机离子从烧毁的有机质被释放出来
矿物
不受很大影响
500℃以上才会进行矿物分解的第一步 ——脱羟基化
长时间高温火烧过的森林土壤中矿物分解;了1~2%
土壤颜色
轻度~中度火烧后,土壤覆盖灰黑色
22d~3yr 更红 1~8cm厚
下层 炭化 15cm厚 黑色
反映火烧程度
氮、磷和其他物质
氮
直接响应——损失——挥发掉了(2000)
大量的有机氮在低强度火烧中改变了形式保留下来(1996)
火烧后前205d无极氮含量增加了2倍。485d后回到火烧前水平(1990)
有机氮经火烧后的直接产物是氨基,氨基经硝化作用转化为硝基(1980)
硝基 淋滤掉
氨基吸附在表面稳定的矿质和有机物上
(1993)表面0~5cm与地下5~10cm:氨基在2层中都显著增加,硝基仅在5~10cm中增加了
总氮水平在火烧后不变,1年后显著增加,5年后回归火烧前水平(1991、1992、2000)
磷
很少被挥发/淋溶
植物体和凋落物的燃烧限制了磷的生物化学循环(2000)
有机磷转化为正磷酸盐
磷在pH为6.5时达到最高生物利用率(2000),pH中性化有助于磷的利用
火烧的直接作用是可用磷的增长,但很快就会下降
其他物质
比氮磷更轻微短暂
通常由于有机物的烧毁而增加
树种
土壤类型
物质类型
淋洗过程的途径
ca、mg 和 k-明显高于火灾前的水平, 3个月后增加几乎消失了(1980)
氨基、钾离子和镁离子在表层土种持续6个月变化,钙离子需要2年以上才能回到正常水平(2001、1991)
阳离子(钙离子、镁离子和钾离子)和阴离子(硫酸根离子)升高(1986)
微量例子的变化暂缺少研究(2005)
没有受到热冲击的平面可以保留大部分从上层淋洗下来的元素(1993)
微生物
直接影响——生物量的减少;温度峰值远超过可杀任何生物的最高温(1998)
极端情况下,表层土将会被灭菌
会受到燃烧产生的有机废物的影响(2003)
有毒化合物,如多氯二苯并二恶英(PCDDs),二苯并呋喃(PCDFs)和多环芳烃(PAHs)释放出来并在地面上重新分布。
间接影响土壤有机体的存活和recolonisation(1980、1996)
减少有机质
去除有机物的来源
缓冲土壤性质
北方森林 持续灭火可导致晚期次生演替(在微生物活动衰减的情况下)(1997)
松林/即时:表层土(0-5cm)全部消失,5-10cm减少50%(1998)
4年后,微生物/有机c的比例为火前的60/40%,微生物/有机n的比例为火前的70/30%
向烧焦的土壤中添加纤维素有利于真菌菌丝体的发育和微生物C的增加,但燃烧的负面影响并未完全抵消。
针叶林中,至少12年恢复到火前水平(Fritze
et al. 1993)
土壤呼吸的减少与微生物生物量碳不成比例Pietikainen and Fritze
(1995)
具体的呼吸速率(每单位微生物C产生的CO2-C)在燃烧区域比在对照中更大
酶的活性降低(Hernandez et al.
1997)( Boerner and Brinkman (2003))
应用预防性的低强度火可能使微生物群落已受到野火的影响(Choromanska and DeLuca (2001))
松林中施行计划火,全部的微生物群落和单个的微生物集团(异养细菌、丝状菌根)不受中等强度野火的长期影响(Fonturbel et al. (1995))
土壤无脊椎生物
减少(程度小于微生物,因为可移动)
总体介绍
意义
干扰
更新
作用
植物区系组成
促进树木再生
加强木材生产
调节人类生态
影响因素
火烧程度
强度
时间
影响因子
土壤类型/火灾后的气候条件
森林物种
火灾强度
火烧类型
控制
野火