大兴安岭火烧迹地凋落物分解动态变化研究

李飞 胡同欣 赵彬清 杨卓 孙龙

摘 要：利用网袋法在大兴安岭不同年限的火烧样地和对照样地中监测当年凋落物1年内分解动态变化，探究火对凋落物分解的影响。结果表明：对照样地中针叶、阔叶、小枝平均分解速率分别为每年23.56%、29.36%、14.54%。火干扰后29 a内，随着火干扰年限的增加，针叶和阔叶凋落物分解系数（K值）与对照样地相比先降低后增高；小枝凋落物分解系数与对照样地相比持续增高，且随着火干扰年限的增加，分解系数增加幅度逐渐降低。火干扰对针叶和阔叶凋落物分解先抑制后促进，对小枝凋落物分解始终起促进作用。火后人工造林样地中，针叶置于地表、针叶贴近土壤和小枝处理下，分解系数分别比火后自然更新大0.041、0.088、0.077。火后人工造林样地中凋落物分解速率大于自然更新样地，对过火林分的修复，使用人工造林更合适。

关键词：火烧迹地；人工造林；凋落物分解

中图分类号：S714 文献标识码：A 文章编号：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态系统的重要组成部分，在整个森林生态系统循环中扮演着极其重要、不可或缺的角色。森林凋落物的物种组成、质量、分解速率和分解周期等直接影响着凋落物向土壤和大气的转化效率，进而影响整个森林生态系统的物质转化、养分归还与能量流动。

凋落物分解受生物和非生物作用共同影响，包括物理粉碎，淋溶作用和有机物分解三方面。一般认为凋落物自身性质、土壤微生物和动物、温度、降水等是影响凋落物分解的主要因素。近年来混合凋落物分解，氮沉降、全球暖化效应、季节性融雪等因素對凋落物分解的影响也成为热门议题。凋落物分解的研究方法有网袋法、小容器法、室内分解法和同位素标记法，其中凋落物网袋法最贴近自然分解状态，是研究凋落物分解时最常用的方法。近年来，由于全球变暖和厄尔尼诺现象的影响，夏季高温少雨的情况愈发严重，森林凋落物干燥易燃，林火时有发生。由于火的作用，火烧迹地原生境被改变，林隙增加，土壤温度升高，土壤成分改变，光照和空气流通增强，喜阳树种和豆科植物更容易萌发生长，火烧迹地内凋落物分解研究变得尤为重要。国外对火烧后凋落物分解速率研究的比较深入，如Raison R J[1]研究了亚高山桉树林火烧后凋落物的分解与积累；Brennan K E C[2]研究了全球气候变暖、火烧频率和凋落物分解之间的关系；Grigal D L[3]研究了明尼苏达州东北部森林火灾后凋落物的分解速率。Raison R J等[1-2、4]学者认为火烧后凋落物分解速率降低，另一些学者如H. L. Throop [5]和Cornelissen J H C[6]持相反观点，而Grigal D L [3]认为火干扰对凋落物分解速率影响几乎没有影响。国内也做了一些研究，但相比于国外来说不够透彻。如宋飘[7]研究了中亚热带森林生态系统中不同人为干扰对凋落物分解的影响；杨新芳[8]研究了火烧后大兴安岭森林凋落物和土壤C、N、P化学计量特征。

2.3 火干扰后阔叶月分解速率动态

不同火烧年限阔叶凋落物分解动态规律如图4所示，2012年和1987年各样地中，分解速率随着时间变化不断增加，在8-9月份达到最大值，为每月5.68%～11.00%；2006年各样地中，分解速率呈现出先增大后减小的趋势，在7-8月份出现最大值，为每月8.16%～25.13%。

2012年火烧迹地中水湿条件良好，没有阔叶凋落物，增加草本处理。在实验期间，草本分解速率为每年52.43%～73.00%。2006年火烧迹地内，阔叶置于地表处理下分解速率先小于后大于对照样地；阔叶贴近土壤处理下分解速率均小于对照样地（P>0.05）。

2.4 火干扰后3、10、29 a对凋落物分解速率的影响

火干扰后凋落物分解方程见表2。

火干扰后29 a内，随着恢复年限的增加，针叶和阔叶凋落物分解系数与对照样地相比先降低后增高；小枝凋落物分解速率與对照样地相比持续增高，且随着火干扰年限的增加，分解系数增加幅度逐渐降低。

火后人工造林样地中，针叶置于地表、针叶贴近土壤和小枝处理下，分解系数分别比火后自然更新大0.041、0.088、0.077。

3 结论与讨论

3.1 大兴安岭兴安落叶松林凋落物年分解速率

本研究对照样地中，针叶、阔叶、小枝平均分解速率分别为每年23.56%、29.36%、14.54%。有研究表明大兴安岭根河地区兴安落叶松凋落物枝的年分解速率为12.16%，叶的分解速率为26.51%，球果的分解速率为9.78%[9]。帽儿山地区兴安落叶松凋落物分解速率分别是：落叶松凋落叶33.24%、落叶松混合叶27.82%[10]。我国针叶林凋落物的年分解速率在20.0%～40.0%之间，平均约为30.0%，并且随着纬度的增加，凋落物的年分解速率有逐渐变小的趋势[11-12]。

本研究监测了大兴安岭兴安落叶松林凋落物1 a分解速率，监测结果与以往兴安落叶松林凋落物分解速率结果相似。

3.2 火干扰对凋落物分解速率的影响

火干扰后29 a内，随着恢复年限的增加，针叶和阔叶凋落物分解系数与对照样地相比先降低后增高；小枝凋落物分解速率与对照样地相比持续增高，且随着火干扰年限的增加，分解系数增加幅度逐渐降低。本文认为可能是由于阔叶和针叶分解速率大于小枝，导致火干扰后小枝分解对于环境改变的响应与阔叶和针叶出现不同，并且随着火后恢复年限的增加，火烧迹地生境逐步恢复，可能成为分解系数增幅逐渐降低的原因。

火干扰后，一方面森林土壤会产生一定的增温效应，另一方面森林土壤成分的改变导致整个森林生态系统的土壤动物和微生物的种群、数量以及酶活性发生改变[13-14]，所以土壤温度、土壤动物、微生物和酶活性对森林凋落物的分解有着显著地影响。有研究表明，随着火烧年限的增加，凋落物分解加快[8]。森林凋落物加速分解是对环境变暖的响应[15-17]。

理论上凋落物分解速率在100 a内随火灾时间的增加而显著增加[18]，如H. L. Throop[5]和Cornelissen J H C[6]发现火干扰加快了凋落物分解。火干扰后草原生态系统中凋落物分解速率变大[19]。但有些学者认为火后真菌生物量的减少会在一定程度上减慢凋落物的分解，影响火后凋落物的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响指标，发生频繁火烧的地点内凋落物分解速率较慢。Long J R D[20]则认为凋落物分解更受植被和凋落物物种组成的影响，火后灌木覆盖度的增加会降低凋落物的分解速率。

火干扰改变了森林小环境，通过改变温度、水分、土壤动物和微生物活性、凋落物C：N和林分组成等影响凋落物分解速率，但最主要因素尚不明确，因此火干扰后对凋落物分解速率变化没有统一定论，有待于进一步研究。

3.3 凋落物分解季节动态

自凋落物网袋布设起，经过一个非生长季和一个生长季，凋落物分解速率表现出随时间变化持续增大的趋势，在非生长季期间凋落物分解速率极小，生长季内分解速率不断增大，并在8-9月份达到最大值。

有研究表明兴安落叶松林凋落物分解速率在非生长季期间较小，在第一个生长季期间呈指数上升[14]。此外，有学者做了华北落叶松和杨树凋落物分解速率的研究。华北落叶松人工林凋落物分解速率呈双峰曲线，春秋两季分解速率最大[21]。杨树凋落物在4-12月份分解速率先增大后减小，分解速率最大值出现在6月份和8月份[22]。本研究中兴安落叶松林凋落物分解速率在第一个生长季期间持续增大，在8-9月份分解速率出现最大值，但可能由于立地条件和气象条件的影响，出现波动增大的趋势。

3.4 火后不同更新方式对凋落物分解的影响

通过塔河地区数据得出，火后人工造林样地中，针叶置于地表、针叶贴近土壤和小枝处理下，分解系数分别比火后自然更新大0.041、0.088、0.077。火后人工造林样地中凋落物分解速率大于自然更新样地，对过火林分的修复，使用人工造林更合适。

一些学者认为人工造林加速了森林恢复与更新过程[23]，对于形成更好的森林土壤环境和提升土壤肥力具有明显的促进作用[24]，并且通过改变光照、水分等环境因子加速凋落物分解[25]。而另一些学者认为凋落物分解速率的高低与造林地立地条件密切相关，如金虎范[21]指出立地条件越低，越不利于凋落物分解，同时较高的木质素、纤维素、木质素/N和C/N比会降低华北落叶松人工林中凋落物的分解速率。此外林龄和林分密度对凋落物分解也有显著地影响，有研究表明随着林龄的增加，凋落物分解速率降低[26]。孙楠[27]通过牡丹江地区杂种落叶松人工林凋落物分解速率的监测，发现造林密度越大，凋落物分解周期越长，年分解速率越小。而Barlow J[28]发现桉树人工林分解速度明显慢于其他生境，原生林和次生林没有显着差异。本研究中火后人工造林凋落物分解速率大于自然更新，可能是由于造林样地立地条件好于火烧样地，造林样地中光照、水分等环境因子更利于凋落物分解造成的。

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