基于火干扰不同森林类型土壤斥水性与理化性质相关关系研究

摘要

森林火灾作为森林生态系统可持续发展的不稳定因素之一，林火的发生严重影响了林木的生长和森林土地的可持续发展能力。近年来，由于人为和天然因素导致火灾频发，火灾发生时会在短时间内烧毁大面积森林，从而导致植被覆盖度减少，水土流失等一系列次生灾害。因此本文通过对基于火干扰不同森林类型土壤斥水性与理化性质相关关系研究，以期为森林火灾后减少水土和养分流失，以及灾后土壤修复和植被恢复提供理论依据。 本研究以湖南省株洲市木荷杉木混交林、枫香次生林、马尾松木荷混交和湘潭市檫木杉木混交林4种林分类型为研究对象，分别设置轻度火干扰、中度火干扰、高度火干扰和无火干扰4种处理，每种处理设置3个随机区组，测定土壤理化性质及土壤斥水性指标。利用典型相关分析、主成分分析、熵值法、灰色关联分析和加权关联度公式，研究火干扰对不同土层深度土壤理化性质和不同时间节点下土壤斥水性的影响，探讨土壤斥水性与理化性质的相互作用机理，对土壤理化性质进行综合评价，从而得到土壤斥水性与土壤理化性质的相互关联模型。得到的主要结论如下: (1)火干扰强度对木荷杉木混交林、枫香次生林、马尾松木荷混交和檫木杉木混交4种林分土壤理化性质的影响规律一致。随土层深度的增加，火干扰对土壤理化性质指标:容重、pH、有机碳、全N、全P、全K的含量的影响逐渐减弱。其中，火干扰对土壤表层0～5cm和6～10cm土层土壤理化性质的影响极显著(P＜0.05)，对10～15cm和＞15cm土层，土壤理化性质变化显著性不大。 (2)4种林分类型0～10cm土层，土壤理化性质指标在高度和中度火干扰与无火干扰间具有显著差异(p＜0.05)，而轻度火干扰与无火干扰间差异性不显著。其中，与无火干扰相比，随着火干扰强度的增加，土壤容重和pH均有显著性增加，土壤有机碳、全N、全P和全K的含量均有显著性减小，尤其是高度和中度火干扰对土壤理化性质影响最为显著。 (3)火干扰强度对木荷杉木混交林、枫香次生林、马尾松木荷混交和檫木杉木混交4种林分土壤斥水性的影响规律相似。与无火干扰相比，火干扰强度越大，土壤斥水性越大，且随着火干扰后时间的推移，土壤斥水性逐渐下降，尤其是在火干扰后90d内下降的速度最快，而在火干扰180d后土壤斥水性在不同火干扰间的差异性不显著。 (4)4种林分类型土壤斥水性不同土层深度均呈现相似规律:土壤斥水性随土层深度的增加而减小，其中，在0～5cm和6～10cm土层深度下火干扰对土壤斥水性影响显著，而在11～15cm和＞15cm土层土壤斥水性差异不显著。0～10cm土层，土壤斥水性在高度和中度火干扰与无火干扰间具有显著差异(p＜0.05)，而轻度火干扰与无火干扰间差异性不显著。 (5)土壤理化性质与斥水性的典型相关分析表明:不同林分类型土壤斥水性与土壤理化性质指标的典范相关指标不同。木荷杉木混交林土壤中斥水性与全K和全P的含量的相关性较大;枫香次生林土壤中土壤斥水性与全K和有机碳的含量的相关性较大;马尾松木荷混交林土壤中斥水性与容重和全N的含量的相关性较大;檫木杉木混交林土壤中斥水性与全K、全N和有机碳的含量的相关性较大。 (6)对4种林分类型土壤理化性质指标进行综合评价，综合评价值均表现为:随火干扰强度的增大和土层深度的增加而减小。其中4种林分类型土壤理化性质综合评价值和斥水性进行线性拟合，得到土壤斥水性与土壤理化性质综合评价值之间的相互关联模型，其特征值均＞0.7，说明其两者之间具有显著相关关系。 综上，火干扰能显著影响土壤理化性质和土壤斥水性，其中高度和中度火干扰的影响效果最为显著，且随着土层深度的增加，其影响逐渐减弱。因此，在林业生产和生长过程中，应尽量避免林火的干扰，防止森林火灾的产生，为以后土壤养分的维持和产量的增加提供理论依据。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究进展

1．2．1 基于火干扰土壤理化性质研究进展

1．2．2 基于火干扰土壤斥水性研究进展

1．3 课题来源

1．4 研究目的与意义

1．5 研究内容

2 材料与方法

2．1 试验地概况

2．2 试验设计

2．3 样品的采集与处理

2．4 土壤斥水性和理化性质的测定

2．5 分析方法

2．5．1 典范相关分析

2．5．2 主成分分析

2．5．3 指标权重的确定

2．5．4 灰色关联分析

2．6 统计学分析

2．7 技术路线

3 结果与分析

3．1 火干扰对土壤理化性质的影响

3．1．1 火干扰对土壤容重的影响

3．1．2 火干扰对土壤pH的影响

3．1．3 火干扰对土壤有机碳含量的影响

3．1．4 火干扰对土壤全N含量的影响

3．1．5 火干扰对土壤全P含量的影响

3．1．6 火干扰对土壤全K含量的影响

3．2 火干扰对土壤斥水性的影响

3．2．1 火干扰对木荷杉木混交林土壤斥水性的影响

3．2．2 火干扰对枫香次生林土壤斥水性的影响

3．2．3 火干扰对马尾松木荷混交林土壤斥水性的影响

3．2．4 火干扰对檫木杉木混交林土壤斥水性的影响

3．3 土壤理化性质与斥水性的典型相关分析

3．4 土壤理化性质与火干扰强度关系分析

3．4．1 木荷杉木混交林土壤理化性质与火干扰强度关系分析

3．4．2 枫香次生林土壤理化性质与火干扰强度关系分析

3．4．3 马尾松木荷混交林土壤理化性质与火干扰强度关系分析

3．4．4 檫木杉木混交林土壤理化性质与火干扰强度关系分析

3．5 火干扰下土壤理化性质综合评价

3．5．1 木荷杉木混交林土壤理化性质综合评价

3．5．2 枫香次生林土壤理化性质综合评价

3．5．2 马尾松木荷混交林土壤理化性质综合评价

3．5．4 檫木杉木混交林土壤理化性质综合评价

4 讨论

4．1 火干扰对土壤理化性质的影响

4．2 火干扰对土壤斥水性的影响

5 结论

参考文献

附录

致谢