火烧木管理对寒温带森林火灾后冻土释放二氧化碳的影响研究

As the most serious forest fire region in China, frequent forest fire in Great Xing’an Mountain has become a special fact to destroy the permafrost environment, which intensified the CO2 release from permafrost. On the base of finished Natural Science Foundation of China, this project continue taking the national ecology station as research platform, using the experimental ecology method as main means, combining observation and experiment, this project will monitor the characteristic of CO2 efflux and temporal dynamic in different fire wood managements after forest fire, search the driving force of permafrost CO2 efflux in different fire wood managements, reveal the relation among the forests, permafrost, forest fire, CO2, meanwhile, reveal the relationship between fire wood management, revegetation and CO2 efflux. We hope this project will provide the data basis to prevent fire wood cutting in order to protect the permafrost carbon pool in Great Xing’an Mountain. This project will remind people to pay more attention to the CO2 efflux after forest fire in Great Xing’an Mountain in cold temperate zone, and protect Great Xing’an Mountain as ecological protective screen.

大兴安岭是我国森林火灾最为严重林区之一，森林火灾的频繁发生成为破坏冻土环境的一种特殊因素，加剧了封存在多年冻土中的二氧化碳（CO2）的释放。本项目在已完成国家自然基金项目基础上，继续以国家级生态站作为研究平台，以实验生态学的方法为主要手段，采用定位观测技术，以野外观测为主、结合室内测定，监测森林火灾后不同火烧木管理方式下冻土释放CO2通量的特征及随时间的变化规律；寻找不同火烧木管理方式下火烧迹地冻土释放CO2通量的驱动力；揭示森林、冻土环境、火灾、CO2之间的相互影响关系；揭示火烧木管理与CO2排放之间的关系。希望从保护大兴安岭多年冻土碳库的角度上给出禁止火烧木采伐的数据依据。呼吁继续关注寒温带大兴安岭林区林火加剧冻土排放CO2的问题，保护好大兴安岭这一重要生态屏障。

在内蒙古大兴安岭寒温带冻土区，选取不同年份、不同火烧木管理方式的火烧迹地作为研究地点。选择LI-8100土壤通量测定系统进行CO2通量测定，使用手持长杆电子温度探针和时域反射仪测定土壤温度和湿度，取定量土壤样品进行理化性质与微生物生物量指标的测定，调查样地内植被群落结构及组成。目的是为揭示不同火烧木管理方式对冻土释放CO2通量的影响规律，寻找不同火烧木管理方式下火烧迹地冻土释放CO2通量的途径；揭示不同火烧木管理下土壤条件的改变对冻土释放CO2的影响。结果表明：.（1）三年内不同年份火烧迹地土壤呼吸速率与土壤异养呼吸速率峰值分布于每年的7、8月份。2003年轻度火烧迹地土壤呼吸速率大于对照样地，火烧木择伐样地较对照样地相比土壤呼吸速率显著增加，火烧木皆伐样地较对照样地相比土壤呼吸速率显著降低。2009年重度火烧迹地土壤呼吸速率大于对照样地，火烧木采伐会导致土壤呼吸速率降低，且采伐强度越大土壤呼吸速率越低。2014年轻度火烧迹地土壤呼吸速率低于照样地，火烧木采伐显著增加了土壤呼吸速率，且采伐强度越大土壤呼吸速率越大。.（2）火干扰能够使土壤表层有机质矿化速率增加，火烧木择伐能明显增加0-30cm土壤层有机质矿化速率。以2003年火烧迹地为例，火烧木皆伐会降低火烧迹地与对照样地的群落相似系数，火烧木择伐会升高火烧迹地与对照样地的相似系数。火烧木采伐使得α多样性指数上升，林下灌木层和草本层生物量均呈现火烧木皆伐样地＞火烧木未伐样地＞火烧木择伐样地＞对照样地的规律。火烧降低了0-10cm土壤层的细菌和真菌多样性与丰富度，火烧木采伐增加了0-20cm土壤层细菌和真菌的多样性和丰富度。.（3）地表温度为该区域土壤呼吸速率的主要影响因子，由不同年份火烧木管理样地土壤呼吸及其组分与T10回归模型可知，火干扰不同程度的降低了土壤呼吸速率、土壤异养呼吸速率与T10的拟合度，而火烧木采伐对不同火烧年份火烧迹地土壤呼吸及其组分与T10的拟合程度影响不同。.本研究揭示了不同火烧木管理方式下冻土CO2排放的动态规律，分析了不同火烧木管理方式下土壤理化性质和植被群落结构等环境因子的改变对土壤释放CO2通量的影响，初步揭示了森林火灾、火烧木管理、环境因子和土壤释放CO2的内在联系。