大兴安岭林火干扰对森林土壤C:N:P化学计量特征的影响机制

Forest fire is an important natural disturbance that regulates quantity and heterogeneity of soil nutrients in boreal forests. It can profoundly impact the ecosystem process and function of these forests by decoupling cycles of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P). The proposed research is set to systematically study the relationship between the controlling factors (e.g., fire severity, topography, time since the fire, post-fire soil environment, post-fire litter) and soil C:N:P stoichiometry using field investigation, laboratory analysis and statistical model methods. The goal of this research is to examine effects of fire on the spatial and temporal patterns of soil C:N:P stoichiometry, and to unravel the key driving factors. We will address the following two scientific questions: (1) what are the immediate effects of fire disturbance on soil C:N:P stoichiometry and whether forest fire can alter its spatial patterns? (2) How these controlling factors may affect post-fire dynamics of soil C:N:P stoichiometry and what is the relative importance among these controlling factors? This study will focus on the mechanisms of how forest fire affects soil C:N:P stoichiometry. Our results will further deepen the understanding between landscape process (e.g., fire) and ecological processes (e.g., C and N cycling), and provide guidelines for post-fire management of soil fertility and vegetation restoration.

林火是影响北方针叶林土壤养分数量和异质性的一种重要自然干扰,对碳氮磷循环的去耦作用深刻影响着北方针叶林的生态过程和生态功能。本研究以野外实地调查、实验分析和统计模型为主要研究手段，系统分析不同影响因素(火烧烈度、地形、火后土壤环境、火后凋落物)与土壤碳氮磷化学计量特征的相关关系，探讨林火对土壤碳氮磷化学计量比时空分布特征的影响，并揭示其驱动因子。核心解决以下两个科学问题：(1)林火对土壤碳氮磷化学计量比的即时影响是怎样的，及是否会改变其空间分布？(2)各影响因素如何调控火后土壤碳氮磷化学计量比的动态变化，及各影响因子的相对重要性如何？本研究更注重林火对土壤碳氮磷化学计量关系调控机理的研究，为深入理解景观过程(林火)-生态系统过程(碳氮循环)之间的关系提供理论依据，为火后土壤肥力管理和植被恢复等工作提供实践支持。

林火是大兴安岭森林土壤碳氮磷循环的主要驱动力之一。由于林火对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)库的影响程度不同、其火后各自恢复速度也不同步，因而，土壤C/N/P化学计量比在火后演替过程中可能发生剧烈变动，进而影响该生态系统的养分循环过程和火后植被更新。为阐明林火对大兴安岭土壤C/N/P化学计量特征的影响机理，本研究以野外实地调查、实验分析和统计模型为主要研究手段，系统分析不同影响因素(火烧烈度、地形、火后土壤环境、火后凋落物)与土壤C/N/P化学计量特征的相关关系，探讨林火对土壤碳氮磷化学计量比时空分布特征的影响，并揭示其驱动因子。本研究发现，林火改变了土壤C、N、P之间的平衡。火后1年，土壤C/N/P化学计量比显著降低，其变化与火烧烈度负相关，高强度火烧的影响更为强烈；地形对土壤化学计量特征无显著影响，林火改变了土壤C/N/P化学计量比在空间上的分布模式。林火显著影响凋落物、有机层、矿物层土壤C/N/P化学计量比，减弱了各层间的密切关联。火后5年，凋落物和矿物层土壤C/N/P化学计量比变化明显；火后16年，有机层土壤的变化明显。距上次火烧时间与地形是影响凋落物化学计量特征较为重要的因子，距上次火烧时间是影响有机层土壤化学计量特征最为重要的因子，而矿物层土壤化学计量特征则受多种因子交叉作用的影响。本研究更注重林火对土壤碳氮磷化学计量关系调控机理的研究，为深入理解景观过程(林火)-生态系统过程(碳氮循环)之间的关系提供理论依据，为火后土壤肥力管理和植被恢复等工作提供实践支持。