火干扰对大兴安岭森林更新结构和地上生物量动态的影响

Fire disturbance is an important ecological process in regulating boreal forest’s structure and function; while the dynamics of tree recruitment structure (i.e. recruit density and species composition) in early post-fire stage (<30 yr) plays an important role in shaping forest successional trajectory and ecosystem functions. In this study, we propose to use repeated field measurement to investigate the mechanisms of forest structure dynamics during early post-fire stage. The aim of this study is to assess the legacy effect of spatial heterogeneity of fire disturbance on ecosystem structure and function. This research will address the following three scientific questions: (1) how fire severity and topography affect the dynamics of tree recruitment? (2) Can habitat filtering and negative density dependence explain the landscape patterns of larch (Larix gmelinii) forest? (3) What is the relationship between ecosystem structure and function (i.e. aboveground biomass)? This study will deepen our understanding on the relationship among disturbance pattern, ecosystem structure, and functions, and provide guidelines for post-fire ecosystem recovery and predicting future carbon cycling.

林火干扰是决定北方针叶林生态系统结构与功能的一个重要景观过程。研究火后演替初期（< 30年）更新苗树种组成和密度动态对精确预测北方针叶林的演替轨迹和生态系统功能有着深远的影响。本研究在前期调查工作的基础上，对先前调查样地进行野外重复采样，系统研究演替初期乔木更新苗动态演变机理，综合评估火干扰特征的空间异质性对生态系统结构和功能的长期遗留效应。拟解决以下三个科学问题：（1）火烧烈度、地形等景观控制因素对乔木更新苗结构动态变化有何影响？（2）生境过滤和负密度制约是否适用于兴安落叶松林火后更新苗结构动态格局？（3）生态系统结构与功能（如林分密度与地上生物量）的关系是什么？本研究从机理上解释干扰-格局-功能之间的关系，为火后生态系统恢复和精确预测北方林未来碳库动态提供实践支持。

在气候变化背景下，林火发生频率呈增加趋势，这势必将影响森林结构和功能动态。火干扰发生后的植被恢复动态是一个长期的过程，很难通过野外观测进行调查分析。但火后初期乔木更新苗树种组成和密度动态将在火间隔期内维持较长时间，早期更新格局可以帮助我们精确预测未来森林演替轨迹和生态系统功能动态。我们选取大兴安岭火烧迹地为研究对象，采用野外调查及遥感手段分析林火对土壤与立地环境及森林更新动态的影响。研究结果表明，火后土壤有效氮、磷含量相对于未火烧区呈现增加趋势，且该增加趋势在火后初期将持续较长时间；相较于未火烧区，火烧迹地土壤有效氮空间变异性增大，这将影响更新苗的定植空间分布，进而影响森林结构与功能；火后植被恢复的遥感监测结果显示，植被恢复速率存在较大空间差异，高强度林火干扰所造成的种源缺失是限制植被恢复的重要因素；林火所造成的的初期森林更新苗差异将影响森林碳储量动态，生态系统地上碳库需要约120年才能恢复到火前水平。在气候变暖背景下，频繁的火烧将改变森林结构和功能，降低森林的恢复弹性。本研究能为火后生态系统恢复和管理提供理论支持。