火灾对森林和草原土壤性质的影响:实测与元分析研究

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全球有超30%的陆地经常发生火灾,森林和草原生态系统受火灾驱动发生属性、功能和过程的改变,土壤作为森林生态系统和草原生态系统的主要组成部分,是受火灾影响最显著的部分之一。火灾对土壤影响相关的单一研究很多,但跨区域或全球尺度上森林和草原土壤对火灾响应存在的差异尚未有系统报道。本文选取中国大兴安岭区和锡林郭勒盟草原实地调查采样,并选取国内外文献134篇构建全球森林火灾土壤数据库。使用Meta-analysis分析了火灾对土壤性质的影响和不同干扰因素下土壤的响应差异,比较实测与Meta分析结果差异,及火灾对森林、草原土壤的影响差异和不同因素下森林和草原土壤差异。结果发现:1.Meta分析显示,火灾显著增加了森林土壤容重、酸碱度和速效磷,显著降低了土壤含水量、总碳、总氮、有机质和碳氮比。与对照组相比,土壤容重、酸碱度和速效磷分别显著增加了8.81%、3.68%、23.26%;土壤含水量、总碳、总氮、有机质、碳氮比显著降低了13.15%、12.59%、9.04%、9.9%、9.49%。火灾显著增加了草原土壤容重、酸碱度、全磷、速效磷和速效钾,显著降低了土壤含水量、总碳和碳氮比。与对照组相比,土壤容重、酸碱度、总磷、速效磷和速效钾分别显著增加了1.31%、2.64%、16.56%、30.42%和29.52%;土壤含水量、总碳、碳氮比显著降低了11.5%、14.67%和5.77%。2.Meta分析也显示出森林和草原土壤BD、SOM和AK对火灾的响应间有明显区别。森林土壤BD较草原显著增加7.35%,森林土壤SOM较草原显著降低10.16%,草原土壤AK较森林显著增加29.16%。森林和草原对温度和气候带变化的响应差异是火灾影响土壤性质变化的主要原因。3.实测与Meta分析结果比较:大兴安岭地区森林土壤实测结果与全球森林土壤对火灾的响应结果存在差异,实测结果中火灾使土壤BD降低、土壤碳含量、氮含量增加,而全球森林土壤性质Meta分析结果中土壤BD显著增加,TC和TN显著降低。不同恢复年限中,实测森林土壤性质表现出的变化趋势与全球森林土壤性质变化的趋势基本相同,都随恢复年限增加逐渐恢复至火灾前水平,或表现出与火灾初期相反的变化。锡林郭勒盟草原土壤实测结果与我们全球草原土壤对火灾的响应结果存在差异,实测中火灾使土壤SOC、TN增加,土壤p H显著降低,而全球草原土壤p H受火灾影响显著增加,TN和SOM较对照降低。综上,火灾对土壤的影响和森林草原间土壤性质对火灾的响应差异确实存在,并且在不同驱动因素中表现出一定差异。相关研究结果为全球气候变暖、火灾更加频繁情况下土壤影响评价提供了基础数据支持。
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