林间可燃物的不同处理方式对土壤微生物的影响

贾丹,陈迪,郝斌,江璟瑜

(1.黑龙江省森林工程与环境研究所,哈尔滨 150080;2.森林可持续经营与环境微生物工程黑龙江省重点实验室)

林间可燃物是指森林之间的低矮灌木和杂草。森林防火林带主要是控制其密度从而减缓火势蔓延的速度,达到防火阻火目的。防火林带是由防火隔离带逐渐演变而产生的,是一种新兴的防火手段。目前清除林间可燃物的主要方法为:人工清理、计划烧除、化学除草剂、机械粉碎等四种方法。由于防火林带的建设和维护,防火林带下的灌草植被等可燃物受到强烈干扰,这必将引起防火林带下土壤结构、理化性质的变化及土壤微生物产生变化,进而影响到整个土壤环境。

在生态系统中土壤微生物有机体组成了一个强大的动力资源库,在植物残体降解、腐殖质形成及养分转化与循环中扮演着十分重要的角色。目前,除草剂对土壤微生物的研究较多,而火烧、人工清理等方法相对来说研究较少。因此,本研究通过对采用人工清理、计划烧除、化学除草剂、机械粉碎等不同方式处理过可燃物的防火林带下的土壤展开调查,通过对土壤中微生物(好氧性微生物、厌氧性微生物及放线菌等)的测定,来对可燃物不同处理方式影响土壤环境变化做出综合评价,对筛选最佳可燃物处理方式提出指导,从而可以减少重复劳动,节省大量人力、物力、财力,具有较高的社会、经济和环保的意义,并为防火林带创建及维护技术研究提供一定的参考资料。

1 研究区域概况

研究区域为黑龙江省黑河市的嫩江县和瑷珲区(N48°42′～58°51′,E124°45′～127°119′),地处寒温带北端,树木休眠期6个月以上,地带性土壤为暗棕壤,年均降水量450～500mm,多集中在7～8月,春秋两季极易发生火灾。该地森林植被以天然次生林为主,原生地带顶极群落是以兴安落叶松(Larix gmelini)为主的明亮针叶林,经多代采伐及森林火灾的影响,导致了森林群落的逆向演替,现有森林植被是以白桦、蒙古栎、黑桦(Betula davurica)为主的天然次生林群落和人工落叶松群落。下木主要有平榛(Corylus heterophy lla)、胡枝子(Lespedeza bicolar)、兴安杜鹃(Rhododendron dauricum)等,盖度为10%左右.地被物主要有修氏苔草(Canex schmidtii)、乌苏里苔草(Canex ussuiensis)、小叶章(Deyeuxia angustifolia)、猴腿蹄盖蕨(Athyrium multidentatum)等,盖度为70%左右。

2 样品采集与检测方法

2.1 样品的采集

在实验区范围内共取了3块已建立防火隔离带的白桦林样地,分别为人工清理、计划烧除及喷洒除草剂3种方式处理,以及未建立防火隔离带的天然白桦林。

在每一个林分内设置(20×20)m2的样地,并将其按照对角线分为四个小样地,在每个小样地挖土壤剖面至母质层。用土壤环刀在各个剖面的腐殖质蓄积层(以下称A层)和淀积层(以下称B层)各取三个样,一部分放人冰箱4℃冷藏保存,以供微生物数量和微生物生物量的测定,一部分样品称重,烘箱40℃烘干、研磨、过20目土壤筛、封存。

2.2 土壤指标的检测方法

2.2.1 土壤物理性质的测定。利用环刀及配套铝盒来测定土壤的物理性;

2.2.2 土壤化学性质的测定。pH值采用水浸,酸度计法;全氮采用硫酸消化,扩散法;全磷采用硫酸-高氯酸消化,钼锑抗比色法;全钾采用酸溶—原子吸收法;有机质采用油浴外加热,重铬酸钾氧化法;减解氮采用碱解扩散法;速效磷采用盐酸—氟化铵浸提,钼锑抗比色法;速效钾采用中性乙酸铵(1mol/L)浸提,火焰光度法;

2.2.3 土壤微生物数量的测定。土壤微生物生物量的检测:主要利用传统方法。土壤悬液的接种采用刮铲法。真菌用马丁培养基培养,细菌用肉膏蛋白胨培养基培养,放线菌用高氏一号培养基培养。

3 结果与分析

3.1 土壤理化性质检测

3.1.1 土壤物理性质的检测。利用刀及配套铝盒测量了土壤的饱和含水率、容重及孔隙度的测定。测定结果表明,A层土壤的含水率大于B层。容重检测结果为A层小于B层。孔隙度的检测结果为A层大于B层。三种处理方式及空白对照均遵循此规律,具体结果见表1。

表1 防火林带内土壤物理特征

3.1.2 土壤化学性质的检测。采用水浸,酸度计法和硫酸消化,扩散等方法测定了土壤的pH值、全氮、有效氮等7个土壤化学指标,具体结果见表2。

表2 防火林带内土壤化学特征

从表2中可以看出计划烧除使土壤pH值升高,喷洒除草剂使土壤的pH值下降,这是因为除草剂为弱酸性质,且B层比A层的pH值低,因为在B层处的除草剂较A层难降解。计划烧除对土壤的全氮与有效氮和有效磷的影响较大。

3.2 土壤微生物数量检测

研究表明,农药有机氯的残留造成土壤中的异样细菌和真菌数量减少,也是硝化细菌明显减少;丁草胺对放线菌有明显抑制作用。防火林带的建设对微生物的影响具体结果见表3。

表3 防火林带内的土壤微生物种群数量

从表3中可以看出除草剂与计划烧除对土壤中好氧细菌的影响较大,计划烧除对A层的土壤中的好氧微生物的影响最大。

与好氧细菌的指标类似,火烧对A层土壤中的真菌的影响最大,而除草剂的使用对土壤中的真菌也有一定的抑制作用。

放线菌对除草剂也同样敏感,但是火烧的样地对A层深处的土壤影响最大。

由于固氮菌为厌氧微生物,所以在A层深度的土壤中几乎检测不到。除草剂的使用使固氮菌的数量略有减小,其余方式对固氮菌的影响较小。

4 结论

本文对黑河地区已建成的防火林带以及原生林的土壤进行了测定和比较研究,测定了土壤的微生物的指标,其中包括:土壤中好氧细菌、真菌、放线菌和固氮菌的数量。通过分析得到如下结论:①除草剂对好氧细菌、真菌和放线菌均有一定的抑制作用,对好氧细菌的影响最大;②火烧的方法对0～10cm深的土壤中的微生物造成的影响几乎是毁灭性的。而3种方法对厌氧型微生物的影响均较小。

综合以上结论可以得出计划烧除对土壤生态影响最大,除草剂仅对好氧微生物造成影响,而人工清理的方法对生态几乎没有影响。

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