林間可燃物的不同處理方式對土壤微生物的影響

賈丹,陳迪,郝斌,江璟瑜

(1.黑龍江省森林工程與環境研究所,哈爾濱 150080;2.森林可持續經營與環境微生物工程黑龍江省重點實驗室)

林間可燃物是指森林之間的低矮灌木和雜草。森林防火林帶主要是控制其密度從而減緩火勢蔓延的速度,達到防火阻火目的。防火林帶是由防火隔離帶逐漸演變而產生的,是一種新興的防火手段。目前清除林間可燃物的主要方法為:人工清理、計劃燒除、化學除草劑、機械粉碎等四種方法。由于防火林帶的建設和維護,防火林帶下的灌草植被等可燃物受到強烈干擾,這必將引起防火林帶下土壤結構、理化性質的變化及土壤微生物產生變化,進而影響到整個土壤環境。

在生態系統中土壤微生物有機體組成了一個強大的動力資源庫,在植物殘體降解、腐殖質形成及養分轉化與循環中扮演著十分重要的角色。目前,除草劑對土壤微生物的研究較多,而火燒、人工清理等方法相對來說研究較少。因此,本研究通過對采用人工清理、計劃燒除、化學除草劑、機械粉碎等不同方式處理過可燃物的防火林帶下的土壤展開調查,通過對土壤中微生物(好氧性微生物、厭氧性微生物及放線菌等)的測定,來對可燃物不同處理方式影響土壤環境變化做出綜合評價,對篩選最佳可燃物處理方式提出指導,從而可以減少重復勞動,節省大量人力、物力、財力,具有較高的社會、經濟和環保的意義,并為防火林帶創建及維護技術研究提供一定的參考資料。

1 研究區域概況

研究區域為黑龍江省黑河市的嫩江縣和璦琿區(N48°42′～58°51′,E124°45′～127°119′),地處寒溫帶北端,樹木休眠期6個月以上,地帶性土壤為暗棕壤,年均降水量450～500mm,多集中在7～8月,春秋兩季極易發生火災。該地森林植被以天然次生林為主,原生地帶頂極群落是以興安落葉松(Larix gmelini)為主的明亮針葉林,經多代采伐及森林火災的影響,導致了森林群落的逆向演替,現有森林植被是以白樺、蒙古櫟、黑樺(Betula davurica)為主的天然次生林群落和人工落葉松群落。下木主要有平榛(Corylus heterophy lla)、胡枝子(Lespedeza bicolar)、興安杜鵑(Rhododendron dauricum)等,蓋度為10%左右.地被物主要有修氏苔草(Canex schmidtii)、烏蘇里苔草(Canex ussuiensis)、小葉章(Deyeuxia angustifolia)、猴腿蹄蓋蕨(Athyrium multidentatum)等,蓋度為70%左右。

2 樣品采集與檢測方法

2.1 樣品的采集

在實驗區范圍內共取了3塊已建立防火隔離帶的白樺林樣地,分別為人工清理、計劃燒除及噴灑除草劑3種方式處理,以及未建立防火隔離帶的天然白樺林。

在每一個林分內設置(20×20)m2的樣地,并將其按照對角線分為四個小樣地,在每個小樣地挖土壤剖面至母質層。用土壤環刀在各個剖面的腐殖質蓄積層(以下稱A層)和淀積層(以下稱B層)各取三個樣,一部分放人冰箱4℃冷藏保存,以供微生物數量和微生物生物量的測定,一部分樣品稱重,烘箱40℃烘干、研磨、過20目土壤篩、封存。

2.2 土壤指標的檢測方法

2.2.1 土壤物理性質的測定。利用環刀及配套鋁盒來測定土壤的物理性;

2.2.2 土壤化學性質的測定。pH值采用水浸,酸度計法;全氮采用硫酸消化,擴散法;全磷采用硫酸-高氯酸消化,鉬銻抗比色法;全鉀采用酸溶—原子吸收法;有機質采用油浴外加熱,重鉻酸鉀氧化法;減解氮采用堿解擴散法;速效磷采用鹽酸—氟化銨浸提,鉬銻抗比色法;速效鉀采用中性乙酸銨(1mol/L)浸提,火焰光度法;

2.2.3 土壤微生物數量的測定。土壤微生物生物量的檢測:主要利用傳統方法。土壤懸液的接種采用刮鏟法。真菌用馬丁培養基培養,細菌用肉膏蛋白胨培養基培養,放線菌用高氏一號培養基培養。

3 結果與分析

3.1 土壤理化性質檢測

3.1.1 土壤物理性質的檢測。利用刀及配套鋁盒測量了土壤的飽和含水率、容重及孔隙度的測定。測定結果表明,A層土壤的含水率大于B層。容重檢測結果為A層小于B層。孔隙度的檢測結果為A層大于B層。三種處理方式及空白對照均遵循此規律,具體結果見表1。

表1 防火林帶內土壤物理特征

3.1.2 土壤化學性質的檢測。采用水浸,酸度計法和硫酸消化,擴散等方法測定了土壤的pH值、全氮、有效氮等7個土壤化學指標,具體結果見表2。

表2 防火林帶內土壤化學特征

從表2中可以看出計劃燒除使土壤pH值升高,噴灑除草劑使土壤的pH值下降,這是因為除草劑為弱酸性質,且B層比A層的pH值低,因為在B層處的除草劑較A層難降解。計劃燒除對土壤的全氮與有效氮和有效磷的影響較大。

3.2 土壤微生物數量檢測

研究表明,農藥有機氯的殘留造成土壤中的異樣細菌和真菌數量減少,也是硝化細菌明顯減少;丁草胺對放線菌有明顯抑制作用。防火林帶的建設對微生物的影響具體結果見表3。

表3 防火林帶內的土壤微生物種群數量

從表3中可以看出除草劑與計劃燒除對土壤中好氧細菌的影響較大,計劃燒除對A層的土壤中的好氧微生物的影響最大。

與好氧細菌的指標類似,火燒對A層土壤中的真菌的影響最大,而除草劑的使用對土壤中的真菌也有一定的抑制作用。

放線菌對除草劑也同樣敏感,但是火燒的樣地對A層深處的土壤影響最大。

由于固氮菌為厭氧微生物,所以在A層深度的土壤中幾乎檢測不到。除草劑的使用使固氮菌的數量略有減小,其余方式對固氮菌的影響較小。

4 結論

本文對黑河地區已建成的防火林帶以及原生林的土壤進行了測定和比較研究,測定了土壤的微生物的指標,其中包括:土壤中好氧細菌、真菌、放線菌和固氮菌的數量。通過分析得到如下結論:①除草劑對好氧細菌、真菌和放線菌均有一定的抑制作用,對好氧細菌的影響最大;②火燒的方法對0～10cm深的土壤中的微生物造成的影響幾乎是毀滅性的。而3種方法對厭氧型微生物的影響均較小。

綜合以上結論可以得出計劃燒除對土壤生態影響最大,除草劑僅對好氧微生物造成影響,而人工清理的方法對生態幾乎沒有影響。

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