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(huán)境研究所,哈爾濱 150080;2.森林可持續(xù)經(jīng)營與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)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(dá)到防火阻火目的。防火林帶是由防火隔離帶逐漸演變而產(chǎn)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(xué)除草劑、機(jī)械粉碎等四種方法。由于防火林帶的建設(shè)和維護(hù),防火林帶下的灌草植被等可燃物受到強(qiáng)烈干擾,這必將引起防火林帶下土壤結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)的變化及土壤微生物產(chǎn)生變化,進(jìn)而影響到整個土壤環(huán)境。

在生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物有機(jī)體組成了一個強(qiáng)大的動力資源庫,在植物殘體降解、腐殖質(zhì)形成及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)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(xué)除草劑、機(jī)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(diào)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(huán)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(dǎo),從而可以減少重復(fù)勞動,節(jié)省大量人力、物力、財力,具有較高的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的意義,并為防火林帶創(chuàng)建及維護(hù)技術(shù)研究提供一定的參考資料。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域為黑龍江省黑河市的嫩江縣和璦琿區(qū)(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(fā)生火災(zāi)。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(jīng)多代采伐及森林火災(zāi)的影響,導(dǎo)致了森林群落的逆向演替,現(xiàn)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(qū)范圍內(nèi)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(nèi)設(shè)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(zhì)層。用土壤環(huán)刀在各個剖面的腐殖質(zhì)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(shù)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(biāo)的檢測方法

2.2.1 土壤物理性質(zhì)的測定。利用環(huán)刀及配套鋁盒來測定土壤的物理性;

2.2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)的測定。pH值采用水浸,酸度計法;全氮采用硫酸消化,擴(kuò)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(jī)質(zhì)采用油浴外加熱,重鉻酸鉀氧化法;減解氮采用堿解擴(kuò)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(shù)量的測定。土壤微生物生物量的檢測:主要利用傳統(tǒng)方法。土壤懸液的接種采用刮鏟法。真菌用馬丁培養(yǎng)基培養(yǎng),細(xì)菌用肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng),放線菌用高氏一號培養(yǎng)基培養(yǎng)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤理化性質(zhì)檢測

3.1.1 土壤物理性質(zhì)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(jié)果表明,A層土壤的含水率大于B層。容重檢測結(jié)果為A層小于B層。孔隙度的檢測結(jié)果為A層大于B層。三種處理方式及空白對照均遵循此規(guī)律,具體結(jié)果見表1。

表1 防火林帶內(nèi)土壤物理特征

3.1.2 土壤化學(xué)性質(zhì)的檢測。采用水浸,酸度計法和硫酸消化,擴(kuò)散等方法測定了土壤的pH值、全氮、有效氮等7個土壤化學(xué)指標(biāo),具體結(jié)果見表2。

表2 防火林帶內(nèi)土壤化學(xué)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(zhì),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(shù)量檢測

研究表明,農(nóng)藥有機(jī)氯的殘留造成土壤中的異樣細(xì)菌和真菌數(shù)量減少,也是硝化細(xì)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(shè)對微生物的影響具體結(jié)果見表3。

表3 防火林帶內(nèi)的土壤微生物種群數(shù)量

從表3中可以看出除草劑與計劃燒除對土壤中好氧細(xì)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(xì)菌的指標(biāo)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(shù)量略有減小,其余方式對固氮菌的影響較小。

4 結(jié)論

本文對黑河地區(qū)已建成的防火林帶以及原生林的土壤進(jìn)行了測定和比較研究,測定了土壤的微生物的指標(biāo),其中包括:土壤中好氧細(xì)菌、真菌、放線菌和固氮菌的數(shù)量。通過分析得到如下結(jié)論:①除草劑對好氧細(xì)菌、真菌和放線菌均有一定的抑制作用,對好氧細(xì)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(jié)論可以得出計劃燒除對土壤生態(tài)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(tài)幾乎沒有影響。

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