林火是世界森林中廣泛存在的干擾因子,對自然生態(tài)系統(tǒng)的組成和分布有重要作用。它能影響包括寒帶、溫帶和熱帶在內(nèi)的森林、泥炭地、灌木和草地等全球多種植被類型。林火可在短時間內(nèi)使大面積植被蕩然無存,使生態(tài)系統(tǒng)的過程和功能發(fā)生劇烈改變,增加碳排放,改變?nèi)驓夂�。�?jù)統(tǒng)計,全世界每年有1000萬hm~2林地受到林火的影響。隨著全球氣候變化,極端高溫、干旱天氣事件增多,科學(xué)家們紛紛預(yù)測世界范圍內(nèi)的林火可能會持續(xù)爆發(fā),林火的發(fā)生起數(shù)和受害森林面積也可能增加�？λ固丨h(huán)境極其脆弱,受干擾后極易形成石漠化。地表植被的覆被狀況對喀斯特環(huán)境的石漠化進程有重要影響。一旦形成石漠化,在裸露的基巖上,植物根本無法生長。而植被退化,又反過來影響氣候水文條件,可能使植被的生長條件變得更為嚴(yán)酷,加速石漠化進程。因此,當(dāng)脆弱的巖溶生境遇上頻繁的林火干擾,林火的生態(tài)效應(yīng)研究變得尤為重要。以貴州為中心的我國西南部喀斯特區(qū)是世界上連片裸露碳酸鹽巖面積最大的地區(qū)。同時,貴州也是國內(nèi)歷年來森林火災(zāi)次數(shù)最多、受害面積最大的省區(qū)之一。脆弱的巖溶地質(zhì)背景加上頻繁的林火干擾,使得該區(qū)的生態(tài)平衡面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了解林火對巖溶山區(qū)土壤及種子萌發(fā)的生態(tài)效應(yīng),并為林火管理提供決策依據(jù),本文以貴州省西北部畢節(jié)巖溶山區(qū)為例,研究了以下問題:(1)林火對森林土壤養(yǎng)分及酶活性的影響;(2)伴隨林火產(chǎn)生的相關(guān)因子(高溫、植物燃煙)對種子萌發(fā)的影響;(3)在研究區(qū)內(nèi)是否能找到阻火性較強的鄉(xiāng)土防火植物以構(gòu)建生物防火林帶?主要研究結(jié)果如下:(1)火燒干擾在短時間內(nèi)會導(dǎo)致土壤溫度顯著升高,并且隨著土層加深,溫度升高的幅度減小。在土壤養(yǎng)分方面,火燒后短期內(nèi)土壤堿解氮和氨氮的含量顯著提升,而有機質(zhì)、硝態(tài)氮、全氮、全磷、有效磷、速效磷、速效鉀的含量無顯著變化�；馃蠖唐趦�(nèi),除土壤酸性磷酸酶活性顯著提升外,脲酶、纖維素酶、β-葡糖苷酶、蔗糖酶活性均無顯著變化。研究結(jié)果表明:火干擾在短時間內(nèi)使土壤中堿解氮和氨氮的含量增加,而對其余的有機質(zhì)、硝態(tài)氮、全氮、全磷、有效磷和速效鉀無顯著影響。同時,火干擾顯著提升土壤酸性磷酸酶活性,而對土壤脲酶、纖維素酶、β-葡糖苷酶、蔗糖酶活性無顯著影響。(2)參與試驗的11種種子中有7種(火棘、粉葉栒子、朝天罐、煙管頭草、鬼針草、柳葉斑鳩菊、絲茅)成功萌發(fā)。不同溫度和時間處理對不同植物種子萌發(fā)的影響不同。當(dāng)熱擊時間為5min時,在較低溫度(70℃)處理下,煙管頭草和絲茅種子萌發(fā)率顯著提高,而火棘種子萌發(fā)率顯著降低,其余4種種子萌發(fā)率無顯著變化。隨著溫度繼續(xù)升高到100℃時,煙管頭草、朝天罐、鬼針草和柳葉斑鳩菊不再萌發(fā)。只有絲茅能夠耐受150℃的熱擊,而火棘和粉葉栒子在120℃以上處理下均不再萌發(fā)。當(dāng)熱擊時間為10min時,除絲茅能夠耐受100℃處理外,其余所有植物均只能耐受70℃以下的溫度處理。這表明:熱擊溫度的高低以及熱擊時間的長短均極顯著影響種子的萌發(fā),但高溫?zé)釗艉髮?dǎo)致種子萌發(fā)率提高的熱沖擊效應(yīng)在被試物種中并不普遍;伴隨林火產(chǎn)生的高溫一旦超過70℃持續(xù)熱擊10min,就會抑制絕大部分被試植物種子的萌發(fā)。(3)在不同濃度煙水溶液處理下,不同植物的種子萌發(fā)響應(yīng)不同。在較低濃度(1/1000)處理下,火棘種子萌發(fā)率顯著提高,而其余植物種子萌發(fā)率無顯著變化。隨著煙水溶液處理濃度升高,朝天罐、絲茅的種子萌發(fā)率均不同程度提高,而柳葉斑鳩菊的種子萌發(fā)率逐漸降低。粉葉栒子的萌發(fā)率在任何濃度煙水溶液處理下均無顯著變化。除粉葉栒子和柳葉斑鳩菊外,其余5種植物在所設(shè)置的6個濃度煙水溶液處理中,均存在著相對效果最佳的處理濃度。這表明:植物源煙對大部分被試植物種子的萌發(fā)具有促進作用。(4)在高溫下熱擊20min時,種子庫萌發(fā)幼苗無顯著差異,隨著熱擊時間延長(30min以上),種子庫萌發(fā)幼苗的密度顯著降低。在煙水溶液處理下,種子庫萌發(fā)幼苗密度有所提高,但未達到統(tǒng)計學(xué)差異。就單個物種而言,熱擊和煙水溶液處理對各物種的影響不同。在煙水溶液處理下,種子庫萌發(fā)幼苗的種類數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù)均顯著增加,而熱擊50min以上,將顯著降低種子庫萌發(fā)幼苗的種類數(shù),同時顯著提高萌發(fā)幼苗的均勻度指數(shù)。在高溫下熱擊較短時間(30min以下),熱擊并不能影響種子庫萌發(fā)的起始時間;但隨著熱擊時間延長(50min以上),種子庫幼苗萌發(fā)起始時間顯著延遲;在熱擊較短時間(20min)與煙水溶液同時處理下,種子庫幼苗萌發(fā)起始時間顯著延遲。但單獨熱擊、煙水溶液處理及二者同時處理均不能影響種子庫萌發(fā)的持續(xù)時間。說明:煙水溶液處理會提升種子庫萌發(fā)的幼苗數(shù)和物種多樣性,而100℃熱擊20min以上則會降低種子庫萌發(fā)的幼苗數(shù);高溫?zé)釗襞c植物源煙水溶液同時處理時,熱擊占主導(dǎo)作用,且可能對種子庫萌發(fā)產(chǎn)生疊加的負(fù)效應(yīng),比熱擊單獨作用時的抑制作用更強。(5)與阻火性相關(guān)的4個理化性質(zhì)指標(biāo)在被試的9種植物葉片間有顯著差異。云南楊梅和珍珠莢蒾的灰分含量最高,而茅栗、橢圓葉越桔和小葉女貞最低;小葉女貞、茅栗和粉葉栒子的著火時間最長,而火棘、杉木和杜鵑最短。燃燒熱值最高的是茅栗、橢圓葉越桔和小葉女貞,其次是杉木、粉葉栒子和火棘,最低的是云南楊梅。運用PCA分析與TOPSIS分析相結(jié)合的方法得出9個樹種葉片的阻火性大小依次為:云南楊梅(阻火性最強)、橢圓葉越桔、小葉女貞、粉葉栒子、茅栗、珍珠莢蒾、杜鵑、火棘、杉木(阻火性最弱)。結(jié)果表明,云南楊梅、橢圓葉越桔的阻火性較強,而火棘、杉木屬于較易燃的植物,與前人研究基本吻合。說明利用主成分分析(PCA)結(jié)合加權(quán)逼近理想解排序分析法(TOPSIS)能對植物的阻火性進行合理評判。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：S762
【部分圖文】：

西南大學(xué)博士學(xué)位論文尤其是對土壤性質(zhì)和土壤動物的影響完全不同。因此，自然火和火替代研究（Fireand Fire Surrogate, FFS）結(jié)果建議人類應(yīng)盡可能在可控范圍內(nèi)保留一些林火（Mciver et al., 2013）。林火可通過直接或間接影響生物環(huán)境而誘導(dǎo)植被變化（Sousa, 1984; Buhk &Hensen, 2006）。在經(jīng)常發(fā)生林火的生態(tài)系統(tǒng)中，許多植物進化出了一些適應(yīng)火環(huán)境的特征，使得他們不僅能在火后幸存，而且能長得更好，有的甚至成為依賴火而生存的植物（Sousa, 1984；Everson & Tainton, 1984）。如：山楊（Populusdavidiana）、菅草（Themeda triandra）、Geranium bohemicum 以及 G. lanuginosum 等（Ghebrehiwot et al., 2009; Risberg & Granstr m, 2009）。物種對火的適應(yīng)可被看作是形態(tài)學(xué)和行為學(xué)的進化，使物種得以繁殖和持續(xù)發(fā)展。與火相關(guān)的更新策略，包括形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特征，如繁殖體生產(chǎn)策略（種子、分蘗和根莖）能使物種在火后得以存活、萌發(fā)、分蘗和開花（Zacharias,1988）。研究與火相關(guān)的更新策略，對于預(yù)測和理解火后植被的恢復(fù)及變化十分重要。因此，加強對本地植物在林火影響下的種子萌發(fā)和幼苗建成規(guī)律的認(rèn)識，具有重要意義。

圖1-2. 2005-2012年野火與生態(tài)地理區(qū)分布Figure1-2. Wildfire distribution and ecological zones in 2005-2012注：a. 野外發(fā)生的火災(zāi)分布 Wildfire distribution; b.衛(wèi)星連續(xù)監(jiān)測到的野火 Continuous hotspots for wildfires. R0為無植被分布區(qū)域R0 means no vegetation region. 摘自田曉瑞 等（2015）。Cited from Xiaorui Tian et al. (2015).1.1 林火對森林土壤性質(zhì)的影響火對土壤的影響可分為物理、化學(xué)和生物三個方面。在物理影響方面，林火產(chǎn)生的高溫以及火后植被覆蓋度的減少必然會引起土壤密度、孔隙度、分散系數(shù)及容重等物理性質(zhì)的變化；在化學(xué)方面，由于燃燒釋放了植物體和枯落物中的養(yǎng)分元素，這也必然導(dǎo)致土壤的有機質(zhì)含量、氮含量、鉀含量等化學(xué)元素發(fā)生變化；而與此同時，土壤酶的活性也將會發(fā)生改變。然而，對于火后土壤的響應(yīng)方式，目前并沒有太多一致的結(jié)論。1.1.1 林火對土壤物理性質(zhì)的影響土壤的物理性質(zhì)關(guān)系到土壤的保水能力、通氣狀況等，影響到植物的生長和土壤動物微生物的生存。Bowker 等（2004）研究發(fā)現(xiàn)美國大草原火燒后土壤會發(fā)

第 1 章 文獻綜述中對種子萌發(fā)具有促進效應(yīng)的物質(zhì)可能是氮氧化物（Keeley & Fotheringham, 1997;Malakoff, 1997）。然而，2003 年 Light 等報道氮氧化物對種子萌發(fā)沒有促進作用，從而否定了氮氧化物為燃煙中的活性物質(zhì)這一假說。2004 年，F(xiàn)lematti 等研究發(fā)現(xiàn)，植物燃煙中的主要萌發(fā)活性物質(zhì)是丁羥烯酸內(nèi)酯（butenolide），后又命名為 KAR1（Karrikinolide 1，卡里金 1）。至此，掀起了一場燃煙種子生態(tài)學(xué)研究的新篇章。然而，在研究澳大利亞的一種植物（曼氏袋鼠爪屬）對火的響應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，該屬大多數(shù)植物種子對燃煙都有響應(yīng)，但是對卡里金（KAR）卻沒有反應(yīng)。這說明煙霧中不止卡里金一種萌發(fā)刺激物，可能還存在另外的萌發(fā)刺激物。2011 年，F(xiàn)lematti等發(fā)現(xiàn)，這種能夠促進曼氏袋鼠爪屬植物種子萌發(fā)的活性物質(zhì)的確不是卡里金，而是燃煙中的另外兩種化學(xué)物質(zhì)——氰醇類物質(zhì)和 2,3 -二基丙腈。同時，研究者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)煙氣中的其他化合物也有促進種子萌發(fā)的效應(yīng)，比如：KAR2、KAR3、KAR4、獨腳金內(nèi)酯、香豆素、吡喃酮等。其作用過程見（圖 1-3）（Nelson et al., 2012）。
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3 朱維斌;蔬菜種子庫建成并一次試調(diào)成功[J];北京蔬菜;1983年06期

4 孔憲璋;;一個史前“種子庫”[J];種子世界;1983年01期

5 樊興和;黃學(xué)夢;;種子庫的女保管[J];種子世界;1984年03期

6 李秉嬋;王風(fēng)亮;;種子庫的建設(shè)[J];種子;1989年02期

7 姜陽陽;種子庫熏蒸應(yīng)注意的問題[J];新農(nóng)業(yè);2005年11期

8 陳芳清;梅光舟;王傳華;;三峽地區(qū)柏木林種子雨和種子庫的研究[J];福建林業(yè)科技;2007年04期

9 侯志勇;謝永宏;于曉英;任勃;楊剛;;淡水濕地種子庫的研究方法、內(nèi)容與展望[J];生態(tài)學(xué)雜志;2008年08期

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2 劉貴華;長江中下游濕地的種子庫研究[D];中國科學(xué)院研究生院（武漢植物園）;2005年

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