兴安落叶松树基部受低强度火烧的热胁迫过程及生理响应

Larch (Larix gmelinii), which is the main edificator of Great Xing’an Mountains, has experienced frequent, low moderate intensity fire disturbance, but the physiological changes and mechanism of post-fire tree mortality is still unclear. Based on the background of low-intensity surface fire (75-300 kW∙m-1) that occurred in the natural forest of larch, this research will study the heat transfer process and the post-fire physiological response in tree base. Through treatment and control of fuel reduction, prescribed burning in the fire season of early spring and late autumn, this study will emphasize on analyzing the relationship between the heat transfer process and direct cause of mortalities of cambium and fine roots, then established rate-process models to describe those mortalities; by continuous monitoring of stem cambium division, biomass and starch content of fine root in the growing season within 1-2 years after heat stress, evaluating the long-term physiological response of larch. This study will be an important basis of establishing mortality process model, and will also provide powerful theoretical support for improving the accuracy of tree mortality statistics and developing more scientific procedures of prescribed fire and other practical work.

兴安落叶松(Larix gmelinii)作为大兴安岭主要森林类型的建群种长期受到低强度地表火的频繁干扰，但受干扰后的生理变化及死亡机理尚不清楚。本项研究以兴安落叶松天然林下发生的低强度地表火(75-300 kW∙m-1)为研究背景，着重分析了兴安落叶松树基部在林火中的受热过程及热胁迫引发的生理响应。通过在早春和晚秋防火期内，对树基部进行可燃物清除、控制火烧等组合处理方式，重点探讨形成层和细根受热过程及由此导致的直接死亡，并分别建立相应的速率—过程模型；对热胁迫后2-3个生长季内树干形成层的次生分裂、细根生物量及淀粉含量进行连续监测，以评价兴安落叶松受热胁迫后的长期生理响应。本研究是建立兴安落叶松树木死亡过程模型的重要铺垫，也可为提高其火后死亡率统计的精确度及制定更科学的计划火烧规程等实践工作提供有力的理论支撑。

近几十年，森林火灾已导致大兴安岭森林中的树木大量死亡，兴安落叶松(Larix gmelinii)作为广泛分布在该林区的优势树种长期受到中、低强度林火干扰的影响。但兴安落叶松在这种潜在的热胁迫过程中受到的伤害和生理响应机制目前仍不明确。为了解决与此相关的科学问题，本项目组从2016年开始陆续在大兴安岭林区建立了3组样地，每组样地分为未过火、低强度和中等强度过火3个样地。我们基于这些样地的调查数据分析了林火对针阔混交林中兴安落叶松的影响并得到了一些结论。虽然树皮和地表可燃物的含水率会极大的影响树干的熏黑高度和地表可燃物的燃烧效率这些间接指示火行为参数的指标，但在林火中由于树干形成层被烧伤所导致的兴安落叶松死亡主要取决于树皮厚度这一属性，而非树皮的含水率、相对密度和表面的纹理结构。研究表明胸径小于10cm的兴安落叶松会因其相对较薄的树皮更容易在林火过后死亡。在低强度地表火中，兴安落叶松树基部的腐殖质层不能维持燃烧，因而主要在地表火焰和下层土壤之间起到隔热作用；而在中等强度地表火中，这一隔热层会转化为燃烧热源并导致0-5cm土层中细根的大量死亡。这一功能角色的转换可能主要归因于过火时腐殖质层所受预引燃热量的大小以及此时的可燃物含水率。在低强度火后存活下来的兴安落叶松，其被烧伤位置形成层活性一般会在两年内恢复到之前的水平；而在中等强度火后，兴安落叶松被烧伤的形成层活性恢复的明显较慢。过火后兴安落叶松细根的直接死亡率主要由其在土壤中所处的深度决定，而周围土壤的含水率、灰分含量和密度都是影响其受热过程和死亡的次要因素。此外，兴安落叶松过火后细根生物量会在两年内恢复到火前的70%以上，并且根据推测，细根中的淀粉会被大量转化为可溶性糖以补给养分供应的缺口。本项研究在基础科学领域将有助于增强对火干扰与树木生理交互作用方面的认识，同样也会在应用科学领域为制定更高效的计划烧除方案提供重要的基础数据。