冰雪災(zāi)害是一種極端的自然氣候。在溫帶大部分地區(qū)，冰雪災(zāi)害是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的非生物干擾因子，也是森林結(jié)構(gòu)和組成的主要驅(qū)動因素之一。森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡對于維持我國自然生態(tài)系統(tǒng)格局、功能和過程具有重要意義。冰雪災(zāi)害引起樹木掘根、折斷，產(chǎn)生林窗和大量的林冠殘?bào)w，改變森林中的光照、濕度、水分、溫度等自然環(huán)境，進(jìn)而使森林微地貌、土壤和森林生物群落發(fā)生變化。目前，自然資源的不合理開發(fā)和環(huán)境破壞導(dǎo)致了全球氣候異常，影響森林結(jié)構(gòu)和森林生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間的碳水交換，改變和增大了冰雪災(zāi)害的地域、頻率和強(qiáng)度 。北美地區(qū)東北部的冰雪災(zāi)害核心區(qū)在每50年內(nèi)會發(fā)生冰災(zāi)，森林遭到破壞。我國南北橫跨中低緯度，除了東北3省，冰雪災(zāi)害鮮有發(fā)生，因此對有關(guān)冰雪災(zāi)害的科學(xué)研究較少。2008年初中國南部發(fā)生了50年一遇的冰雪災(zāi)害，持續(xù)時間長，分布范圍大，超過1800萬hm2的森林遭到破壞，涉及了19個省（區(qū)），最深的積冰達(dá)160 mm，對森林生態(tài)系統(tǒng)造成了大規(guī)模的生態(tài)擾動。

土壤條件是決定林分遭受冰害影響程度的因素之一，也是恢復(fù)和重建退化森林生態(tài)系統(tǒng)以及改善受災(zāi)森林的關(guān)鍵所在。在冰雪強(qiáng)度相似的情況下，對2014年中歐南部（斯洛文尼亞）災(zāi)后研究表明，在淺坡地巖石生長的樹木冠層損傷嚴(yán)重，在土壤較深的地方冰載荷可能導(dǎo)致樹木在主要冠層損害發(fā)生前產(chǎn)生根拔。

目前，有關(guān)冰雪災(zāi)害的研究主要集中在樹木損害、森林動態(tài)和恢復(fù)、林下光照水平、植被動態(tài)和再生等方面。冰雪災(zāi)害改變了土壤特性，但罕見其對土壤影響的研究，限制了我們關(guān)于冰雪災(zāi)害對土壤影響的理解。因此，研究冰雪災(zāi)害后的森林土壤性質(zhì)變化，對生態(tài)恢復(fù)和重建具有重要意義，可以為受損森林生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)提供依據(jù)。

1  冰雪災(zāi)害對土壤物理特性的影響

冰雪災(zāi)害初期，林冠層破壞嚴(yán)重，林冠開度增加，雨水被林冠殘?bào)w攔蓄，提高了土壤的持水性能。另外，林冠殘?bào)w作為森林土壤有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)充且自身分解后釋放的養(yǎng)分，有利于團(tuán)聚體的形成，改善土壤的孔隙度和透氣透水性，提高土壤肥力。災(zāi)害后形成大量林窗，提供了更多的光照、水分和熱量，可促進(jìn)凋落物的分解。此外，土壤容重與土壤孔隙度有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系。陳鳳霞等報(bào)道，災(zāi)害降低了土壤容重，使土壤孔隙配比更合理，大幅度提高總孔隙、毛管孔隙和非毛管孔隙；相比小林隙和郁閉森林土壤，非毛細(xì)孔隙度在大林隙土壤中較低，土壤容重則下降。許建新等報(bào)道，與2008年相比，2011年杉木林地土壤容重降低，而土壤毛管持水量、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和通氣孔隙度均升高。整體來說，在冰雪災(zāi)害后的一兩年短時間內(nèi)林地整體的土壤物理性質(zhì)得到改善，有利于林下植物生長。但從長期來看，冰雪災(zāi)害后增加了森林地表和大氣之間的輻射交換，林冠殘?bào)w分解后，凋落物輸入減少，土壤物理性質(zhì)惡化，例如出現(xiàn)土壤緊實(shí)度增加和孔隙度減少。

土壤溫度和濕度對土壤質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。在許多地區(qū)，冰雪災(zāi)害的主要表現(xiàn)為冠層干擾冰雪災(zāi)害對地下環(huán)境的影響相對較小，一般通過冠層擾動產(chǎn)生的林隙來增加太陽輻射和減少植物水分吸收，進(jìn)而改變土壤環(huán)境。因此，土壤表層溫度和水分與災(zāi)害前的郁閉森林有差異。一般而言，林冠受損后引起的太陽輻射增加，提高了土壤溫度，林冠殘?bào)w對雨水吸收及對林地的覆蓋作用顯著增加了土壤含水量，土壤濕度是影響森林幼苗株高的主要因素。因此，災(zāi)害后土壤濕度的增加在一定層度上有利于森林的恢復(fù)。但林隙大小對土壤溫度和水分的影響應(yīng)不明顯。大林隙由于太陽輻射增加和植被覆蓋減少，比小林隙具有更高的土壤溫度和更多的土壤水分蒸發(fā)。另一方面，大林隙葉面積減少引起森林蒸騰速率的下降，導(dǎo)致土壤水分增加。一般認(rèn)為，冰雪災(zāi)害對森林小氣候的影響往往隨著時間的推移而減弱，恢復(fù)到冰雪災(zāi)害前的小氣候所需時間取決于干擾的嚴(yán)重程度和森林植被的恢復(fù)速度。

2  冰雪災(zāi)害對土壤化學(xué)特性的影響

土壤pH值受到太陽輻射的影響。由于太陽直接輻射隨著林隙的增大而增加，有助于提高空氣和土壤溫度，加速森林地表的枯枝落葉分解過程。在凋落物分解過程中釋放出大量的酸性物質(zhì)，從而降低了土壤的pH值。所以，大林隙中的土壤pH值低于小林隙和郁閉的森林土壤。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤質(zhì)量的最重要指標(biāo)，對土壤的化學(xué)和生物學(xué)特性有影響。災(zāi)害后林隙的增加導(dǎo)致透光率增加、氣溫和土壤溫度升高，通過分解和礦化過程可促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的釋放。但是，由于災(zāi)害后森林土壤緊實(shí)度增加，不利于土壤呼吸和空氣流動以及土壤養(yǎng)分累積。不同林隙尺寸的土壤樣地有機(jī)質(zhì)有顯著差異。Scharenbroch等報(bào)道，林隙大小影響土壤養(yǎng)分，因?yàn)榇罅窒锻寥赖V化水平較高，植物吸收減少，可溶性養(yǎng)分增加，雨水淋洗造成的養(yǎng)分損失大于郁閉森林的土壤。Muscolo等發(fā)現(xiàn)，中等林隙、大林隙、郁閉森林與小林隙相比，其光透射率和土壤溫度較高，而有機(jī)質(zhì)含量較低。Xu等報(bào)道，冰災(zāi)通過光照強(qiáng)度對不同尺寸林隙的氣溫、水分和土壤溫度的影響具有差異性，但都促進(jìn)森林地面的分解過程，導(dǎo)致杉木林土壤有機(jī)物含量高低排序?yàn)橛糸]森林>小林隙>大林隙。SanClements等報(bào)道，大林隙中的林冠殘?bào)w的新鮮針葉數(shù)量增加，加速了凋落物分解，隨后新鮮針葉減少，導(dǎo)致大林隙中的有機(jī)積累減少。因此，在災(zāi)害后幾年中，大林隙中的土壤有機(jī)質(zhì)損失可能大于小林隙。這是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)對大、小林隙和郁閉森林土壤礦化過程的敏感性不同，即林冠殘?bào)w的碎屑中有大量的綠色針葉，其非木質(zhì)素的有機(jī)成分比正常的凋落葉更豐富，容易通過雨水淋洗而流失或者微生物快速代謝，因此分解速度更快。此外，坡度產(chǎn)生的土壤表面侵蝕可以造成土壤有機(jī)質(zhì)減少。

在冰雪災(zāi)害期間，樹木枝葉上形成的冰柱逐漸加大，當(dāng)林冠的冰凍負(fù)荷過大時，易引起大量的枝干折斷，造成林冠殘?bào)w覆蓋林地；同時根拔產(chǎn)生的大量倒木，為森林生態(tài)系統(tǒng)提供了更多的額外養(yǎng)分輸入，影響森林的養(yǎng)分循環(huán)。冰雪災(zāi)害短期促進(jìn)了林冠和樹干殘?bào)w以及凋落物的分解與養(yǎng)分釋放，土壤全N、全P和全K、堿解N和速效P含量大幅增加，這得益于大量非正常凋落物和樹干殘?bào)w的分解，而速效K含量由于雨水淋洗而減少。Houlton等報(bào)道，1997年1月份美國新英格蘭哈伯德布魯克森林發(fā)生冰雪災(zāi)害后，林隙太陽輻射的增強(qiáng)刺激了微生物分解（礦化）和隨后因硝化作用產(chǎn)生的N超過生物的需求，加上樹木受傷降低了根系對NO3 –的吸收，受害林分土壤溶液的NO3濃度升高，對N循環(huán)產(chǎn)生擾動。原因可能是在生長季初期，高C/N的枯枝落葉增加導(dǎo)致土壤微生物對N的固定增強(qiáng)。但到了8月份，受損害樹木對N的季節(jié)性吸收量減少，加上土壤可溶性N充足，導(dǎo)致N在土壤中隨水分下滲，以及森林土壤下層的NO3-濃度升高。此外，土壤溶液硝酸鹽、全N和全P流失隨著林隙的增大而增加。

3  冰雪災(zāi)害對土壤生化特性的影響

作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成之一，土壤微生物與森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動、生物地化循環(huán)過程以及生態(tài)系統(tǒng)功能維持有密切關(guān)系。冰雪災(zāi)害改變了喬木的冠層結(jié)構(gòu)，土壤理化性質(zhì)發(fā)生了大幅度變化，增加了土壤緊實(shí)度，不利于土壤呼吸和空氣的傳導(dǎo)以及土壤養(yǎng)分的累積，從而降低土壤微生物功能多樣性和種群數(shù)量。微生物對外界環(huán)境變化的反應(yīng)比植物和動物更敏感。森林土壤養(yǎng)分和肥力的提高，可以促進(jìn)微生物代謝，有利于增加微生物功能多樣性。Chen等報(bào)道，土壤肥力低的桉樹林土壤微生物群落的C代謝功能較低。Lagerlöf等研究發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分的增加有利于提高微生物多樣性。Tian等也報(bào)道，土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的減少降低了土壤微生物群落的代謝多樣性。此外，土壤水分也影響微生物多樣性。Bossio等研究發(fā)現(xiàn)，微生物代謝多樣性與土壤水分含量之間存在著顯著相關(guān)性，因?yàn)橥寥篮拷档涂赡軙p少碳水化合物和羧酸等C化合物的利用率。在冰雪災(zāi)害之后，林隙大小對土壤微生物多樣性起著關(guān)鍵作用。林隙大小決定光照的分布和強(qiáng)度，可改變土壤溫度和土壤水分等微氣候，進(jìn)而影響土壤微生物群落。區(qū)余端等報(bào)道，冰雪災(zāi)害后形成的大林隙，其土壤微生物群落的豐富度、多樣性和均勻度都低于小林隙的；土壤微生物功能多樣性也低于后者。原因是大林隙太陽輻射增大導(dǎo)致氣溫和土壤溫度的升高和波動，加快了土壤水分蒸發(fā)，降低了土壤水分含量，不利于土壤微生物活動，從而降低了土壤微生物群落的代謝活動。小林隙因?yàn)橛懈蟮目臻g異質(zhì)性、下層植被多樣性以及下層植被提供了多樣化的凋落物和根系分泌物，有利于增加土壤微生物的多樣性。

土壤酶對維持森林土壤有機(jī)物形成和營養(yǎng)循環(huán)起著重要的作用，是影響土壤質(zhì)量的重要因素。土壤生態(tài)系統(tǒng)中的酶活性水平隨有機(jī)質(zhì)含量、生物活性和生物過程強(qiáng)度而變化。由于林冠折損引起林地光照和溫度變化幅度大，導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量減少，從而降低脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性。此外，土壤酶活性對不同林隙土壤的響應(yīng)不同。Xu等報(bào)道，災(zāi)害3年后的杉木林小林隙與郁閉森林土壤的酸性磷酸酶、脲酶或過氧化氫酶活性之間沒有顯著差異，而大林隙中土壤有機(jī)質(zhì)含量低導(dǎo)致脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性顯著下降。此后，由于林冠逐漸郁閉、樹木恢復(fù)生長加快，根系分泌物增加及微生物日趨活躍，土壤酶活性有所提高。

4  研究展望

隨著全球氣候變暖，雨雪冰凍災(zāi)害等自然干擾的發(fā)生頻率隨之增長，且由于大多數(shù)雨雪冰凍災(zāi)害發(fā)生的偶然性和難以預(yù)測，通過加強(qiáng)冰雪災(zāi)害后的森林修復(fù)研究，掌握雨雪冰凍發(fā)生的機(jī)制，提出相應(yīng)預(yù)防措施及災(zāi)后恢復(fù)措施非常重要。今后的研究熱點(diǎn)如下：

1）關(guān)于冰雪災(zāi)害后的森林恢復(fù)研究目前主要集中在造林方面，對生長中的林分結(jié)構(gòu)特征，如林木受害程度和特點(diǎn)、樹種豐富度以及樹種組成等也進(jìn)行了較多的研究。對于冰雪災(zāi)害引起的土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的變化，例如冰雪災(zāi)害后的養(yǎng)分循環(huán)、土壤微生物的變化等研究較少。加強(qiáng)災(zāi)后森林養(yǎng)分循環(huán)和土壤微生物以及森林土壤修復(fù)的長期研究非常必要，以期為加快受損土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和提高森林的恢復(fù)速度提供經(jīng)營參考。

2）對于冰雪災(zāi)害后的森林調(diào)查目前局限于零散的受災(zāi)林地，所得到的數(shù)據(jù)系統(tǒng)性差。3S（遙感技術(shù)RS、地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS）技術(shù)的出現(xiàn)為森林資源現(xiàn)狀的測量以及森林動態(tài)系統(tǒng)變化的監(jiān)測等提供了更為方便快捷、簡單有效的手段，可以用于監(jiān)測和估算受災(zāi)前后森林生物量、生產(chǎn)力、蓄積量等的動態(tài)變化。將生態(tài)系統(tǒng)尺度與景觀尺度（樣地調(diào)查與3S）相結(jié)合，是未來對受災(zāi)森林快速評估研究的方向之一，可以為災(zāi)后森林系統(tǒng)的恢復(fù)提供依據(jù)。

3）目前的調(diào)查一般都是以受災(zāi)嚴(yán)重的一些林分為對象進(jìn)行研究，調(diào)查方法和指標(biāo)各異，尚無統(tǒng)一的能夠準(zhǔn)確評估森林災(zāi)害的指標(biāo)體系和準(zhǔn)則。所得數(shù)據(jù)雖然有一定的參考價值，但是難以反映大面積受災(zāi)林分的規(guī)律。因此，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法將相關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，選擇最有效而重要的指標(biāo)，建立和完善受災(zāi)森林生態(tài)系統(tǒng)評估體系是今后研究的主要方向之一。

4）目前，缺乏復(fù)雜的建模技術(shù)來準(zhǔn)確預(yù)測森林土壤恢復(fù)特性。需要通過建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模擬方法預(yù)測環(huán)境變化對森林土壤恢復(fù)的影響，以達(dá)到對森林土壤恢復(fù)進(jìn)行動態(tài)定量化研究。由于模型的復(fù)雜性，需要開展生態(tài)學(xué)、應(yīng)用生態(tài)學(xué)、計(jì)算機(jī)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)。

5）加強(qiáng)土壤微生物群落、土壤呼吸和土壤理化性質(zhì)相互關(guān)系和作用機(jī)理的研究，找出主導(dǎo)因子并進(jìn)行調(diào)控，可以豐富和完善森林系統(tǒng)恢復(fù)的理論和指導(dǎo)森林管理。

6）建立以森林生產(chǎn)力、森林種群動態(tài)、土壤理化性質(zhì)、微生物群落為基本因子的生態(tài)修復(fù)模型，結(jié)合計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，以預(yù)測冰雪災(zāi)害后的森林恢復(fù)過程。

7）土壤種子庫反映了森林群落未來的發(fā)展?jié)摿Γ@在很大程度上決定了植物群落發(fā)展的進(jìn)度和方向。加強(qiáng)冰雪災(zāi)害后森林群落土壤種子庫研究，對于災(zāi)后森林系統(tǒng)的恢復(fù)非常重要。