原始研究的文章

前面。对。水珠。改变,2022年11月16日
秒。人们和森林
卷5 - 2022 | https://doi.org/10.3389/ffgc.2022.882551

塞拉多恢复对季节性土壤水文特性的影响和见解在砍伐森林和气候变化的影响情况

Luara Castilho佩雷拉 ¹

莱昂纳多Balbinot¹

欧内斯特·o·Nnadi²

Mojan哈迪Mosleh ³

凯利克里斯蒂娜但是托内罗 ^{1 *}

¹研究小组在森林生态系统水文,环境科学,联邦圣卡洛斯大学索罗卡巴,巴西
²中心农业生态学、水和弹性(CAWR),考文垂大学,英国考文垂
³曼彻斯特环境研究所,曼彻斯特大学,曼彻斯特,英国

了解土壤指标在森林恢复本质上是更好的理解为节水生态系统功能的恢复。本研究的目的是评估季节性变化在沙质土壤水文特性受到被动恢复/ 8 (F8), 11(季),46年的塞拉多(F46)。此处土壤评估土地利用历史和气候条件相同。土壤密度(SD)、湿度(SM)、有机物(SOM),抗渗透(SRP),渗透速率(IR)和土壤电导率(K)测量了12个月,和抵抗性指数(RI)获得在旱季。一些年度土壤水文特性差异基于被动恢复网站观察,但其他属性的差异只注意到通过季节性分析。更高的SM、IR和K值被记录在雨季,和更高的SRP值观察在旱季。红外F8高出大约四倍和三倍在季和雨季F46高于旱季。红外最古老的恢复网站和低价格高(60%以上)最小的恢复网站,这也显示更高的国际扶轮。因此,显著差异在几个水文土壤属性和森林恢复土壤受到评估chrono-sequence证实了研究假设,即:这些属性是影响森林的年龄和是一个警告气候变化对森林砍伐和场景。水文属性可以是一个缓慢的恢复过程,比森林砍伐的要慢得多,这可以产生严重的影响,因为土壤地下水涌水量与维护。 Therefore, improvement of hydrological properties can help to develop sustainable land management and better and more efficient soil conservation strategies for sites undergoing passive restoration such as the Cerrado.

介绍

森林覆盖地球表面的31%,但是他们不是均匀分布:超过一半的这个数量只分布在五个国家(俄罗斯、巴西、加拿大、美国和中国)(联合国粮食及农业组织(粮农组织),2020 b)。虽然森林地区的净亏损大幅减少了自1990年以来,森林砍伐和森林退化继续以惊人的速度,这导致了重大生物多样性损失(迪亚兹et al ., 2019;联合国粮食及农业组织(粮农组织),2020年;Pascual et al ., 2021)。森林损失根据世界不同地区的司机(西摩和哈里斯,2019年),而森林面积增加可以通过自然森林扩张发生在废弃的农业用地,例如,或通过植树造林(包括自然再生)或绿化(Chazdon et al ., 2020)。联合国已经宣布2021年和2030年之间的时间间隔作为生态系统的恢复(十年联合国,2020),现在它是至关重要的也仔细考虑水文方面的恢复。这些行动包括优先在世界不同地区的政府目标。在全球层面,世界上93%的森林地区代表自然再生森林和7%由种植森林(联合国粮食及农业组织(粮农组织),2020年)。因此,一些努力专注于恢复生态系统功能和服务(霍尔和助手,2011)。

除了动植物生物多样性丧失、砍伐森林对气候变化的影响,例如在降雨模式(强度/时间),温度和气体有限公司₂,CH₄蒸汽,例如),同时退化的土壤属性,相关,反过来,渗透能力(最大速度在任何给定的条件是能够吸收土壤水)和水存储(总量的水储存在土壤中的植物的根区)。土壤覆盖层,主要的植被往往诱发渗透增加,主要是在砂质土壤,是一个重要因素相关水文属性(埃尔德里奇,2001;Lichner et al ., 2010)。因此,森林砍伐/恢复对水文过程具有重要影响;然而,土壤仍然没有得到充分的研究(Lozano-Baez et al ., 2021;Zema et al ., 2021 a在世界各地的大多数修复程序。

森林恢复提供了好处,但它的速度很大程度上取决于森林退化的水平,土壤类型和残余植被(Chazdon 2008;Lopes et al ., 2020;Zema et al ., 2021 a)。事实上,应该强调,有两种基本策略促进经济复苏的砍伐和退化的热带土地:主动和被动恢复。积极恢复就是种植种子或种苗等管理技术实现,和被动恢复时不采取行动除了减少环境压力如农业或放牧(莫里森和Lindell, 2010年)。除了评估生态修复指标随着时间的推移,有必要包括森林土壤和水文指标恢复项目,了解这些过程有助于土壤恢复和保护水资源。土壤水文特性不是静态的,它们随时间变化的。

水文特性的表面土层调节渗透,即。,water entry into the soil through the soil surface—this process is ruled by gravity and capillary action (Fatehnia 2015)。任何扰动土层会影响其属性和不同的行为属性在后期(Kargas et al ., 2016)。渗透表明土壤允许水位移的能力,并通过土壤剖面。rainfall-groundwater率的关键过程,起着核心作用的水文周期(布鲁斯和悬疑类,1956年;苏et al ., 2017)。

几个因素,如降水强度和持续时间,前期土壤水分、土壤质地、植被和土地利用,影响水渗透到土壤的能力(王et al ., 2012;销售和德佳,2017年)。此外,树的年龄可能是一个关键因素影响森林土壤的功能和结构,从而影响土壤水文,自从老森林一个成熟和稳定的土壤,从而导致高孔隙度、丰富的有机质含量,广义微动物区系(Lucas-Borja et al ., 2016;Zema et al ., 2021 a)。此外,在土壤水文季节性变化起着重要的作用。入渗率随时间变化的季节气候定义为对比;这是因为前期土壤水分入渗的影响(Cerda先生,1996)。例如,疏水性是土壤斥水性现象导致土壤湿润困难(Vogelmann et al ., 2013)。它不是一个静态土壤性质(Alagna et al ., 2017;Lichner et al ., 2018),它往往是更多的极端干燥土壤中,但它下降并最终消失,当土壤弄湿(Orfanus et al ., 2014;Alagna et al ., 2017)。然而,土壤水分/疏水性协会是复杂的(杜尔et al ., 2000)。植被和土壤水文性质之间的联系已被证明在一些研究(埃尔德里奇,2001;Lichner et al ., 2007;内里et al ., 2013;格林伍德,做仆役长2014;吴et al ., 2016;Alagna et al ., 2017;高et al ., 2018;佩雷拉et al ., 2021)。被动恢复是指人为活动的取消允许自然或无助的森林恢复(霍尔和助手,2011)。我们所知,没有研究涉及的可能影响被动恢复土壤水文特性的动力学在巴西塞拉多。

塞拉多有许多特有的物种,被视为全球生物多样性热点而被高度受到农业扩张的威胁(Mittermeier et al ., 2000;迈尔斯,2003;科利et al ., 2020)。它占25%的巴西领土和连接四个五个巴西的生物群落。塞拉多导致水含水层的补给,这是一个最大的和最重要的饮用水储备南美洲南部(雷特,里贝罗,2018;Mendonca科斯塔,2018;Sindico et al ., 2018)。因此,它为一些国家具有战略价值,主要是那些面临增加水短缺危机对水资源管理流程(场景是一个挑战雷特,里贝罗,2018)。然而,在面对砍伐森林加剧,只有20%的塞拉多仍然完好无损。2021年,砍伐森林-500537公顷森林遭砍伐的塞拉多增长20.2%,与416556年的2020 (MapBiomas 2022)。一项决议最近创建的国际自然保护联盟(世界自然保护联盟,2020)警告机制需要保护塞拉多,致力于保护生物多样性,气候调节,原生植被恢复。

评估网站位于私人自然遗产保护区(RPPN),阿瓜Perenes森林(常年水森林)。营林措施和被动的实现在塞拉多后进行恢复桉树sp.取消在2006年,当该网站成为专门致力于自然保护和流域保护。这使得调查的土壤水文属性模式在其他被动恢复网站,因为他们有相同的土地利用历史和气候条件。本研究旨在评估在沙质土壤水文特性的变化受到被动恢复阶段的塞拉多站点进行干燥和潮湿的时期。研究推测,土壤水文属性是影响森林的年龄。不同的土壤密度水平,土壤水分,抵抗渗透,土壤有机质、渗透速率、导水率和土壤斥水性。本研究:(i)量化土壤水文特性在不同被动恢复年龄在巴西塞拉多;(2)量化的可能影响干燥和潮湿季节条件对土壤水文特性;和(iii)简要讨论了水文恢复的影响和可能的变化在塞拉多,森林砍伐和气候变化情景。

材料和方法

这项研究是在阿瓜Perenes森林,这是一个私人保护区的自然遗产(PRNP) Brotas县位于巴西圣保罗(22°11.754′年代和48°6.523′W,海拔647米)。在2011年,它被指定为高保护价值森林的森林管理委员会因为它提供了基本的环境服务,如流域保护。PRNP塞拉多区域的面积超过809公顷,及其phytophysiognomy列为二级塞拉多植被篇美国(树木覆盖30%以上的地面,但大量的草生长在开放稀树大草原)Cerradao(关闭林地草原没有草覆盖)(捕鼠者et al ., 1997;Oliveira-Filho叛徒,2002;Durigan et al ., 2012)。公告类型的气候Brotas县(Koppen /盖革的分类),这意味着年降水量达1337毫米,年平均温度是20°C (INMET 2018)。Quartzarenic Neosol盛行作为最常见的土壤类型(桑托斯et al ., 2018)。

这项研究是在三个森林网站在不同被动恢复阶段:网站(F46)——片段受到长达46年的修复,site B(季)——片段受到11年修复,和站点C (F8)——片段受到8年恢复但主要由草(图1)。三个样本单位(400米²每个)位于10米在每个片段彼此远离。每个站点的总面积采样1200米²。降雨,净降水(净降水量和树干茎流),渗透速率测量每个月在旱季(2018年5月至2018年9月),在雨季(2018年10月到2019年3月)。我们的假设是,土壤的状态相似的三个恢复网站在以下方面:(i)他们相似的气候和地质条件下进化,(ii)母质Quartzarenic Neosol明显桑迪纹理,和(3)它们有相同的土地利用历史(表1)。

图1

图1所示。在巴西含水层的扩展(一)在圣保罗,Brotas位置状态(B),研究区位置(F8、季和F46)私下里自然遗产保护区(RPPN),阿瓜Perenes森林(C)。

表1

表1。意味着特性初始(F8, F11)和高级(F46)被动恢复森林。括号中的值是标准错误。

降雨、净降水量和树干茎流场采样和存储

降雨测量三个雨站附近的仪表安装,或网站,互相之间的最大距离30米。降雨或降水(P,毫米),计算了基于雨量计体积的比值(V, L)和雨量计开(排水和20厘米高78.5厘米)。净降水量(TF,毫米)——部分降雨滴通过缺口或从树冠表面(但是托内罗et al ., 2021 b)——以24固定雨量计收集器位于森林地面1.20米之上,在每个站点。类似于降雨,净降水量计算基于雨量计体积的比值(V, L)和雨量计开区(A, m²)。

树干茎流代表了一部分降雨那流树茎(但是托内罗et al ., 2021 b)和测量基于胸高直径的186棵树(胸径,1.3)> 5厘米。这是测量通过聚氨酯排水沟系统基于的方法把和伊顿(1970)和固定从地面1.30米。水排水通过阀杆表面由5/8英寸软管20 L收藏家。树干茎流率(科幻,毫米)计算了考虑累积量之间的比率的收藏家(V, L)和皇冠区域(CA, m²)。最后,净降水(NP, mm)是计算净降水量的总和(TF, mm)和树干茎流率(科幻,毫米)。

土壤特性

土壤密度和土壤水分计算从三个随机样本中收集的每一个情节(n= 9样品/网站)的金属体积戒指(100厘米³)用于获得不失真样品(完整采集的土壤样本中从地面以下),和自己的体重测量精度范围内。这些属性通过热重法测定(Guariz et al ., 2009;“巴西农业研究公司”,2017年),它包括重量采集的新鲜和干鲜质量(24小时后)强制循环烤箱,在105°C。土壤密度(SD, g厘米³)是通过干土质量的比值(Ms, g)和环体积(V, m³)。土壤水分(SM, %)重量分析地测量并表示为一个百分比的土壤水在干燥土壤重量(g)。

土壤有机质(SOM)测定的方法美国约曼公司和Bremner (1988)。土壤渗透阻力(SRP, MPa)测量与数字福尔克PLG1020 Penetrograph配备这三重复实验计算每个情节,共有9个测量每个片段。SRP数据深度分为六类:1 - 10厘米;11日至20日厘米:21 - 30厘米;31-40厘米;每周厘米;和51-60厘米。

小型磁盘渗透计(MDI) (十边形装置,2013)是用于更好地理解每个被动恢复站点的渗透特性的变化。渗透样本收集monthly-it指望三重复在每个情节,总共九个独立样本(随机)在每个站点和月。吸水率为2.0被考虑的沙质土壤研究网站(佩雷拉et al ., 2021)。渗透计放在土壤表面在时间为零,确保固体接触土壤表面。渗透进入土壤的水量被记录在记录一个时间函数表。这个过程被重复0.5厘米的吸头,MDI中设置。累积渗透(我厘米)得到渗透水量除以面积水渗入。收集到的数据符合两届方程用来描述渗透下磁盘渗透计(方程1)。常量的值C₁和C₂获得的(张,1997):

我 = C_{1} t + C_{2} \sqrt{t} (1)

在哪里我累积渗透(cm)和吗t(分钟)时间。

土壤渗透系数(K)厘米¹)是基于方程计算2:

K \frac{C_{1}}{一个} (2)

在哪里C₁是累积渗透的曲线斜率与时间的平方根;一个是范Genuchten价值相关的参数设置为给定的土壤类型的吸水率和半径渗透计磁盘。一个从方程计算3、4如下:

一个 \frac{11.65 (n^{0.1} - - - - - - 1) 经验值 (2.92 (n - - - - - - 1.9) α h_{0}]}{{(α r_{0})}^{0.91}} n \geq 1.9 (3)

一个 \frac{11.65 (n^{0.1} - - - - - - 1) 经验值 (7.5 (n - - - - - - 1.9) α h_{0}]}{{(α r_{0})}^{0.91}} n < 1.9 (4)

在哪里n和α是范Genuchten土壤参数(Carsel帕里什,1988),r₀是磁盘半径,和h₀是在磁盘表面吸。

土壤抵抗性被发现是最极端的土壤干燥时,下降,或者,最终消失,随着土壤湿(杜尔和托马斯,2000年;高et al ., 2018)。抵抗性指数(RI)数据是基于测量在旱季,有三个复制每个情节在每个站点(n = 9)。国际扶轮决心需要两个sorptivity (S)值:一个对水,另一个用于乙醇。乙醇是不会受到抵抗性,因为它的非极性特性,它提供了一个较低的接触角与疏水表面和液体的运输提供了措施(Vogelmann et al ., 2013)。Sorptivity流过程的一个组成部分;它与渗透由毛细管力。它是用来测量液体运输土壤中,因为它是不会受到疏水性和孔隙结构的代表(Orfanus et al ., 2014)。因此,疏水性是评估通过比较水和乙醇的sorptivity值。国际扶轮的测试进行了基于sorptivity 95%乙醇和水(Lichner et al ., 2007从渗透获得),这是记录在两个渗透计。装满水的渗透计是在上下两院在同一测量低网站,一个充满了95%乙醇。同时设置应用压头2厘米,以减少大孔隙流和MDI的磁盘直接放在土壤表面,这是以前被夷为平地,通过使用少量(2毫米)收集的土壤渗渗透点附近。累积渗透(I)是绘制曲线斜率在很短的时间内,sorptivity水(S_w)和乙醇(S_e)测量时间的平方根成正比。内在sorptivity排斥性指数(SWR)所描述的计算Tillman et al。(1989)基于方程5:

年代 W R 1.95 * \frac{年代 e}{年代 w} (5)

,年代_e和S_w分别决定sorptivity乙醇和水。

数据分析

年度和季节性互惠关系土壤属性和被动恢复网站进行评估通过结合统计技术。首先,SD的年平均价值,SM, SOM, SRP,红外,K比被动恢复网站。然后SD, SM, SOM, SRP,红外,K合并成两个数据集(标记为“雨”和“干”)和统计分析被动恢复网站为了评估季节性。的Kolmogorov-Smirnov test-Lilliefors测试(“lillie.test“函数”,北“Bartlett测试(包),”bartlett.test“函数”,统计数据“包)应用于评估同方差性使用R软件(R发展核心团队,2018年)进行统计分析。方差分析(“自动阀“函数”,统计数据“包)是应用于正常的数据使用图基测试(“TukeyHSD“函数”,统计数据“包)以5%的概率水平的土壤水文特性进行了分析被动恢复网站。数据不满足方差分析的假设受到非参数测试(“克鲁斯卡尔-沃利斯kruskal.test“函数”,统计数据“包)。所有数据都表示为平均值±标准错误。主成分(PCA)进行多元统计分析,发现变量之间的相关性评估被动恢复网站。

结果

总降雨量记录调查期间是936.7毫米- 29%在旱季(268.3毫米)和71%(668.4毫米)在雨季。F46到记录净降水(NP =净降水量+树干茎流)的894.6毫米¹和824.1毫米¹分别;值低于降雨量分别为4.5和12%。NP是类似于F8降雨。没有NP在季节差异网站(表2)。最高的NP在F46记录从一月到三月,11月,2月,3月到和F8。5月和12月记录NP值最低的三个网站。没有沉淀在6月和7月图2)。

表2

表2。土壤属性的季节性初始(F8, F11)和高级(F46)被动恢复森林。

图2

图2。月降水和平均温度模式在研究期间(一)和净降水(B)从2018年5月到2019年4月。被动恢复网站接受46 (F46), 11(季),8年(F8)。阿瓜Perenes森林,巴西。

年度差异被动恢复网站的土壤水文参数(SM, SOM, IR) (图3)。与SOM,唯一的变量,在三个不同的网站(p值< 0.05),年平均SD和K是相似的。季和F46显示类似的值年平均SRP和红外(p值> 0.05),SM和F8到显示出类似的值(p值> 0.05)。

图3

图3。年度土壤密度(SD),土壤水分(SM)、土壤阻力渗透(SRP),土壤有机质(SOM)、渗透(IR)和土壤电导率(K)。

这些网站更明显的季节差异评估(表2)。F11 SD / F46显示差异,SM和SOM在雨季;除了SD,另两个变量在F46更高。SRP和IR值在季和F46相似。另一方面,F8显示最低的红外光谱和SD和SRP值最高的雨季,然而,这是类似于SD季,SM和SOM。尽管K之间的相似性网站,记录为F8 K值40 - 27%低于F11 F46,分别在雨季。没有差异,NP、SD和K在旱季。相似之处被发现在SM、SRP和红外光谱、季和F46。SM和SWR不同网站(p值> 0.05)。在这种情况下,SM从F8 F46增加,而从F8 F46 SWR下降。

分析季节的影响被动恢复网站显示更高的SM, IR,和K值在雨季,和更高的SRP值在旱季。红外F8高出大约四倍和三倍在季和雨季F46高于旱季。同样,K在F8到高四倍,在F46高出六倍,在雨季。除了SM、IR和K, SOM也明显高于F46在旱季。Kmax在所有网站2月观察;在网站级别如下:F46 >季> F8。零K观察值在F46四个月(5月,6月,7月和8月),在三个月内在F8(5月、6月、1月),而且只在一个月到(6月)(补充图1)。

入渗率较高的雨季在所有网站(图4)。渗透速率值记录季节期间F46更高的第一秒,仍然关闭F11。此外,F8总是记录最低的渗透速率(初始/最后一个),大约十二倍低于F46在雨季(表2)。

图4

图4。平均入渗率(mm h^{- 1}在干(一)和多雨的(B)季节的F8、季和F46被动恢复网站。垂直的酒吧是标准错误。

对于抵抗性指数,积累渗透与乙醇高于与水(图5一个在所有网站)。乙醇和水之间的振幅下降从F8到F46,即。,thelargest amplitude was recorded for F8 and the lowest one for F46. In other words, F46 has lesser hydrophobic soil in the driest season, as can be seen in the proximity between the water and ethanol infiltration curves. This is emphasized in图5 b,意思是排斥性F8 > F11 > F4。排斥性在F8 93%和75%高于F46季,分别。然而,季的排斥性和F8减少从第一区间(60)F46相比,显示一个常数排斥性指数在时间。

图5

图5。与水和乙醇积累渗透(一)和疏水性(B)首次(F8, F11)和高级(F46)被动恢复森林。

因此,基于主成分分析、IR和SOM最关键的参数是在F8年度评估;SM和NP相关的雨季;和红外、SM和SRP旱季(补充表1)。季,K, SM和SRP最重要的年度评价;SD、K和SM是相关的雨季;旱季和SD和SM (补充表2)。K, SD, SM最关键参数F46年度评估;K, SM和SRP相关的雨季;SOM, SRP和NP旱季(补充表3)。

讨论

土壤水文特性和演替过程之间的相互作用的变化对森林植被动力学(Zema et al ., 2021 a,b),这反过来应对季节性模式(Zhang et al ., 2014;诺丁汉et al ., 2015;奎罗斯et al ., 2019)。因此,这样一个森林结构和功能的复杂性可以诱导litterfall高,养分含量,土壤有机质积累在森林地面(Lucas-Borja et al ., 2016;佩雷拉et al ., 2021)。此外,森林的结构和功能影响降雨分区,以及可以经由净降水量和树干茎流的元素从土壤atmosphere-canopy-stem系统(Bessi et al ., 2018 a;但是托内罗et al ., 2021 a);这个过程也会影响水调节功能(Bessi et al ., 2018 b;佩雷拉et al ., 2021)。

结果表明,季节性和恢复河流级护卫舰年龄是重要的土壤水文属性。年平均SOM,例如,显示三个站点之间的显著差异,但详细分析基于季节表明F8到相似的雨季。相同的分析可以应用SM,显示在年平均相似性F8到,但彼此之间的差异在雨季。

SM最高记录为最古老的被动恢复站点可以解释SOM含量最高的土壤(在F8到大约高出40%),这反过来,来自最高的树的花冠。因此,树木的冠可以减少直接辐射和风速附近地面,从而减少水耗在这种环境下由于蒸散过程(但是托内罗,特谢拉球场,2011;Liuzzo et al ., 2016;安德森et al ., 2017;加特纳et al ., 2019)。树根和增强土壤有机质(从垃圾输入)改善土壤结构,提高聚合稳定性(车奴et al ., 2000;迪瓦恩et al ., 2014),促进动物区系的活动。因此,它们会导致更高的大孔隙度和创建首选途径绕过多少水迅速渗透的土壤基质(Bargues Tobella et al ., 2014)。此外,这些特性将占低密度,低SRP,和更高的潜在土壤入渗速率。红外光谱差异反映在低SRP,因为它促进了水的渗透,这有助于减少森林土壤径流发电能力。根据结果,每个季节决定一个重要SRP和红外评估模式在所有网站,例如低SRP和更高的红外光谱。SRP减少由于恢复增长年龄和红外F8 F46观察网站之一。尽管年轻的被动恢复显示最低的渗透速率,它被认为是“高”在旱季和雨季的“非常高”季和F46 (Bernardo et al ., 2008)。

季节之间的这种渗透速率的差异也与土壤抵抗性指数。等各种特征可以影响斥水性土壤水分,不同种类的植物产生不同的两亲性分子(可能形成聚合或胶束在水里),和沙土,极其容易成为防水处理(Lichner et al ., 2010)。渐进的森林地面润湿和矿物质的土壤表面的视野受到连续降雨减少疏水性;具体地说,他们促进水渗透和润湿过程(内里et al ., 2013)。森林地面的影响类型的水渗透和润湿可能产生重大影响土壤水分的政权,在当前的研究中观测到的。在旱季减少SM导致所有站点的排斥性指数增加。沙土(如评估网站),特别容易受到斥水性经过长时间的干旱和高温时期(Orfanus et al ., 2014)。这一发现证实了其他研究(这些德克和Ritsema, 1994;杜尔和托马斯,2000年;拿来et al ., 2016)。土壤斥水性表达当水分下降利率低于临界含水量;从理论上讲,这一过程的结果疏水材料涂层土壤颗粒(Bayad et al ., 2020)。排斥性可能发生在一个广泛的土壤质地(沃利斯et al ., 1991;Deurer et al ., 2011),但沙土更容易涂层疏水材料由于沙粒的小面积(沃利斯和霍恩,1992)。当土壤湿度过低在干燥过程中,其极性基团再结合和通过氢键相互作用,这迫使分子回到位置:极性头得到附加到矿物表面和外向型非极性尾部导致疏水性重建(德克和Ritsema, 1994;杜尔和托马斯,2000年;Bayad et al ., 2020)。大部分的水被毛细血管吸收土壤基质的潜力当它应用于干燥的土壤。毛细力主导初始入渗过程;然而,随着渗透,重力主导(Minasny和做饭,2011)。基于这项研究的结果,与被动恢复年龄乙醇渗透速率降低;这发生在容易渗透这种液体的固体和液体之间的零接触角阶段。另一方面,水渗透从F8 F46增加,这种行为指向基于塞拉多恢复土壤抵抗性的下降。提出的阈值Iovino et al。(2018)指出,最年轻的被动恢复(F8)显示严重防水处理土壤(RI = 53.5),强大的防水处理土壤在季(RI = 13.3),和温和的防水处理土壤中最古老的被动恢复(RI = 4.8)。

SOM排斥性感应的一个重要原因;许多研究试图建立抵抗性之间的关系,在全球森林SOM (Ellerbrock et al ., 2005;桑托斯et al ., 2016;Alagna et al ., 2017;高et al ., 2018;Lichner et al ., 2018)。显著的积极的抵抗性之间的关系和SOM一般文献中报道(Martinez-Zavala Jordan-Lopez, 2009;Mehrnoosh et al ., 2013;Olorunfemi Fasinmirin, 2017;高et al ., 2018;Plaza-Alvarez et al ., 2018)。然而,研究证明,并不是所有的有机物质成分是水repellent-it取决于植物物种,垃圾成分(分解),在一些特定物质的积累(如脂肪族碳氢键组)和有机物的分子结构(Capriel et al ., 1995;McKissock et al ., 2003;高et al ., 2018;Zema et al ., 2021 a,b);因此,影响疏水性有机物的数量和类型(Martinez-Zavala Jordan-Lopez, 2009)。基于这些发现在这项研究中,抵抗性越高,SOM越低。因此,尽管年长的被动恢复记录土壤中有机质含量高于其他评估网站,它还记录渗透速率更高,更大的湿度,和更低的疏水性(和,“碳足迹”约11倍三倍低于F8到,分别)。结果为混交林站记录表明,土壤导水率可以预测如果有机质,沙子,和粘土含量在土壤中被评估,而土壤斥水性结果从几个水文和理化参数(Zema et al ., 2021 b)。

这些结果是非常有趣的ecohydrology时,因为它们表明,植被和被动恢复年龄影响土壤水文特性在时间和季节尺度上,在相同的土壤和气候类型。值得注意的是,主成分分析表明,土壤水文性质之间的相关性特定于每个站点和季节。

影响到塞拉多砍伐森林和气候变化的场景

降雨模式的变化(数量、强度和频率)和其他形式的降水是最关键的因素之一确定气候变化对不同地区的总体影响(联合国粮食及农业组织(粮农组织),2015年;世界气象组织(WMO), 2020年)。证据表明,(潮湿的地区可能会变得更潮湿Kumar et al ., 2013),但细节湿润的多少,这在当地范围内的影响,更难以确定(Kohnova et al ., 2018)。不到10%的塞拉多地区保护(Francoso et al ., 2015);由于农业综合企业,大约一半的面积被转化为作物和牧草(科利et al ., 2020)。有重大影响整个地区的水平衡组件(Anache et al ., 2019)。有一个从1977年到2010年平均降雨量减少8.4% (坎波斯和查维斯,2020);低土壤水分减少土壤水分蒸发蒸腾损失总量,提高显热通量,其中一个因素,有利于高气温(的发生Ruosteenoja et al ., 2018)。因此,森林砍伐影响土壤吸收降雨的能力,不管降雨模式吗?由作者(最新的审查和分析咨询Anache et al ., 2019)明确表示,缺少参考价值分析水平衡组件不受干扰的塞拉多土地覆盖(具体地说,树木繁茂的塞拉多)表明一个重要的知识差距,和不确定性需要减少,当前水平衡假说进行测试(但是托内罗et al ., 2021 a)。因此,塞拉多植被之间的相互作用和含水层的补给人员值得密切关注。

鉴于这项研究的结果,分析土壤的水文特性的重要性在时间(不同的被动恢复年龄)和季节性(雨、干燥)尺度上是明确的,是研究当前森林砍伐加剧和气候变化之间的关系的场景在塞拉多。增加减少毁林地区促进土壤退化,导致土壤有机碳和改善土壤结构(拉尔,1996;齐默尔曼Elsenbeer, 2008;尼伯格et al ., 2012)。这个过程指向可能增加排斥性和严重减少水渗透进入土壤,地下水减少维护,增加径流,通过坡面流侵蚀,增加和水污染。也同样,降雨模式的变化改变形状和体积的雨打在土壤上,但这可能不是唯一的因素影响土壤斥水性。斥水性土壤中可以进一步减少植物和土壤的能力支持,因此,植被产生水的压力。砍伐森林可以减少旱季基流的地下水补给下降,由于负面影响对土壤渗透能力超过所带来的增益减少土壤水分蒸发蒸腾损失总量Bruijnzeel 1989,2004年)。

土壤特征和水文特性的分析将提供重要的科学依据,帮助更好地理解水和生态系统之间的交互,它应该与森林恢复过程和土壤水分管理。被动恢复恢复退化地区是一个重要的过程,主要是由于生态功能的位置;它可以改善土壤水文特性随着时间的推移,作为这项研究的结果证实了。然而,有必要澄清一下,这样一个过程需要时间特性关系的重新建立。这段时间远远长于退化和森林砍伐的速度,这让塞拉多,作为“水”的摇篮。这知识支持水资源的管理,因为土壤入渗地下水有关维护。因此,季节性的评估土壤水文特性的进化在这项研究有望帮助土地可持续管理系统的开发和指导方针,以及更好的和更有效的(即土壤保护战略。,使用覆盖物、消防、减少水土流失和消耗,监控开裂和蒸发,和不断上升的渗透速率)等网站进行被动恢复塞拉多。

结论

显著差异中发现几个水文土壤属性和森林覆盖的评估chrono-sequence帮助证实了研究假设关于年龄和季节性森林对土壤特性的影响。根据被动恢复年龄、改善土壤水文特性,尤其是土壤水分、有机质、渗透速率、抗渗透、抵抗性指数,被发现。结果表明,季节性和修复土壤水文特性司机年龄也重要,有更好的条件土壤水分、渗透速率,在雨季和土壤水力传导率,以及降低土壤渗透阻力。此外,主成分分析表明,土壤水文性质之间的关系和恢复年龄是季节性依赖。因此,被动的发展森林恢复提升有利条件对水的渗透进入土壤,在较高的初始入渗率和较低的土壤repellency-both流程改善水土壤中维护。此外,本研究的结果强调了森林地面属性水文行为的重要作用,但研究也强调了对这些属性的影响当森林砍伐和全球气候变化的角度考虑。

数据可用性声明

最初的贡献在这项研究中都包含在本文展示/补充材料,进一步的调查可以针对相应的作者。

作者的贡献

KT和LP的概念和设计实验。KT、LP和磅进行实验和组织数据库。KT、LP和EN进行统计分析和写了初稿的手稿。EN和MM回顾了原稿和英文版本。所有作者导致手稿修改,和阅读和批准提交的版本。

确认

我们要感谢巴西国家科学技术发展委员会(CNPq)和Sylvamo有限公司

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/ffgc.2022.882551/full补充材料

引用

Alagna, V。,Iovino, M。,Bagarello, V., Mataix-Solera, J., and Lichner, L. (2017). Application of minidisk infiltrometer to estimate water repellency in Mediterranean pine forest soils.j .二聚水分子。Hydromech。65年,254 - 263。doi: 10.1515 / johh - 2017 - 0009