野火频率增加导致阿拉斯加北方林碳储量减少与再生失败

本研究针对气候变暖背景下北方林野火频率增加的问题，通过量化不同火返回间隔期（FRI）下的碳库动态与再生响应，揭示了短间隔火灾导致遗留碳燃烧和再生失败，使北方林从碳汇转为碳源，对全球碳循环与气候反馈具有重要警示意义。

　　

随着气候变暖加剧，北方林区野火活动呈现出频率增加、规模扩大和 severity 提升的趋势，这对高纬度生态系统的结构与功能构成了快速且深远的威胁。历史上，北美西部的北方林火返回间隔期（Fire Return Interval, FRI）通常在70至130年之间，但极端天气条件下短间隔火灾正变得越来越普遍。北方林储存了全球陆地碳（C）库的显著部分，其碳动态变化直接影响全球碳平衡和气候反馈过程。因此，理解短间隔火灾对这些生态系统的 impacts 对于预测未来碳循环和生态系统演变至关重要。

为了系统评估短间隔火灾对北方林碳储存和再生轨迹的影响，由 Xanthe J. Walker 领衔的研究团队在《Fire Ecology》上发表了一项涵盖阿拉斯加内陆地区31场火灾、555个样地的广泛研究。该研究通过量化长间隔（>70年）、中间隔（30-70年）、短间隔（<30年）以及三重燃烧（70年内发生三次火灾）等不同 FRI 条件下的碳库变化和再生响应，揭示了短间隔火灾如何通过消耗遗留碳和导致再生失败，显著降低生态系统的碳储存能力。

研究团队综合运用野外采样、实验室分析与统计建模等关键技术方法。野外工作包括设置样方测量树木、灌木、粗木质残体（Coarse Woody Debris, CWD）和土壤有机层（Soil Organic Layer, SOL）的碳储量，并评估燃烧损失。实验室通过树木年轮分析确定林分年龄和火灾历史，利用元素分析仪测定土壤碳含量。统计上采用广义线性混合模型（GLMM）分析不同 FRI 下的碳库差异和再生密度变化，并通过随机森林模型估算未测量样点的土壤碳库。

结果

火灾特征与样地分布

研究共调查了185个站点，涵盖干燥到湿润的多种景观位置。短间隔火灾更多发生在干燥、无 permafrost 的区域，而长间隔火灾则更多分布于湿润、有 permafrost 的地区。预火林分组成与 FRI 显著相关，长间隔以黑云杉（Picea mariana）为主，短间隔则出现更多落叶树种（如 Populus tremuloides 和 Betula neoalaskana）或开阔地。

碳库动态

总碳损失在各 FRI 类别间相似（2.5–3.5 kg C m^-2），但短间隔火灾损失了更高比例的预火碳库，导致火后碳库显著降低。短间隔和三重燃烧还导致了遗留碳（即逃过前次火灾燃烧的碳）的燃烧。地下碳库（主要来自 SOL）在所有 FRI 中占据主导，但短间隔火灾中地下碳的比例最低，表明其碳储存能力受损。

再生响应

短间隔和三重燃烧显著改变了火后演替轨迹，约65%的短间隔和三重燃烧站点出现再生失败。长和中间隔火灾后以黑云杉再生为主，而短间隔则更多向落叶树种主导或开阔地转变。黑云杉幼苗密度在长和中间隔最高，短间隔和三重燃烧中极低；落叶树种密度在中间隔最高，但短间隔中也较高。

结论与意义

该研究强调了北方林在火灾频率增加下的结构与功能脆弱性。短间隔火灾通过燃烧遗留碳和导致再生失败，使生态系统从碳汇或中性转为碳源，增加了向非林地状态转变的风险。这些变化对北方林碳-气候反馈具有深远影响，突显了采取适应性管理策略的必要性，以提升生态系统对火灾频率增加的 resilience。

本研究不仅提供了短间隔火灾影响碳循环和再生轨迹的实证依据，还为预测未来北方林动态和全球碳平衡提供了关键 insights。随着气候持续变暖，火灾频率预计将进一步增加，理解并 mitigation 其生态后果显得愈发紧迫。