野火后灌木林生态系统土壤颗粒态与矿物结合态有机碳持续4年以上的损失机制研究

这篇研究揭示了野火对灌木林生态系统土壤碳库的长期影响，发现野火直接燃烧导致颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）分别减少50%和33%，且微生物分解作用使POC在火灾后第一年继续下降38%。研究通过4年追踪证实，植物碳输入与微生物呼吸在1-4年间达到平衡，但碳库恢复滞后，这对全球变化背景下火灾频发生态系统的碳管理具有重要启示。

　　

野火对土壤碳库的双重打击机制

4.1 矿物质与燃烧强度如何影响野火后初始碳损失

野火通过高温直接燃烧显著削减表层土壤碳库，其中颗粒态有机碳（POC）损失达50%，而矿物结合态有机碳（MAOC）仅减少33%，证实矿物保护作用。令人意外的是，尽管灰烬深度反映的燃烧强度差异显著（0.5-8.25cm），但土壤碳损失与燃烧严重程度无显著关联。火灾还消耗了50%的热解有机碳（PyOM-C），暗示高强度野火可能焚毁历史火灾形成的稳定碳。这些发现突破了传统认知，首次在矿质土壤占优的灌木林证实了野火的直接矿化作用。

4.2 生态恢复过程中植物-微生物互作如何调控碳平衡

火灾后第一年，微生物群落快速重建伴随POC额外减少38%，淀粉酶（AG）和纤维二糖水解酶（CBH）活性与POC呈负相关，揭示微生物主导的二次碳损失。δ¹³C值升高表明微生物来源碳（同位素较重）占比增加，反映植物碳输入不足。尽管优势灌木Arctostaphylos glandulosa覆盖率4年内从3.9%恢复至16%，但土壤碳库未见增长，暗示碳收支平衡的脆弱性。有趣的是，亮氨酸氨基肽酶（LAP）活性与MAOC正相关，暗示微生物可能通过分解矿物结合氮弥补营养限制。

关键发现：

1. 矿物保护效应存在明显阈值：MAOC仅在初始阶段表现抗燃烧特性，但长期仍受微生物代谢调控

2. 微生物功能冗余显著：尽管真菌丰度持续偏低（特别是外生菌根真菌降低33%），但分解功能保持稳定

3. 碳库恢复存在时间错配：灌木恢复需数十年，而微生物活动数月即可重建，导致碳积累滞后

4. 同位素指纹揭示碳源转变：δ¹³C值变化为追踪碳流向提供新证据

这些发现为预测气候变化下频繁野火对陆地碳循环的影响提供了机理框架，强调需要结合矿物保护、微生物代谢和植被重建等多过程理解生态系统碳汇功能恢复。研究建立的4年动态数据集为改进地球系统模型中的野火参数提供重要实证基础。