地中海与温带森林火灾后土壤养分与植被恢复的生态系统特异性动态：从火后早期到十年尺度的演变

本研究针对火灾后土壤性质长期恢复机制不清的问题，通过分析智利14年火后时间序列，揭示了地中海与温带湿润生态系统在土壤物理性质、养分恢复等方面的特异性。研究发现火后土壤容重增加、质地改变，养分动态受气候-植被互作调控，温带系统通过深根树木实现快速恢复，而地中海系统恢复缓慢。该研究为火灾易发区生态恢复提供了重要科学依据。

　　

野火作为全球性的生态干扰因子，深刻改变着生态系统的结构与功能。特别是在气候变化背景下，全球火灾频率和强度持续增加，智利等地的火灾活动显著加剧——1984-2004年间年均火灾面积5.4万公顷，而2004-2024年间翻倍至10.9万公顷。火灾不仅烧毁植被，更对土壤系统产生复杂影响：有机质燃烧导致土壤结构破坏，灰分沉积改变土壤化学性质，养分通过挥发、侵蚀和淋溶途径流失。然而，关于不同生态系统如何从火灾中恢复，特别是土壤性质与养分动态的长期演变规律，科学界仍缺乏系统认知。

智利独特的地理位置为其提供了理想的研究舞台——从北部的干旱地中海气候到南部的湿润温带气候，形成了完整的生态序列。德国哥廷根大学农业生态系统生物地球化学研究团队的Mallikarjun等人选择智利沿海山脉的两个典型生态系统：代表湿润温带生态系统的Nahuelbuta（年均降水1084 mm，优势植被为南洋杉和南山毛榉）和代表地中海生态系统的La Campana（年均降水436 mm，以硬叶灌木为主），通过空间代替时间的方法，建立了长达14年的火后时间序列，深入探究了火灾对土壤物理化学性质的影响及恢复机制。该研究近期发表在土壤科学领域权威期刊《CATENA》上。

研究人员采用时序空间替代法，在两地分别选取了包括未火烧对照点在内的多个不同火烧年限的样地。通过采集0-10 cm不同深度的土壤样品，系统测定了土壤容重、颗粒组成、pH值、有机碳（C）、全氮（N）、磷（P）、硫（S）及钙（Ca）、镁（Mg）、钾（K）等元素含量，并采用稳定同位素技术（δ¹³C和δ¹⁵N）追踪碳氮循环过程。土壤容重采用环刀法测定；颗粒组成经H₂O₂去除有机质和超声分散后，通过激光衍射法分析；元素含量采用ICP-OES测定；同位素比值使用同位素比率质谱仪测定。

土壤物理性质方面，研究发现火灾导致两个生态系统所有深度的土壤容重均增加，且在整个14年恢复期内未能恢复到火前水平。地中海生态系统的压实效应更为显著，容重高达1.2 g cm^?3，而湿润温带生态系统为0.9 g cm^?3。土壤质地变化呈现生态系统特异性：地中海土壤粘粒和粉粒增加10-12%，而湿润温带土壤砂粒含量每年增加0.32-0.75%，这与热致矿物转化、灰分再分配和侵蚀过程密切相关。

土壤化学性质显示，灰分输入使湿润温带森林土壤pH从4.8升至5.8，缓解了酸度和铝毒害。两个生态系统的碱基阳离子动态差异显著：地中海生态系统由于灰分滞留和淋溶较弱，钙储量年增加量高达0.41 Mg ha^?1；而湿润温带系统因降雨驱动的淋溶作用强烈，钙恢复速率仅为0.087-0.13 Mg ha^?1 y^?1。

碳氮动态揭示出明显的生态系统差异。湿润温带森林的碳氮损失主要限于凋落物层，通过耐火树木的快速恢复得以补充；而地中海土壤则因植被丧失、侵蚀和低固氮能力遭受严重的碳氮损耗，特别是0-2 cm表土碳库在14年内未能恢复。δ¹³C值的降低表明两个生态系统都经历了"轻"碳的持续损失，而δ¹⁵N的富集则证实了火后氮循环过程的长期改变。

养分储量变化方面，磷和硫在凋落物层均出现显著损失。地中海生态系统土壤中磷储量增加（年累积率约0.013 Mg ha^?1），但与铁、铝、锰等元素的共积累表明其生物有效性可能降低。微量营养元素铁、锰和铝在地中海系统中表现出明显的表聚现象，这与灰分沉积和土壤压实过程相关。

研究结论强调，火灾影响和恢复过程具有显著的生态系统特异性，受景观、地质、水文和植被恢复力共同调控。湿润温带生态系统凭借保存的深根树木、较强的养分提升能力和较高的氮固定潜力，实现了较快的恢复；而地中海生态系统由于完全植被丧失、侵蚀严重和养分限制，恢复过程缓慢且可能无法完全恢复到火前状态。该研究不仅深化了对火后生态系统恢复机制的理解，还为火灾易发区的生态恢复策略提供了科学依据——特别是在应对日益增加的火灾风险时，需要考虑不同生态系统的特异性恢复轨迹，采取有针对性的管理措施。研究指出的土壤物理性质长期改变（如容重增加和质地变化）以及养分 stoichiometry 平衡的改变，可能对生态系统功能产生深远影响，这值得在未来研究中持续关注。