《Review of Palaeobotany and Palynology》：Spatial patterns and environmental determinants of topsoil charcoal across altitudinal gradients in the western Tianshan Mountains, Northwest China
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•通过渐变分布的木炭图案，填补了天山西部地区的空间数据空白。•生物量与人类活动是导致高海拔地区（1020–2674?米）火灾频发的重要因素。•在低海拔地区（188–875?米），风力作用是木炭沉积的主要驱动力量。引言火灾是各种生物群落中常见的生态干扰现象（Bowman等人，200
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通过渐变分布的木炭图案，填补了天山西部地区的空间数据空白。
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生物量与人类活动是导致高海拔地区（1020–2674?米）火灾频发的重要因素。
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在低海拔地区（188–875?米），风力作用是木炭沉积的主要驱动力量。
引言
火灾是各种生物群落中常见的生态干扰现象（Bowman等人，2009），它对生物多样性动态和气候系统有着深远影响（Bowman等人，2009；Leys等人，2017；Abatzoglou等人，2018；Bousfield等人，2023）。除了改变植物群落的分布外，火灾还会显著影响土壤的物理化学性质以及大气成分，进而影响陆地生态系统的结构和多样性（Xue等人，2014；Feng等人，2021）。全球变暖和水资源短缺使得近几十年来野火的发生频率和严重程度大幅上升（Pausas和Keeley，2009；Van der Werf等人，2017；Burton等人，2024）。这些日益严重的火灾状况对生态完整性构成了巨大威胁，同时也影响了社会经济系统的长期可持续性（Senande-Rivera等人，2022；Xu等人，2023）。这类趋势是由多种环境和人为因素共同作用导致的。从机制上来看，干燥炎热的气候条件会降低燃料的含水量，从而提高其可燃性，而强风则有助于火势的快速蔓延（Rutherford，1980；Blauw等人，2015；Rao等人，2020）。与此同时，植被变化，比如从草原向灌木丛的转变，也会显著影响燃料的可用性和燃烧特性（Downing等人，2021；Tortorelli等人，2023）。此外，人为干扰与持续气候变化的共同作用使得现代火灾模式更加复杂，火势的空间变化性和不可预测性也高于以往（Pausas和Keeley，2009；Bowman等人，2011；Balch等人，2022）。根据政府间气候变化专门委员会的最新评估，全球变暖正在延长干旱和半干旱地区的火灾季节（IPCC，2023；Jiang和Wang，2021）。联合国环境规划署也预计，到本世纪末全球野火数量可能增加近50%，其中中亚的干旱地区尤为严重（UNEP，2022）。因此，在当前气候变化背景下，深入了解干旱生态系统中的火灾模式及其驱动机制，对于提升灾害风险评估和生态管理策略具有重要意义。
木炭是重建火灾历史的重要指标（Clark，1988；Bowman等人，2009；Chen等人，2024）。其浓度、粒径和形态能够有效反映燃料的组成及火灾特征（Clark，1988；Abatzoglou和Williams，2016；Aleman等人，2013）。通常，细粒木炭多反映区域性的火灾活动，而粗粒木炭则多指示局部的火灾事件（Thevenon和Anselmetti，2007；Li等人，2010）。此外，通过分析木炭的形态特征，还可以判断燃料来源是草本植物还是木质植物（Umbanhowar和McGrath，1998；Daniau等人，2013；Crawford和Belcher，2014）。通过整合这些多指标的木炭记录，可以清晰地了解火灾发生的频率和强度，以及它们与气候、人为因素之间的复杂关系（Abatzoglou和Williams，2016；Aleman等人，2013；Gao等人，2016）。正因如此，这种方法已成为古气候学和环境考古学中的重要工具（Belcher和Hudspith，2016；Ma等人，2018；Miao等人，2019）。然而，在干旱和半干旱草原地区解读木炭记录仍然面临挑战。由于植被覆盖稀少且风力作用强烈，木炭的形成、输送和沉积过程极为复杂（Clark，1988；Scott和Damblon，2010）。因此，适用于湿润生态系统的解读框架无法直接应用于干旱地区（Clark，1988；Minatre等人，2024）。目前的研究多依靠沉积物中的木炭来重建古代的火灾模式（Scott，2000；Li等人，2005；Miao等人，2016a，Miao等人，2022；Cui，2020），而对现代木炭沉积过程的研究则相对较少。通过对表层土壤中木炭组合的研究，可以为更好地理解近期的火灾动态以及校准干旱环境中的古代火灾记录提供重要的现代参照依据（Wang等人，2024）。
火灾活动的发生受多种环境因素的复杂相互作用影响，其中水分、植被和地形起着关键作用（Abatzoglou和Williams，2016；Aleman等人，2013；Bowman等人，2009）。在干旱和半干旱生态系统中，降水模式和干旱状况通过调控燃料的积累量和可燃性，决定了火灾发生的基本条件（Krawchuk等人，2009；Pausas和Keeley，2009；Pausas和Ribeiro，2013）。植被类型和覆盖率会影响燃料的连续性（Turner和Romme，1994），而海拔和坡度则会通过改变局部微气候和火势蔓延路径，影响火灾的空间分布格局（Dillon等人，2011）。天山西部地区是中亚典型的干旱和半干旱山区生态系统。该地区由于地形复杂以及水热条件的垂直差异，形成了从山地草甸和草原到沙漠草原，最终变为典型沙漠的独特植被梯度（Lang等人，2020；Niu等人，2022）。随着海拔的降低，降水量减少而蒸发量增加，这会改变植被的生产力、群落组成以及燃料的积累情况（Chen等人，2023），而这些因素都可能影响火灾发生的频率和空间分布。此外，天山地区长期以来一直是中亚传统游牧业的重要中心（Liao等人，2014；Dai等人，2020）。人类长期的放牧活动改变了优势物种的构成和植被覆盖度，从而通过影响地表燃料的空间连续性，持续影响着该地区的火灾模式。尽管已有不少研究重建了中亚地区的火灾历史（Jia等人，2018；Zhang等人，2020，Zhang等人，2022），但我们仍未能完全了解长期尺度上火灾活动的空间分布规律以及相应的生态响应机制，尤其是在天山西部地区的干旱和半干旱草原生态系统中。目前还缺乏利用表层土壤中的木炭记录，系统研究不同植被带火灾活动变化及其驱动因素的研究。作为关键的地球生态学指标，表层土壤中的木炭能够记录近期火灾事件、燃料状况以及大气传输过程的累积信息。因此，本研究系统分析了天山西部地区表层土壤中木炭的浓度和粒径分布，以揭示当地的现代火灾动态。通过整合多年来的植被生产力指数、气候数据以及海拔等信息，本研究旨在确定该地区火灾动态的主要控制因素。
章节摘要
研究区域背景
本研究区域位于中国新疆的天山西部（图1），处于欧亚大陆内部（北纬44°13′至46°03′，东经80°37′至85°40′）。该区域西起博乐市，东至石河子市，北起塔城地区，南至伊宁市，海拔范围在188至2674米之间。作为典型的干旱山区，该地区深受中纬度西风带的影响，属于温带气候
样本采集与鉴定
在天山西部地区共采集了33份表层土壤样本（厚度大于0.5厘米），并在每个采样点周边进行了植被调查，记录了主要植物种类、物种覆盖度及丰富度等信息。采样后，这些样本被装入袋中并送往实验室。在实验室中，这些样本首先经过盐酸、氢氧化钠和氢氟酸依次处理，之后再通过重液浮选法进行进一步分析。每份样本至少统计了500颗木炭颗粒
表层土壤中木炭的沉积特征与空间分布
作为火灾事件的直接指示物，木炭被广泛用于追踪火灾历史及相关环境变化。在本研究区域内，表层土壤中木炭的总浓度存在显著的空间差异，范围在22,811到178,950颗/克之间（平均值为79,345颗/克）。粒径分析显示，细粒木炭在总体中占主导地位（见图2），其中10–30微米的粒径段占比最高
讨论
木炭记录被公认为是重建过去火灾模式的可靠依据（Patterson等人，1987；Bowman等人，2009）。木炭的浓度和粒径分布能够为了解火灾发生的频率、燃烧强度以及燃料类型提供重要线索（Li等人，2010；Abatzoglou和Williams，2016；Aleman等人，2013）。这些木炭组合的空间分布则受到植被结构、燃料条件等多种因素相互作用的制约
结论
通过对天山西部地区表层土壤中的木炭数据进行系统分析，本研究阐明了该地区火灾的空间分布规律及其背后的驱动机制。研究结果表明，干旱和半干旱地区的火灾活动不仅受气候干旱程度的影响，还受到植被生物量、人类活动以及风力传输过程等多种因素的共同作用。在1020–2674米的区域，火灾
关于手稿编写过程中使用生成式AI及AI辅助技术的声明
在撰写本论文时，作者使用了Gemini和Deepseek AI工具来优化语言表达和风格。所有由AI生成的内容，包括文本建议和结构参考，都经过了作者的仔细审核、修改和验证，以确保其准确性、原创性并符合伦理标准。
伦理声明
作者声明，本研究未涉及任何人类或动物实验对象。
资助情况
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42130516）以及第二次青藏高原综合科学考察研究计划（项目编号：2019QZKK020102）的资助。
未引用参考文献
Archibald等人，2013
Archibald等人，2018
Zhang等人，2025a
利益冲突声明
作者声明，自己不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
易然|李建勇|王宁莲|刘雅琪|裴书强
