《Forest Ecology and Management》：Fuel load mediates the effects of pile burning on soil phosphorus but not carbon and nitrogen in a subtropical pine plantation clearcut
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•堆烧对土壤总碳（C）和总氮（N）库没有即时影响。•燃烧引起了土壤活性碳库和活性氮库的暂时性变化。•高燃料负荷导致土壤全磷（P）和有效磷立即下降。•高燃料负荷降低了磷循环的整体多功能性。引言采伐残留物是指在林木采伐或林分管理措施（如疏伐）后遗留在森林中的木质材料。其管理对可持
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堆烧对土壤总碳（C）和总氮（N）库没有即时影响。
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燃烧引起了土壤活性碳库和活性氮库的暂时性变化。
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高燃料负荷导致土壤全磷（P）和有效磷立即下降。
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高燃料负荷降低了磷循环的整体多功能性。
引言
采伐残留物是指在林木采伐或林分管理措施（如疏伐）后遗留在森林中的木质材料。其管理对可持续森林管理至关重要，因为它们在碳（C）和养分循环中起着重要作用（Udali等人，2025）。尽管存在生态和环境方面的担忧，但由于木柴残留物焚烧可能带来潜在益处（如限制疾病传播、增强栖息地异质性、提高短期养分有效性），木柴残留物焚烧作为一种高效且经济的管理措施已被广泛采用。残留物焚烧可以以广散焚烧（材料散布在林地表面）或堆烧（残留物集中堆叠并在局部区域燃烧）的方式进行。近几十年来，在受大规模干扰影响的森林中，堆烧方法日益被采用（Mott等人，2021），例如北美松甲虫暴发和亚洲马占松林中的松树枯萎病，这两种情况都会产生大量需要处理的死亡木材和木质碎屑（Donato等人，2013；Back等人，2024）。然而，堆烧的特征是对植物材料和土壤有机质进行剧烈且空间集中的燃烧，这可能会显著改变土壤功能。特别是，它可能通过直接燃烧损失以及土壤物理化学和生物性质的变化来强烈影响土壤碳和养分的生物地球化学过程。
堆烧对土壤性质的影响在很大程度上取决于火灾严重程度，而火灾严重程度由燃料负荷和成分等堆特征决定（Hubbert等人，2015）。因此，堆烧过程中对燃料负荷的实验操控被认为是一种有用的替代方法，用于研究高严重程度野火对土壤生物地球化学和灾后恢复过程的短期影响（Fowler等人，2024；Fowler，2026）。一般来说，燃料负荷更大的大堆燃烧持续时间更长，产生的温度也比小堆更高（Busse等人，2013），可能对土壤物理化学和生物性质产生更强的影响。然而，目前明确评估堆烧严重程度变化如何影响土壤性质的研究相对较少。例如，Seymour和Tecle（2005）在亚利桑那州黄松林的研究发现，大堆和小堆燃烧后的土壤pH值或养分浓度之间没有显著差异，但他们的评估主要关注总养分库和燃烧后即刻状况。在不同燃烧严重程度下活性养分分量的变化及其时间动态仍然知之甚少。更广泛地说，土壤对堆烧的响应强烈受到特定燃烧和地点因素的影响，包括燃烧季节、土壤特性和当地气候（Busse等人，2010；Wright等人，2019）。因此，需要在多样化生物群系（特别是热带和亚热带森林）中开展进一步研究，以阐明在不同环境条件下堆烧严重程度的变化如何调节土壤生物地球化学过程。
以往的研究主要考察了堆烧对单个土壤碳和养分指标的影响（Seymour和Tecle，2005；Inclán等人，2025；Rhoades等人，2025），而其对土壤整体功能的影响仍然知之甚少。土壤全磷（P）和有效磷通常在堆烧后增加，这是由于生物质燃烧期间灰烬输入了大量易用的磷（Creech等人，2012；Rhoades等人，2021；Inclán等人，2025）。相比之下，关于土壤碳和氮（N）的响应报告差异很大。土壤碳和氮的下降已被归因于高温下的有机物燃烧和氮挥发（Jiménez Esquilín等人，2007；Johnson等人，2011），而其他研究则观察到没有变化（Inclán等人，2025）甚至增加（Rhoades等人，2021）。此外，总氮的减少往往伴随着有效氮形态（如铵盐和硝酸盐）的增加，反映了火灾后矿化作用的增强（Jiménez Esquilín等人，2007；Johnson等人，2011）。加上对土壤酶活性的了解有限，这些不一致的响应阻碍了对堆烧影响土壤碳氮循环的全面评估，表明单一指标不足以评估土壤功能。最近，提出了一种整合多种土壤性质的多功能性指数，用于评估不同管理措施下的土壤质量和火灾后恢复情况（Lucas-Borja等人，2022）。这些指数也被应用于评估生物炭和有机改良剂对碳、氮和磷循环及土壤整体多功能性的影响（Ren等人，2024）。因此，对土壤质量和多功能性进行全面评估对于优化森林生态系统中木质碎屑管理的堆烧实践至关重要。
本研究的主要目的是评估采伐残留物堆烧对亚热带人工林土壤生物地球化学的影响，重点关注碳、氮和磷的动态变化。为此，在中国亚热带地区马尾松皆伐林中燃烧了两种不同燃料负荷的采伐残留物堆，并对表层土壤进行了为期270天的监测，以评估燃料负荷对土壤生物地球化学过程的影响并为伐桩管理提供启示。我们的假设为：（1）采伐残留物堆烧会立即引起土壤碳、氮和磷活性库的变化；（2）这些变化的幅度和持续时间取决于燃料负荷，燃料负荷较高的堆烧产生更强的影响且恢复更慢。
章节摘要
研究地点与实验设计
本研究在中国东南福建省福州市的罗源国有林场（26°27′N, 119°32′E）进行。该地区属亚热带海洋性季风气候，年均气温19°C，年均降水量1645毫米，年均日照时数1747.9小时，年均相对湿度79%。地形为低山丘陵，平均海拔516米，坡度25°。土壤类型为铁铝酸土。
土壤物理化学性质
燃料负荷、燃烧后时间及它们的交互作用显著影响土壤全磷（p?p?p?>?0.05）。在整个研究期间，堆烧未显著影响土壤含水量（SMC）、pH值、土壤有机碳（SOC）或总氮（p?>?0.05；表2）。
土壤
堆烧对土壤碳的影响
堆烧对土壤总碳的影响甚微，但引起了活性碳库的短期增加。尽管堆烧后土壤碳下降的报道很普遍（Jiménez Esquilín等人，2007；Johnson等人，2011），但本研究中土壤有机碳未显著改变。这一发现与Inclán等人（2025）的研究一致，他们报道在地中海山区灌木残留物堆烧后，0–10厘米土层内的土壤碳储存没有显著变化。
结论
我们的研究表明，堆烧对土壤养分的影响具有养分特异性，并受燃料负荷调节。尽管在高和低燃料负荷处理下土壤总碳和总氮保持稳定，但堆烧引起了活性碳和氮库的暂时性变化，表现为溶解有机碳和氮的增加以及NO??-N和微生物量氮的减少，而对NH4+-N和微生物量碳没有显著影响。相比之下，土壤磷对燃料负荷高度敏感。
作者贡献声明
许露豪：写作–原稿、可视化、数据整理。王宽：写作–原稿、方法学、数据整理。杨岩：写作–原稿。郑俊强：写作–审阅与编辑、概念化。刘贤：写作–审阅与编辑、监督。胡亚林：写作–审阅与编辑、监督、概念化。王宇哲：写作–原稿、监督、资金获取、概念化。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究由福建农林大学科技创新项目（编号：KFB23091A）资助。我们感谢姚志、程柳涛、任梦凡和李志强在野外采样和实验室分析中提供的帮助。
许露豪|王宽|杨岩|郑俊强|刘贤|胡亚林|王宇哲
