热带稀树草原-湿地镶嵌区植被恢复未能抵消反复火灾导致的碳损失

《Forest Ecology and Management》：Vegetation recovery fails to offset recurrent fire-induced carbon losses across a tropical savanna–wetland mosaic

　　四个十年间跨三个生物群系的重建地上碳动态。植被恢复增加了碳储量，但未能抵消火灾造成的损失。累计火灾导致的损失几乎比恢复收益高出五倍。潘塔纳尔表现出剧烈的碳周转，尽管净储量下降幅度有限。火灾管理对于维持植被结构和碳储量至关重要。引言植被动态通过控制栖息地结构、生物多样性、养分循环和地上碳储存，调节着生态系统的功能。在热带生态系统中，生态演替、木本植物入侵、土地利用变化以及反复发生的火灾持续重塑着植被结构，影响着生态系统的韧性和长期碳积累（Bond and Keeley, 2005; Pan 等, 2011; Pausas and Ribeiro, 2013）。由于植被结构是决定地上生物量的主要因素之一，理解干扰与恢复如何随时间相互作用已成为生态系统管理、生物多样性保护和气候变化减缓方面的重大挑战（Tagesson 等, 2020; Walker 等, 2022）。尽管热带生态系统构成了最大的陆地基碳库之一，但关于植被和碳动态的长期重建仍然稀少。实地清查提供了最可靠的植被结构和生物量估计，但通常受空间限制，难以在大范围内外推。因此，大多数区域碳评估依赖于遥感产品、全球生物量地图或泛化的异速生长方程，这些方法往往缺乏广泛的实地校准，可能无法捕捉热带景观的生态异质性（Csillik 等, 2019; Hofhansl 等, 2020; Rozendaal 等, 2022）。这一局限性在热带稀树草原—森林镶嵌区域尤为相关，在这些区域，植被类型之间相对较小的结构差异可能导致地上碳储量出现大幅差异（Terra 等, 2023; Vourlitis 等, 2019）。环境许可计划代表了改善区域碳评估的一个未被充分开发的机会。在巴西，植被清除许可要求在土地转化前进行详细的森林清查，描述木本植物蓄积量、物种组成和植被结构。与传统的生态监测样地不同，这些清查涵盖数千个独立观测数据，分布在广泛的环境梯度上。因此，它们为校准特定植被类型的碳储量以及在区域尺度上重建长期生态系统动态提供了独特的实证基础。尽管遥感技术已取得进步（包括基于 GEDI 衍生的生物量产品和全球生物量地图）（Santoro 等, 2021; Duncanson 等, 2022; Araza 等, 2022），但环境许可清查作为区域碳重建的宝贵生态信息来源仍被严重忽视，尽管已证明其在景观尺度表征植被结构和碳储量方面的潜力（Louzada, 2026）。南马托格罗索州为研究长期植被动态提供了一个卓越的天然实验室，因为它包含了三个对比鲜明的南美生物群系——塞拉多、潘塔纳尔和热带大西洋森林。这些生态系统在植被结构、水文制度、气候和干扰历史上存在显著差异，导致地上生物量和碳储存产生显著的空间变异（Oliveira-Júnior 等, 2020; Vourlitis 等, 2019; Vourlitis 等, 2024）。此外，该州位于全球最大的热带森林—稀树草原过渡带之一，此处植被结构高度动态，对气候变率、火灾制度和土地利用变化反应强烈（Oliveras and Malhi, 2016）。近几十年来，这些生态系统同时经历了木本植物入侵、生态演替、农业扩张、洪水制度改变以及日益严重的火灾事件。木本植物入侵已成为全球热带稀树草原的普遍现象（Stevens 等, 2017），并在巴西整个塞拉多地区都有记录，在火灾频率降低的区域促进了木本植物生物量的逐步增加（Rosan 等, 2019; Pivello 等, 2025）。相反，反复发生的火灾通过限制木本植物扩张、改变演替途径并减少地上生物量来调节植被结构，从而在热带景观中维持着替代性的植被状态（Bond and Keeley, 2005; Murphy and Bowman, 2012; Pausas and Bond, 2020）。在潘塔纳尔，这些动态还受到洪水脉冲的影响，而近期由干旱引发的超大型火灾则显著增加了火灾严重程度，并在广阔区域改变了植被结构（Sch?ngart 等, 2008; Marengo 等, 2021; Pelissari 等, 2023）。尽管这些生态过程已被单独研究，但它们在区域尺度上对长期地上碳动态的综合作用仍未得到充分量化。一个重要的未解决问题是：通过演替和木本植物入侵实现的天然植被恢复是否足以在长时间尺度上补偿反复发生的干扰（Bond and Keeley, 2005; Pausas and Bond, 2020）。虽然植被恢复促进了生物量的逐步积累，但反复发生的火灾事件可能会抵消这些收益，从而导致长期碳轨迹与仅从植被覆盖推断的结果大不相同（Murphy and Bowman, 2012; Stevens 等, 2017）。然而，虽然以往研究已涉及该问题的某些方面——包括植被转换和土地利用变化（Bustamante 等, 2016; Arruda 等, 2022），或较短时间尺度上的火灾碳排放（Veiga 等, 2025）——但很少有研究在区域尺度上同时重建跨越多个十年的植被转换、碳积累和火灾导致的碳损失，这限制了对这些相互作用过程如何决定长期生态系统碳平衡的理解。因此，评估植被转换和干扰历史对于理解生态系统功能以及在热带生态系统中制定有效的火灾管理和恢复策略至关重要（Bond and Keeley, 2005; Durigan and Ratter, 2016）。本文利用基于 2662 份环境许可清查数据集的校准结果，结合 MapBiomas Collection 10 年度土地覆盖地图和 MapBiomas Fire Collection 4 火灾面积记录，重建了南马托格罗索州四个十年（1985—2024）的地上碳动态。具体而言，本研究旨在：（i）校准主要原生植被类型的地上碳储量；（ii）量化与植被恢复和植被外貌转换相关的碳积累；（iii）估算累计的火灾碳损失；以及（iv）确定植被恢复与反复火灾的综合作用是否在塞拉多、潘塔纳尔和热带大西洋森林区域产生了长期净碳收益或损失。研究假设：尽管植被恢复通过演替和木本植物入侵促进了持续碳积累，但反复发生的火灾仍然是控制这一热带稀树草原—湿地镶嵌区域长期地上碳动态的主导生态过程。分节摘要研究区域本研究在位于巴西南部中部的南马托格罗索州进行，地理坐标介于 17°30′S—24°00′S、51°00′W—59°00′W 之间（图 1）。该州面积约为 357,125 平方公里，跨越三个南美主要生物群系——塞拉多、潘塔纳尔和热带大西洋森林——交界地带形成的广泛环境梯度。塞拉多占据该州中部和东部大部分地区，潘塔纳尔主导西部低地，而大西洋森林[原文截断]特定植被地上碳储量的校准校准数据集显示，南马托格罗索州不同原生植被外貌类型之间的地上碳储存存在显著差异（图 2；表 1）。植被结构是决定碳储量的主要因素，在所有三个生物群系中，森林类型始终储存的地上碳均显著高于稀树草原、湿地和草地。森林类型在整个研究区域内表现出最高的中位碳储量，这反映了其更大的[原文截断]火灾在控制长期碳动态方面压倒了植被恢复重建结果显示，南马托格罗索州热带稀树草原—湿地镶嵌区域的长期地上碳动态主要受植被恢复与反复火灾之间平衡的影响，而非仅由植被转换决定。尽管自然演替和木本植物入侵在整个研究期间持续促进了地上碳积累，但这些收益始终被反复发生的火灾事件所抵消，导致持续的[原文截断]结论重建研究证明，南马托格罗索州的长期地上碳动态主要受植被恢复与反复火灾之间相互作用的影响，而非仅由植被转换决定。尽管生态演替和木本植物入侵持续促进了碳积累，但这些收益始终被反复发生的火灾事件所抵消，导致塞拉多、潘塔纳尔和热带大西洋森林的原生生态系统在[原文截断]CRediT 作者贡献声明R?mullo Oliveira Louzada：撰写——初稿、方法论、正式分析、概念设计。Diego Campos Vasconcelos：正式分析。André Nogueira Bozza：正式分析。Jo?o Gabriel Chaib：正式分析。Renato Maurício Barbosa Tavares：资源支持。利益冲突声明作者声明他们不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。致谢无R?mullo Oliveira Louzada | Diego Campos Vasconcelos | André Nogueira Bozza | Jo?o Gabriel Chaib | Renato Maurício Barbosa Tavares