综述：野火对土壤微生物组和土壤生物地球化学参数的影响：系统综述

《CATENA》：Impact of wildfires on the soil microbiome and soil biogeochemical parameters: A systematic review

　　

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  关于火灾影响下微生物群落的年研究增长率为13%。
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  剧烈火灾显著重塑了土壤微生物结构。
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  在严重火灾事件后，放线菌门、厚壁菌门和子囊菌门占主导地位。
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  火灾强烈改变了土壤pH值、电导率以及碳、氮和磷储量。

引言

山火日益被认为是改变生态系统结构和功能的主要干扰因素（He等，2019），并在某些火情制度下具有双重生态作用——既能促进生物多样性，又改变了土壤的物理、化学和生物学特性（McLauchlan等，2020）。近几十年来，许多地区的山火发生频率增加，这是人类活动与气候相关因素相互作用的结果。人为引燃通常与管控不当的农业焚烧、娱乐疏忽以及土地利用变化相关的蓄意纵火有关（Leone等，2009；Kountouris，2020；Jaafari等，2022）。与此同时，气候变化通过增加热浪频率、延长干季以及促使某些地区雷击引燃，使易燃条件更加严重（Jones等，2022；Cunningham等，2024）。全球每年约有4亿公顷土地受到火灾影响（Nolan等，2022），造成了严重的环境破坏（Armenteras等，2021；Kalogiannidis等，2023）。

例如，山火对从亚马逊雨林到安第斯山地草原的多种生态系统造成了巨大影响（Barlow等，2020）。在秘鲁，过去十年间约有1200万公顷的高安第斯草原和森林受到火灾影响，主要原因是农业焚烧和土地利用实践等人为活动（Barboza等，2020；Zubieta等，2021；Gonzáles等，2024）。类似地，2024年，巴西亚马逊地区超过3080万公顷的干旱森林和热带森林被烧毁（MapBiomas，2025），而玻利维亚则损失了1500万公顷的干旱和热带森林（NASA，2024）。在澳大利亚，2019–2020年"黑色夏天"大火烧毁了约580万公顷温带森林（Boer等，2020）。景观变化是火灾后最明显的影响之一，其特征为植被损失、地表烧焦以及庇护所和食物来源的破坏，这些都对野生动物产生了重大影响（Alca?iz等，2018；Geraskina等，2022）。这些变化也深刻影响了土壤生态系统，尤其是土壤微生物组（Whitman等，2019；Barreiro和Díaz，2021）。土壤微生物是生态系统功能的关键驱动因素，因为它们调控有机质分解、养分矿化、氮素转化、磷素活化以及碳周转（Banerjee和Van der Heijden，2023；Cheng等，2024）。细菌群落可能因火灾引起的土壤条件变化而改变，包括温度、pH值、养分可用性和有机底物的变化（Soria等，2023）。真菌群落，特别是菌根真菌和腐生真菌，对火灾干扰也很敏感，因为它们在有机质分解和植物-土壤相互作用中发挥作用（Hewitt等，2023；Palta等，2024）。因此，火灾引起的微生物群落变化会改变维持土壤肥力、养分可用性和火灾后生态系统恢复的生物学过程（Hemkemeyer等，2021）。

在分类学层面，如酸杆菌门和变形菌门等细菌类群以及如菌根真菌和腐生真菌等真菌类群，经常受到火灾引起的土壤条件变化的影响（Soria等，2023；Hewitt等，2023；Palta等，2024）。这些微生物变化对生物地球化学过程（Zhou等，2025）和土壤韧性（Marfella等，2024）产生了深远影响。已记录的影响包括pH值变化（Sánchez等，2023）、电导率变化（Lucas等，2021）、疏水性变化（Jiménez等，2022），以及有机碳（Cheng等，2023）、溶解有机质（Zhu等，2024）和氮（Quintero等，2015）和磷（Ghosh等，2023）可用性的改变。

尽管这些事件规模巨大，但关于山火对微生物群落和土壤生物地球化学参数影响的证据仍然有限，特别是在拉丁美洲（De Souza和Procópio，2022）。这一局限尤其值得关注，因为火灾日益影响拉丁美洲生态系统，涵盖从热带和干旱森林到安第斯山地草原和灌丛的各种类型（Barlow等，2020；Barboza等，2020；Zubieta等，2021），而这些系统的微生物和生物地球化学证据在全球综合研究中代表不足（De Souza和Procópio，2022）。这种全球到区域的失衡限制了在不同气候、土壤、植被类型和火情制度下推广火灾后微生物和生物地球化学轨迹的能力，尤其是当研究在设计、指标和火灾后评估时段上存在差异时（Gonzáles等，2024）。这种有限信息构成了一个关键的知识空白。

尽管关于山火影响的研究数量不断增加，但由于报告的响应在范围、指标和研究设计方面高度异质，现有证据在生态系统类型、火灾严重程度和火灾后评估时段之间仍然难以进行比较（Gonzáles等，2024）。鉴于山火在全球范围内的发生率不断增加、其对不同生态系统的严重影响以及土壤微生物在生态系统功能中的核心作用，需要进行更广泛的综合，以将现有证据整合到一个连贯的框架中。这一需求尤为重要，因为火灾同时改变了微生物群落和关键的土壤生物地球化学特性，而这些模式尚未在全球范围内得到充分综合，尤其是在不同生态系统和火灾严重程度梯度之间。因此，需要一种系统性综述来整合现有文献，比较不同生态系统和火灾严重程度下的响应，并确定应指导未来火灾后土壤恢复和生态系统韧性研究的主要地理、方法和功能知识空白。据此，本系统性综述旨在：(i)综合全球证据，评估山火对细菌和真菌群落以及土壤生物地球化学参数的影响；(ii)比较不同生态系统类型、火灾严重程度和火灾后评估时段下的报告响应；(iii)确定与火灾后土壤恢复和修复相关的地理、方法和功能知识空白。

各章节摘要

检索策略

本研究进行了一项系统综述，以评估山火对微生物组和土壤生物地球化学参数的影响。文献检索于2025年5月完成，使用Scopus、Web of Science和PubMed数据库，通过布尔运算符组合以下关键词进行检索：（"fire"或"wildfire"或"forest fire"）和（"soil microbiome"或"soil microorganisms"）和（"biogeochemical"或"nutrient cycling"）和（"soil physicochemical properties"或"soil physical properties"或"soil

全球概览

过去十年间，关于山火对微生物组和土壤生物地球化学参数影响的研究显著增加（图S1）。自2020年以来增长尤为明显，在2024年达到峰值，发表了22篇论文，反映出人们对理解这些现象后果的兴趣不断上升。为了更好地理解长期趋势，估算了1997–2024年期间的复合年增长率（CAGR），得到CAGR_1997–2024 = 13.1%的值。这

讨论

本研究强调了近期关于山火对土壤微生物组和生物地球化学循环影响的出版物数量的增加。这一趋势反映在13.1%的复合年增长率中，表明科学界对火灾后土壤微生物和功能响应的关注日益增加。然而，强烈的地理偏见明显存在，大多数研究（84%）集中在北半球国家，如美国、中国和西班牙。相比之下，拉丁美洲地区严重

结论

本综述表明，火灾严重程度是影响山火后微生物和土壤响应的关键因素，尽管其效果取决于生态系统类型、土壤条件和火灾后评估时间。中度到高度严重火灾重组了土壤微生物群落，通常有利于耐热和机会性类群，同时减少了少营养和共生类群。这些微生物变化与关键的土壤性质变化相关，包括pH值、电导率

作者贡献声明

Rosmery Y. Ayala Tocto：撰写-初稿，可视化，方法论，形式分析，数据整理，概念化。Martha S. Calderon：撰写-审阅与编辑，撰写-初稿，指导，调查，概念化。Danilo E. Bustamante：撰写-审阅与编辑，验证，指导，调查，概念化。

资金支持声明

本研究由国家科学、技术和技术创新委员会（CONCYTEC）和国家科学研究与高级研究计划（PROCIENCIA）资助，基金项目为第E077–2023-01-BM号"跨机构联盟博士项目奖学金"，资助编号PE501088668–2024；以及第E033–2023-01-BM号"跨机构联盟博士项目"，资助编号PE501084305–2023。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

作者感谢Amazonas省Toribio Rodríguez de Mendoza国立大学的可持续发展科学博士项目。此外，感谢国家科学、技术和技术创新委员会（CONCYTEC）以及国家科学研究与高级研究计划（PROCIENCIA），基于第E033-2023-01-BM号"跨机构联盟博士项目"资助计划，资助编号（PE501084305-2023）。

Rosmery Y. Ayala Tocto|Martha S. Calderon|Danilo E. Bustamante