《CATENA》：Supply-limited post-fire sediment transport and geochemical fingerprinting during rill erosion
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火灾后细沟侵蚀期间的供应限制性泥沙传输与地球化学指纹识别。火灾后细沟侵蚀表现出强烈的灰烬控制的供应限制（supply limitation）。尽管径流速率几乎稳定，泥沙通量下降了约76–85%。灰烬输出随累积径流呈指数下降。输出沉积物富含细颗粒（<75 μm）
火灾后细沟侵蚀期间的供应限制性泥沙传输与地球化学指纹识别。火灾后细沟侵蚀表现出强烈的灰烬控制的供应限制（supply limitation）。尽管径流速率几乎稳定，泥沙通量下降了约76–85%。灰烬输出随累积径流呈指数下降。输出沉积物富含细颗粒（<75 μm）和有机质。地球化学特征证实了灰烬来源物质的优先传输。
火灾后细沟侵蚀中泥沙传输的供应限制与地球化学指纹识别
森林野火已成为全球景观变化的重要驱动因素，改变植被结构、土壤性质和水文响应，常导致径流增强和泥沙输移增加，进而影响下游水质与供水安全。已有研究大多在地块或流域尺度上关注土壤流失总量和水文恢复，但对控制灰烬及其他火烧来源地表物质迁移、输运和归宿的过程机制关注不足。野火灰烬由燃烧的有机物质和炭化碎片组成，通常形成松散、细粒、低密度且化学活性高的地表层，易被径流携带。细沟侵蚀（rill erosion）是集中径流在陡坡上剥离和输运细粒物质的核心过程，但在火烧后富含灰烬的环境中，细沟行为及其对灰烬的选择性输移仍缺乏定量认识。因此，需要结合受控细沟实验与实验室指纹识别，揭示灰烬来源物质在径流中的动员和耗尽机制。
研究人员在美国西部两个森林火烧迹地——华盛顿州2021年Lick Creek Fire（LC）和爱达荷州2022年Moose Fire（MF）——开展了受控细沟侵蚀实验，并配套实验室分析。研究目标是：量化不同集中入流条件下的径流和颗粒泥沙通量；表征输移物质的物理和化学特征；评估矿物土壤和野火灰烬对细沟输出泥沙的相对贡献。结果表明，泥沙输移受灰烬控制的供应限制支配，在径流速率接近稳定的情况下，泥沙通量仍急剧下降约76%–85%；灰烬输出随累积径流呈指数递减；输出泥沙富集细颗粒（<75 μm）和有机质，地球化学特征证实灰烬来源物质被优先输移。这些发现为改进火烧后泥沙输移模型、水质风险评估和土地管理提供了过程依据。
主要技术方法方面，研究人员在LC和MF两个高火烧严重度坡面上各设置8条4 m长细沟，按Robichaud等方法施加逐级增加的集中入流（MF：3、7、15、22、30 L min
?1；LC：7.5和15.3 L min
?1），预湿后用CMA软件评估地表覆盖，在细沟出口按时间序列采集径流泥沙样品。实验室对逐次复合样品和源材料（灰烬、火烧土壤）测定pH、高温烧失量（LOI
800）、有机质（OM）、粒径筛分和总可回收元素（ICP–OES），并计算富集因子（EF）。使用非参数检验和指数拟合评估泥沙耗尽过程。由于样本来自同一细沟的时序样品，统计推断基于独立实验单元（细沟）。
研究结果如下：
3.1 火烧迹地细沟侵蚀野外实验
3.1.1 地表条件与地面覆盖
通过图像分析发现，LC和MF的地面覆盖分别有68%和65%为灰烬，枯落物占18%–26%，其他组分很少，表明实验坡面具有典型的早期火烧后灰烬主导地表。
3.1.2 水文响应与水流组织
径流速率随入流增加而增加并接近准稳态，仅在第一个入流步骤中初始态与稳态有显著差异；流速和流宽随入流增大，但泥沙通量不随之持续增加，显示水文力与泥沙输移之间的脱钩。
3.1.3 初始泥沙冲泻与供应限制性输移
泥沙通量在每次入流增加后出现初始峰值，然后迅速下降；MF稳态通量较初始下降约85%，LC下降约76%。除MF-3外均显著，说明易输移的灰烬表层在初始阶段被快速消耗，后续输沙受有限供应控制。
3.1.4 泥沙输出随累积径流的指数衰减
单位径流的增量泥沙输出随累积径流呈指数下降（R
2=0.51–0.97），且约80%–90%的泥沙在初始阶段输出；最低入流（MF-3）例外，其输送在两个阶段分布较均匀。这表明灰烬来源的有限表层被逐步耗尽。
3.2 细沟输出沉积物的pH动态
输出沉积物悬浮液的pH系统高于灰烬和火烧土壤，且在整个实验中持续偏高，表明可溶性碱性灰烬组分持续被径流携带。
3.3 细沟输出沉积物的热学性质
LOI
800和OM在输出沉积物中高于源材料，说明输出颗粒富含热可燃成分，与灰烬及炭化残留物一致。
3.4 细沟输出沉积物的粒径分布
输出沉积物中<75 μm细粒比例显著高于灰烬和火烧土壤，>840 μm粗粒比例很低，证明细沟侵蚀对细粒物质有强烈的选择性输移。
3.5 细沟输出沉积物与火烧源材料的地球化学组成
元素浓度显示钙、钾、镁、钠和磷等元素在输出沉积物中显著高于火烧土壤，富集因子相对于灰烬接近1（0.9–2.2），相对于火烧土壤高达4.6，且细粒部分富集更强；总碳和总氮富集较弱甚至亏损，表明有机组分部分附着于较粗颗粒。整体上，输出沉积物地球化学指纹以灰烬来源物质为主。
讨论部分指出，pH持续偏高、热学性质和粒径选择性均支持灰烬来源物质的优先输移。灰烬层的快速耗尽和有限矿物土壤的夹带共同控制了早期火烧后细沟输沙。由于灰烬中富含碱性阳离子和磷，这些瞬时碱性、富养分泥沙脉冲可能影响下游水质，增加富营养化风险。研究结论翻译如下：火烧后泥沙输出是由灰烬来源表层的快速耗尽、细粒火烧来源组分的选择性输移以及灰烬层性质的演变共同调节的耦合系统。火烧后泥沙输移模型应明确表达灰烬来源物质的有限供应和随时间耗尽，而非仅由入流水力控制。在累积径流的基础上加入降低泥沙供应量的耗尽函数，并分别参数化初始冲泻阶段和后续供应限制阶段，将提高首次火烧后降雨事件中泥沙和相关灰烬组分输移的预测能力。
