《International Review of Hydrobiology》：Wildfire in the Surrounding Landscape Alters Limnological Conditions and Plankton Communities in a Tropical Reservoir
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野火正因气候变化而日趋频繁和剧烈。其对陆地生态系统及大气的影响包括释放气体和灰烬，以及增强土壤侵蚀敏感性并促进物质向水生系统的下游输移。然而，此类干扰对水生生态系统的影响仍知之甚少。本研究评估了位于巴西塞拉多（Cerrado）的一个热带水库（Lobo–Broa
野火正因气候变化而日趋频繁和剧烈。其对陆地生态系统及大气的影响包括释放气体和灰烬，以及增强土壤侵蚀敏感性并促进物质向水生系统的下游输移。然而，此类干扰对水生生态系统的影响仍知之甚少。本研究评估了位于巴西塞拉多（Cerrado）的一个热带水库（Lobo–Broa水库）在经历大规模野火后短期和中期的湖沼学及生物学响应。研究人员在火后前5周开展了密集的每周采样，并嵌入了一个涵盖火灾前2年至火灾后2年的长期月度时间序列。研究人员假设野火会影响水体透明度、悬浮颗粒物、营养盐动态和溶解性有机质，并对浮游生物群落产生级联效应。研究人员观察到多个物理、化学和生物学变量的短期响应，尽管其发生时间和幅度在不同生态系统组分间存在差异。大多数参数在数天至数周内恢复到干扰前的轨迹。然而，浊度、真光层深度（euphotic depth）、类聚球藻（Synechococcus）微微蓝藻和枝角类的丰度表现出更持久的偏离，延续至火后即刻期之后。多元分析显示，火后样本大体落在该系统的自然季节和年际变率范围内。近岸带与远洋区之间的空间比较显示，浮游植物生物量、溶解氧浓度、总磷（TP）、类富里酸有机质以及蓝藻和枝角类丰度等变量存在差异。总体而言，野火与湖沼学条件和浮游生物群落的可检测变化相关，但大多数变量随时间表现出高度的恢复力。
野火扰动对热带水库生态系统的影响：研究背景、方法、结果与结论解读
一、研究背景与科学问题
火是重塑陆地和水生生态系统动态的主要生态干扰。在陆地系统中，火改变土壤性质和植被结构；在水生生态系统中，火增强颗粒物、营养盐和碳化残渣向水体的输入。近年来，全球野火的发生频率、空间范围和持续时间均显著增加，并在气候变化和人类活动压力下预计进一步加剧。然而，野火对内陆水域的影响仍认识不足，现有研究多为短期观测，且在热带地区尤为稀缺——热带地区的火情制度和水文连通性可能强烈调节生态系统的响应。
以往研究更多集中于河流等流动水体，因为溪流和河流与周边集水区联系紧密，能快速整合流域输入并作为火后效应的敏感指示器。相比之下，湖泊和水库等静水系统的研究相对不足。湖泊和水库在火后可能表现出营养盐、溶解性有机碳（DOC）和浮游植物生物量的增加，但较长的水停留时间、沉积作用和内部营养盐循环可能缓冲或延迟这些效应。此外，中宇宙实验表明，植物生物量数量和火后状态会以交互且非线性的方式影响DOC浓度、溶解性有机质（DOM）组成和降解途径。因此，关于热带静水生态系统中野火影响的幅度、持续性和空间异质性仍存在诸多不确定性。
巴西塞拉多是全球生物多样性最丰富的稀树草原，火是其自然生态驱动力之一。然而，由于森林砍伐、土地转换、气候变化以及防控政策弱化，该地区的火情制度已发生深刻改变。尽管火在塞拉多具有重要生态意义，其对热带静水生态系统的影响仍未得到充分解析。基于此，本研究以位于巴西塞拉多生物群系的Lobo–Broa水库（Represa do Lobo-Broa）为对象，评估其遭遇大规模野火后短期和中期的湖沼学及生物学响应。研究比较了火灾前2年和火灾后2年的月度采样数据，并在火后前5周辅以每周密集采样以捕捉短期生态系统响应。研究人员假设野火作为一种急性干扰，能够迅速改变水体透明度、悬浮物质、营养盐动态和溶解性有机质，从而改变水库的物理和化学背景；预期这些变化将刺激浮游植物生物量，有利于机会主义类群（如微微浮游植物），并通过浮游食物网传播，影响浮游动物结构。由于火灾发生在水库边缘，研究人员进一步预测近岸区域的响应强于远洋区，随后随时间逐渐恢复到火前状态，符合生态系统恢复力的特征。
二、主要技术方法
本研究综合运用了多项关键技术手段。野火范围和景观背景通过Mapbiomas Fire Collection 5月度过火面积数据和Mapbiomas Collection 10.1土地利用与土地覆盖分类数据在Google Earth Engine（GEE）平台处理获得，并在QGIS中制图。水体物理化学参数（温度、电导率、总溶解固体（TDS）、pH、溶解氧（DO）浓度及饱和度、浊度）采用Horiba U-50多参数探头原位测定；总悬浮固体（TSS）、总磷（TP）和DOC分别通过过滤称重法、离子色谱法和TOC分析仪测定。DOM通过荧光光谱法表征，使用Edinburgh FS5荧光分光光度计获取激发-发射矩阵（EEMs），并在MATLAB中利用DOMFluor工具箱进行平行因子分析（PARAFAC）以识别荧光组分。浮游植物采用Uterm?hl沉降法结合倒置显微镜鉴定计数，生物体积按Hillebrand等方法估算；叶绿素a（Chl a）按Lorenzen方法提取测定。浮游动物使用45 μm浮游生物网采集，在体视显微镜和光学显微镜下鉴定计数。微微浮游植物（类聚球藻微微蓝藻）和异养细菌丰度采用流式细胞术（FACSCalibur）测定。统计分析在RStudio中完成，包括主成分分析（PCA）、稳健Z-score分析、历史基线敏感性分析以及配对Wilcoxon符号秩检验。样本来源为Lobo–Broa水库固定远洋站（2019–2023年月度采样）和火后密集监测期间增设的近岸站。
三、研究结果
3.1 野火特征与土地覆盖分析
2021年9月野火活动急剧增加。在水库岸线2000 m范围内，过火面积从7月的2.24公顷增至8月的10.99公顷，9月达到1042.11公顷。9月火灾的空间分布显示近岸影响显著：0–500 m范围内过火217.16公顷，500–1000 m为259.74公顷，1000–2000 m为565.14公顷，2000–3000 m为73.00公顷。与2021年土地覆盖分类叠加显示，受影响最严重的类别为稀树草原形成（489.67公顷）、森林形成（198.39公顷）、草地（179.37公顷）和湿地（117.91公顷）。
3.2 环境与生物变异的多元模式
主成分分析（PCA）显示，水库的环境和生物变异性部分受季节动态调控。火后密集采样期的样本与总体时间轨迹存在适度偏离，表明系统发生了短暂响应。第一个PCA（整合非生物和生物变量）的前两个轴解释了49.48%的总方差，轴1主要与浮游植物生物量、蓝藻生物量、Chl a和TP相关，轴2主要受混合层深度（ZM）、真光层深度（ZEU）和类聚球藻微微蓝藻丰度影响。第二个PCA（聚焦DOC相关变量）的前两个轴解释了60.99%的方差，轴1与DOC、浮游植物生物量、蓝藻生物量和荧光DOM组分密切相关。
3.3 野火的非生物响应
野火引起了非生物条件的显著变化。浊度在所有比较中均呈现持续的正向稳健Z-score（大多>2），在与其他年份比较时达到最大值。TSS在火后第4周出现显著峰值（与之前年份比较Z=6.58，与之后年份比较Z=10.24）。ZEU在火后下降，8月至9月间所有Z-score均为负值，表明水体光穿透减少。溶解氧饱和度在特定周次增加（第1周Z=4.18，第5周Z=6.55），而pH基本保持稳定。TP呈现独特模式，火后最初几周立即降低，前2周记录到最低Z-score。
3.4 观测降水
密集监测期间的降水总体较低且间歇性。两次每周采样之间记录到的最大日降雨量出现在8月25日（8.4 mm），另有少量降雨发生在9月初。
3.5 历史基线敏感性分析
历史基线敏感性分析显示的时间模式与Z-score分析大体一致。浊度在2021年8–9月表现出最清晰的急性偏离，随后年份偏离显著减少。溶解氧和氧饱和度未表现出明显急性响应，但在2021年10–12月表现出较强偏离，表明存在延迟响应。TDS几乎未显示偏离背景变率的证据。水温偏离较难明确归因于野火。
3.6 生物与DOM响应
浮游植物生物量增加，大多数稳健Z-score超过2，在第2周和第5周出现峰值。Chl a在整个期间基本保持稳定。类聚球藻微微蓝藻丰度在与火灾前年份比较时全部为正值（峰值Z=4.56），但与火灾后年份比较时为负值。在浮游动物中，枝角类表现出最大响应幅度，先下降（Z=-9.01）后快速上升（第5周Z>9）；轮虫也表现出显著波动（第1、2、3周Z>10）；桡足类变化较小。荧光DOM分析识别出4个组分：C1（类色氨酸微生物有机质）在火后第5周出现峰值（Z=14.40）；C2（混合来源腐殖酸和富里酸）前2周低于-2，随后逐渐上升；C3（陆源富里酸）在第4和第5周下降（Z<-6）；C4（类酪氨酸微生物有机质）在火后转为正值。
3.7 远洋区与近岸站的空间比较
配对比较未检测到远洋区和近岸站之间的统计学显著差异（p>0.05），但6个变量在所有5次调查中表现出完全一致的方向性差异：蓝藻生物量、浮游植物生物量、枝角类和溶解氧在远洋站一致较高，而总磷和类富里酸DOM组分C3在近岸站一致较高。
四、讨论与结论
讨论部分指出，火灾活动强烈集中于水库周边区域，2021年9月岸线2 km范围内约23%–25%的陆地区域被烧毁。火灾后水库湖沼学条件和浮游生物群落动态发生变化，但各变量的响应时间、幅度和持续性差异显著。多数变量随后恢复到水库此前观察到的年际变化范围内，表明系统表现出较高的重组能力。PCA分析显示，火灾并未造成水库整体多元湖沼学条件的持续转变，而是可能加剧了系统季节性动态中已存在的某些模式。值得注意的是，浮游植物生物量在野火前已经升高，表明后续增加不能完全归因于干扰本身。
在非生物变量中，最清晰的火后变化涉及水体光学性质（浊度增加和ZEU降低），与灰烬和陆源物质输入一致。化学变量表现出更局部的响应，表明火灾在短期内对物理结构和光学特征的影响强于水化学。DOM组成的变化比DOC浓度更明显，C3组分在燃烧边缘附近的贡献较高。
浮游生物群落的响应中，浮游植物生物量的进一步增加可能反映了火前已存在条件的强化，叠加了来自燃烧边缘的营养盐和有机质输入。Chl a的相对稳定表明生物量增加未伴随色素浓度的成比例增加，可能反映了群落组成或光合效率的转变。类聚球藻微微蓝藻的正响应表明其机会主义行为。浮游动物中枝角类、轮虫和桡足类的对比响应表明火灾影响了系统的营养结构，可能与食物可获得性和悬浮颗粒物质量的变化有关。
空间比较显示，近岸区域的总磷和类富里酸DOM组分C3一致较高，而远洋区的浮游植物生物量、蓝藻生物量、枝角类和溶解氧一致较高，表明局部输入与更广泛的远洋响应并存，但水库的环流、混合、稀释和较短的水停留时间可能限制了更强空间梯度的形成或持续。
研究结论认为，Lobo–Broa水库边缘的火灾与系统不同组分的变化相关，最清晰的响应出现在水体光学结构和浮游生物群落中。然而，大多数变量表现出高度的重组能力，在短期内恢复到水库观察到的年际变化范围。因此，研究的核心假设仅得到部分支持：虽然火灾与可检测的短期变化相关，但其影响对大多数分析变量而言既不广泛也不持久。尽管如此，浊度、ZEU以及类聚球藻微微蓝藻和枝角类丰度的持续响应表明，部分效应可能延伸至本研究所评估的时间窗口之外。这些发现强调了长期时间序列对于区分干扰效应与自然时间变异的重要性，并表明热带水库的野火响应不仅取决于干扰的强度，还取决于预先存在的生态条件、水文处理过程以及各生态系统组分的响应特征。
