森林大火對土壤有機碳的影響

今天解析一篇發生在加拿大北方森林的故事，講述野火對土壤碳和大氣的影響。

圖1 | 加拿大北方森林的野火。Walker及其同事分析了火災發生後加拿大西北地區森林中黑雲杉下有機土壤中碳的損失型別。

北方森林是全球碳迴圈的關鍵參與者，因為它們儲存了30-40％的陸地碳。它們被認為是碳匯，主要是因為它們以有機土壤的形式積累了大量的碳。它們的淨碳平衡是由天然野火（圖1）驅動的，大約每70到200年產生大量碳排放，這對於維持這些森林的生產力和生物多樣性是必要的。相比以往，現在的氣候變化可能透過產生更溫暖的氣溫，更多的雷擊，更長的野火季節和更乾燥的森林條件來縮短火災（火災返回間隔）之間的時間間隔。在論文中Walker等人火災頻率的增加可能會使北方森林從碳匯轉變為碳源。

這種轉變的原因是由於更頻繁的火災對遺留碳的影響 - 早期火災中逃逸的有機碳積累在北方森林土壤表面。如果火災消除的土壤碳少於前次火災後累積的土壤碳，則北方森林將充當碳匯，反而言之，如果野火發生在較為年輕的樹木群落中，那麼森林土壤碳匯將逃逸。

Walker及其同事使用原始方法調查2014年加拿大西北地區黑雲杉林火災的中土壤碳損失的年齡和起源。他們估算了在211個森林地點覆蓋礦質土壤的有機土層火災前後的碳含量，以及這些地點燃燒地上和地下有機物質產生的碳排放量。在32個地點，他們還分析了多個深處有機土壤中放射性碳-14同位素的丰度，以計算出受火災影響的碳年齡。這種以土壤為基礎的方法顯示，在乾旱地區的幼林中遺留了碳，而溼地的舊森林仍在其表面積累了碳。

透過專門調查土壤中的碳損失型別（遺留碳和非遺留碳），而不僅僅是量化總排放量，Walker 等大大提高了我們對火災如何影響北方森林在景觀尺度上作為碳匯的能力的機制理解。他們的工作還強調了考慮地下碳的地下儲存以瞭解生態系統對氣候變化的反應的重要性。

Walker及其同事的研究結果表明，某些北方森林即將達到其對火災恢復能力的臨界點，超過該臨界點，該生態系統的碳儲存功能將發生變化。這是一個主要問題，不僅因為它會增加二氧化碳釋放到大氣中的速度，而且因為這些森林提供了多種益處。北方森林是最大的陸地生物群落，擁有世界上最大的原始森林未完成區域，並且擁有獨特的生物多樣性。此外，它們是木材產品的來源，對全球空氣質量和氣候調節作出了重大貢獻。火災造成的碳損失和有機土壤的清除將改變這一生態系統，並帶來不明後果。

例如，火災頻率增加可能會改變物種組成和生物多樣性，並可能因碳去除而影響土壤肥力。因此，北方森林的生產力可能會低，而且更容易受到其他壓力的影響，如昆蟲襲擊和乾旱，隨著氣候變化，這些壓力可能會變得更加頻繁。反過來，這些影響將進一步降低北方森林的碳匯功能，並對依賴木材採伐的國家的經濟產生不利影響。由於很難預測變化將發生在何時，何時何地發生，這些影響對森林經營者和政策制定者構成挑戰6。

Walker等同事的研究表明，土壤與氣候之間存在著密切的聯絡。作者認為，北方森林火災頻率的增加導致了一個積極的反饋迴圈：火災發生率越高意味著年輕的森林將受到影響，增加了遺留碳從土壤中釋放的可能性（假設其強度為火不會改變）。數百年來，遺留碳已被隔離； 它的釋放將進一步增加大氣中的CO 2濃度，從而加速氣候變化。

Walker 等人報道了野火的影響。由於低溫和/或高水位保護它們免受微生物分解，因此有機土壤中含有大量有機物質。這種土壤在北方地區很普遍，但在溫帶和熱帶氣候中也有發現7。這些含有20％以上碳的有機土壤與大多數溫帶和熱帶森林和草原的相對貧碳礦物土壤有很大不同。

溫度升高和火災等干擾將導致北方有機土壤的碳損失大於溫帶和熱帶地區的礦質土壤。這是因為礦物土壤中的大部分有機物質透過與土壤礦物的相互作用而受到保護免受微生物分解，隨著溫度的升高而保護它，並且因為礦物土壤具有低導熱性，這通常保護有機物免受火災。但是，如果將來減少北方針葉林的有機土層，則需要更加關注下伏礦質土壤中的有機碳。北方森林下的礦物土壤儲存了大量的碳。

由於保護有機和礦物土壤中碳的對比過程，需要採取不同的策略來管理其碳匯功能。對於有機土壤，這將是必要的，以保持低溫，高溼度水平和低野火返回間隔。這將需要來自社會各界的直接的，積極的削減在溫室氣體排放，以儘量減少大氣中的二氧化碳進一步增加濃度和氣候變化。為了改善礦質土壤的碳匯功能，必須採用林業和農業的可持續管理做法。在這兩種情況下，都必須提高對土壤碳益處的認識，並且需要在各個層面進行協作，包括每個使用土壤的人以及活動可能破壞土壤的人。

參考文獻

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5。 Walker， X。 J。 et al。 Nature 572， 520–523 （2019）。

6。 Price， D。 T。 et al。 Environ。 Rev。 21， 322–365 （2013）。

7。 Leifeld， J。 & Menichetti， L。 Nature Commun。 9， 1071 （2018）。

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