量化美国西部森林火灾对树木碳储量和固碳能力的影响：关键发现与生态启示

《Fire Ecology》：Quantifying Western US tree carbon stocks and sequestration from fires

在全球森林生态系统作为重要碳汇的背景下，美国西部野火频发影响森林碳存储。研究人员利用美国农业部森林服务局的森林清查与分析计划（FIA）数据及野火监测数据，开展美国西部森林火灾对地上碳（AGC）储量和固碳能力影响的研究，发现火灾显著降低森林固碳能力，该成果对森林碳管理意义重大。

　　森林，作为地球的 “绿色卫士”，在全球碳循环中扮演着举足轻重的角色，是陆地生态系统中最大的碳库。美国的森林资源丰富，其森林土地更是每年抵消了超过 12% 的经济领域温室气体（GHG）排放 ，对维持全球气候稳定贡献巨大。然而，在过去的几十年里，美国西部的森林却面临着严峻的挑战。

野火，这个森林生态系统的 “破坏者”，正以愈发频繁和猛烈的态势席卷美国西部。从 1991 - 2020 年，美国西部各州被野火吞噬的森林面积不断扩大，这不仅导致了大量树木的死亡，更让森林的碳储量和固碳能力遭受重创。同时，气候变化带来的温度升高和降水模式改变，以及历史上的伐木活动，都在潜移默化地影响着森林的碳动态平衡。

在这样的背景下，美国明尼苏达大学（University of Minnesota）、Arbor Custom Analytics LLC、内华达山脉研究所（Sierra Nevada Research Institute）等机构的研究人员，为了深入了解野火对美国西部森林地上碳（AGC，Aboveground Carbon）储量和固碳能力的影响，展开了一项具有重要意义的研究。他们的研究成果发表在《Fire Ecology》杂志上，为我们揭示了许多关键信息。

研究人员采用了多种关键技术方法。在数据收集方面，从美国农业部森林服务局的森林清查与分析计划（FIA）中选取了 24,733 个重新测量的样本地块，涵盖了 10 个州的森林土地，涉及 786,310 棵立木数据 。同时，结合监测火灾严重程度趋势（MTBS，Monitoring Trends in Burn Severity）数据集获取野火相关信息。在数据分析上，运用随机森林和线性混合效应模型，综合考虑生物因素（如树木密度、树冠覆盖、树龄等）和非生物因素（如海拔、气候、干旱程度等）对森林 AGC 变化的影响 。

研究结果主要有以下几个方面：

• 火灾对森林碳的影响：在 2000 - 2018 年间，25,328 个观测样本中，8.29%（2100 个）的森林地块有火灾发生的记录。有火灾的森林向大气中释放0.06±2.73×10?2Mgha?1yr?1的碳，而无火灾的森林则从大气中吸收0.79±9.45×10?3Mgha?1yr?1的碳 。这表明火灾显著降低了森林的固碳能力，使森林从碳汇转变为碳源。
• 生物因素的影响：随机森林重要性排名显示，生物因素对火灾驱动的森林 AGC 密度变化影响更为显著。森林类型、树龄、初始 AGC、树木密度和树冠覆盖等生物因素，在火灾对 AGC 存储变化、固碳能力和碳转移（TRANSFER）的影响中起着关键作用。例如，老树林在火灾后具有更高的 AGC 存储和固碳能力 。
• 非生物因素的影响：非生物因素也在影响着森林碳动态。区域生态、气候和干旱等因素在火灾对森林 AGC 密度变化的影响中起调节作用。西部地区和低海拔地区的森林，在火灾后 AGC 存储变化和固碳能力下降更为明显。同时，历史降雨量大、近期降雨量少且干旱季节长、温度高的地区，火灾对森林碳存储、固碳能力和碳转移的影响更大 。
• 火灾严重程度和频率的影响：火灾严重程度和频率对森林 AGC 密度变化的影响因环境条件而异。不同生态区域、人类管理活动以及火灾与其他干扰的组合，对火灾影响的差异并不显著。但坡度、经度、降水和温度等因素会影响火灾频率对 AGC 存储变化和固碳能力的影响 。

在研究结论和讨论部分，研究人员指出，火灾显著减少了美国西部森林的 AGC 存储和固碳能力。生物因素在火灾前可燃燃料积累、火灾中树木死亡和碳排放、火灾后森林再生和固碳能力方面起着关键作用。而随着气候变暖和干旱加剧，火灾对碳释放到大气中的影响愈发强烈。不过，太平洋沿岸湿润的森林受到火灾的影响相对较小，而落基山脉干旱地区的森林则受到更大的影响。此外，合理的森林管理措施，如减少燃料和促进森林再生，有助于增加森林碳存储。

这项研究具有重要的意义。它为森林管理者制定碳存储和固碳策略提供了科学依据，帮助他们更好地应对火灾对森林碳动态的影响。同时，研究结果也有助于我们更深入地理解森林生态系统在全球气候变化背景下的碳循环机制，为未来的森林管理和自然气候解决方案提供了关键的定量信息，在平衡生态恢复和碳减排目标方面具有重要的指导价值 。