《Applied Geochemistry》：Delineation of wildfire impacts on soil geochemistry and post-fire soil quality assessment: The case of the August 2024 wildfire in NE Attica, Greece
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气候变化加剧的野火烧毁土壤地球化学，研究2024年雅典火灾对PTEs和PAHs的影响。通过对比烧毁、未烧及预火灾土壤，发现灰烬中Pb、Zn、Cd等重金属及PAHs含量显著升高，烧毁土壤As和Hg富集。运用EF、PLI等指数分析显示As和Sb污染严重，Pb、Zn、Cd中度污染。研究揭示了火灾改变土壤化学性质，影响元素迁移及环境风险，为灾后管理和生态保护提供依据。
帕纳约蒂斯·帕帕佐托斯（Panagiotis Papazotos）| 特里安塔菲利亚·萨马拉（Triantafyllia Samara）| 亚历山德罗斯·利亚科波洛斯（Alexandros Liakopoulos）
希腊地质与矿产勘探调查局（Hellenic Survey of Geology and Mineral Exploration），地址：1 Sp. Louis str., 13677 Acharnae, 希腊
摘要
气候变化加剧的野火改变了土壤的地球化学特性，但它们对潜在有毒元素（PTEs）和多环芳烃（PAHs）的分布、迁移性及其作用机制的影响仍知之甚少。本研究调查了2024年8月11日发生在希腊阿提卡地区的野火对土壤地球化学的影响，该火灾影响了104平方公里的区域。2024年10月，研究人员收集了52个样本，包括野火灰烬（WA）、烧毁的土壤（BS）和未烧毁的土壤（NB），同时使用火灾前的土壤作为参考土壤（RS）。研究测定了具有关键毒理学和环境意义的关键PTEs和PAHs，并对其进行了分析。数据通过化学计量学、统计学、地球环境指数和空间制图方法进行处理。与BS相比，WA样本中的铅（Pb）、锌（Zn）、锡（Sn）、镉（Cd）和总PAHs（TPAHs）含量更高；而BS样本中的砷（As）和汞（Hg）含量升高。铅（Pb）、镉（Cd）和锡（Sn）在WA和BS中的浓度均高于NB和RS样本。富集因子（EF）、污染负荷指数（PLI）和地球积累指数（Igeo）显示，砷（As）和锑（Sb）的富集/污染程度较高，铅（Pb）、锌（Zn）和镉（Cd）的富集程度中等，而铀（U）、汞（Hg）、锡（Sn）、铬（Cr）、铜（Cu）和镍（Ni）的富集程度较低或不存在。火灾后PTEs和PAHs的含量受到土壤性质（如有机质含量-SOM、pH值）、火灾严重程度（如温度、持续时间）、地质/地球化学背景（如矿物组成、地貌）、土地利用（植被、人为影响）、野火灰烬的扩散以及元素特定的地球化学特性（如挥发性、形态）的影响。研究表明，野火增加了特定PTEs和PAHs的含量，改变了它们的空间分布，并提高了其在环境中的迁移性。全面了解野火引起的土壤地球化学变化有助于制定民事保护策略，并推动生态保护和公共卫生工作。
引言
由于气候变化持续影响全球天气模式，由自然事件或人为活动引发的野火变得越来越频繁和严重（Pausas和Keeley，2021；Srisopa等人，2023；Polychroni等人，2025）。虽然野火可能对生态系统有益，但火灾强度的增加会导致严重的环境问题（He等人，2019；Panico等人，2023；Sharma和Kumar，2025）。最严重的问题之一是释放有毒物质，如潜在有毒元素（PTEs，包括砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）、汞（Hg）和锌（Zn）以及多环芳烃（PAHs，如萘（Nap）、氟烯（Flu）、苊（Acy）、菲（Phe）等（Campos等人，2015；Fernandez-Marcos，2022；Rao和Parsai，2025）。这些污染物在植被和土壤有机质（SOM）燃烧过程中产生，并可能被野火灰烬（WA）和土壤颗粒吸收。火灾后的降雨会将这些污染物带入附近的河流、湖泊和其他水体，对生态系统和人类健康构成威胁（Nunes等人，2018；Rao等人，2024）。火灾会改变土壤的性质，包括有机质含量、pH值、防水性和微生物群落（González-Pérez等人，2004；Certini，2005；Roshan和Biswas，2023）。这些变化会阻碍土壤的恢复和生态系统的功能（Doerr和Cerdà，2005）。随着火灾活动的增加，特别是在干旱和高温地区，迫切需要更好地了解火灾对土壤和水系统的影响（Abraham等人，2017）。这种理解对于采取保护生态系统和确保气候变化背景下清洁水资源的策略至关重要。
野火是地中海生态系统中的常见干扰现象，随着该地区持续变暖和干燥（Polychroni等人，2025），希腊已成为近年来受影响最严重和最脆弱的国家之一。在这种易发生火灾的背景下，了解火灾的后果至关重要，因为它们直接影响土壤肥力、侵蚀风险以及养分和PTEs的循环。先前在希腊和其他地中海地区的研究已经记录了野火引起的土壤pH值、有机碳（SOC）变化、养分可用性和PTEs迁移性的变化（Megremi等人，2024；Alexakis，2020；Panagiotaras等人，2024）。值得注意的是，在优卑亚岛的超基性环境中，研究发现野火后铬（Cr）、镍（Ni）和锰（Mn）的释放量增加（Megremi等人，2024），而在其他地方的研究则报告了土壤质量恶化、地球化学平衡破坏以及植被再生能力下降的情况（Panagiotaras等人，2024）。尽管有先前的研究，但将PTEs和PAHs结合使用的火灾前后数据集仍然有限。此外，捕捉火灾前后土壤变化的时间序列数据也非常稀缺，这限制了我们追踪污染物释放、迁移性和长期命运的能力。跨不同岩性、火灾强度和反复燃烧历史的比较研究也缺乏，这限制了我们对控制污染物行为的环境因素的理解；解决这些差距在科学和社会层面都十分紧迫。为希腊编制国家土壤地球化学图谱将提供关于化学元素分布的必要基线信息，建立适用于当地地质和生态系统的地球化学背景和/或阈值，并为评估野火影响提供可靠的参考。通过将野火影响、PTEs行为和土壤响应整合到一个统一的框架中，此类研究超越了现有文献，直接为环境健康、土壤质量和地中海景观的生态系统恢复提供了依据。在气候变化、土地利用压力和广泛土壤退化的背景下，这些见解对于制定基于证据的土地管理、风险评估和火灾后恢复策略至关重要。
本研究旨在评估野火对环境中PTEs和PAHs分布和循环的影响。为此，我们研究了2024年8月11日发生在希腊阿提卡地区的野火案例。在此期间，我们进行了系统的采样工作，从烧毁区域（BS）和未烧毁区域（NB）收集了土壤样本以及野火灰烬样本。此外，我们还使用了希腊地质与矿产勘探调查局（HSGME）地球化学与环境部门研究人员收集的火灾前土壤样本数据。这些数据被用于编制《希腊土壤地球化学图谱》（GAG）（另见Kontomichalou等人，2023），作为火灾前的参考土壤数据。GAG是一个由HSGME研究团队实施的雄心勃勃的项目，旨在为大量化学元素（包括最重要的PTEs）编制地球化学地图，并确定希腊土壤中每种元素的背景值。在该研究区域，首次测定了包括PTEs、PAHs和pH值在内的大量化学参数，并对这些数据进行了高级化学计量分析，以量化野火如何改变土壤的化学性质。这些分析包括统计评估、地球环境指数的计算以及空间分布图的生成。此外，本研究首次尝试应用综合地球环境指数来分析地中海地区的野火，比较火灾前后的环境条件和土壤地球化学特性。据我们所知，这是首批研究野火对土壤地球化学影响并评估全球范围内火灾后土壤质量的研究之一，也是首次在希腊应用地球环境指数进行火灾后土壤质量评估的研究。研究结果为环境地球化学、地表和地下地球化学过程、土壤科学和医学地质学提供了宝贵的见解。最后，这项研究强调了将野火研究与希腊的地球化学基准相结合的新颖性和重要性，从而为生态保护和人类健康保护做出了贡献。
本研究旨在评估野火对环境中PTEs和PAHs分布和循环的影响。为此，我们研究了2024年8月11日发生在希腊阿提卡地区的野火案例。在此期间，我们进行了系统的采样工作，从烧毁区域（BS）和未烧毁区域（NB）收集了土壤样本以及野火灰烬样本。此外，我们还使用了希腊地质与矿产勘探调查局（HSGME）地球化学与环境部门研究人员收集的火灾前土壤样本数据。这些数据用于编制《希腊土壤地球化学图谱》（GAG），作为火灾前的参考土壤数据。GAG是HSGME研究团队实施的一个雄心勃勃的项目，旨在为大量化学元素（包括最重要的PTEs）编制地球化学地图，并确定每种元素在希腊土壤中的背景值。在该研究区域，首次测定了包括PTEs、PAHs和pH值在内的大量化学参数，并对这些数据进行了高级化学计量分析，以量化野火如何改变土壤的化学性质。这些分析包括统计评估、地球环境指数的计算以及空间分布图的生成。此外，本研究首次尝试应用综合地球环境指数来分析地中海地区的野火，比较火灾前后的环境条件和土壤地球化学特性。据我们所知，这是首批研究野火对土壤地球化学影响并评估全球范围内火灾后土壤质量的研究之一，也是首次在希腊应用地球环境指数进行火灾后土壤质量评估的研究。研究结果为环境地球化学、地表和地下地球化学过程、土壤科学和医学地质学提供了宝贵的见解。最后，这项研究增强了我们对气候变化（如雅典野火）如何影响PTEs、PAHs和其他化学化合物在土壤中的循环的理解，揭示了火灾在人口密集的大城市中引起的变化如何影响生态系统和人类健康。
案例研究
研究区域位于北纬38°01′00″至38°15′12″、东经23°50′28″至23°57′58″之间，属于半干旱的地中海气候（Csa），夏季炎热干燥，冬季凉爽湿润，年平均降水量为588.9毫米，平均温度为17.4°C（Papazotos等人，2019）。2024年8月11日，一场灾难性的野火在中午时分点燃，并在强劲的北风驱动下迅速蔓延至约104平方公里的范围内。
采样
2024年10月，研究人员在27个不同地点系统地收集了52个样本（图3）；采样坐标通过GPSMAP 276Cx全球定位系统（GPS）设备记录。共收集了32个土壤样本、18个野火灰烬样本和两个空白对照样本（包括重复样本）。为确保数据质量和代表性，随机选择了7个重复样本，其中包括3个土壤样本。
质量控制
本研究实施了以下质量控制程序：
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现场和实验室空白对照样本：共确定了4个空白样本；分析了2个现场空白样本和2个实验室空白样本。所有空白样本的结果均显示在采样和样本制备过程中没有污染，证实了结果的可靠性。
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标准参考物质（SRMs）：分析了两种SRMs（OREAS 502c和OREAS 151b），其测定结果与认证值一致。
结论
通过火灾后的土壤采样活动，结合火灾前的数据，评估了2024年8月11日阿提卡地区野火对土壤地球化学的影响。测定了包括PTEs和PAHs在内的全面化学参数集。使用统计方法、地球化学制图和地球环境指数对数据集进行了分析，以验证野火改变土壤地球化学的假设，并阐明野火和气候变化对人类的间接影响。
作者贡献声明
亚历山德罗斯·利亚科波洛斯（Alexandros Liakopoulos）：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目规划、方法论设计、调查实施、资金筹集、数据管理。特里安塔菲利亚·萨马拉（Triantafyllia Samara）：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、验证、方法论设计、调查实施、数据分析、概念构建。帕纳约蒂斯·帕帕佐托斯（Panagiotis Papazotos）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、软件应用、方法论设计、调查实施、数据分析。
未引用的参考文献
Bergkvist等人，1989；EN 12176，1998；Hans Wedepohl，1995；ISO 18287，2006；Muller，1969；Papazotos等人，2019a；Salomons和Forstner，1984；Tuhy等人，2021；Waalkes等人，1989。参与同意书
不适用。出版同意书
不适用。伦理批准
不适用。利益冲突
作者声明没有利益冲突。数据和材料的可用性
数据可应要求提供。资助
本研究由国家发展计划（NDP）下的公共投资计划（PIP）资助，项目编号为20204（“编制希腊领土痕量元素分布土壤地球化学地图指南手册——痕量元素分布”）。利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。致谢
数据是在国家发展计划（NDP）下的公共投资计划（PIP）框架内收集的，项目编号为20204（“编制希腊领土痕量元素分布土壤地球化学地图指南手册——痕量元素分布”）。作者感谢A女士和Argyraki教授在土壤GAG项目中的贡献，同时也要感谢E女士的帮助。
