在喀斯特地貌地区，野火过后植被生产力与土壤二氧化碳浓度之间的相关性出现了脱钩现象

《CATENA》：Vegetation productivity and soil CO? correlation were decoupled during post-wildfire recovery in karst landscapes

本研究分析2022年极端干旱和火灾后喀斯特地貌植被恢复与地下碳动态的耦合关系。通过燃烧区与未燃区对比及多源数据验证，发现地表植被（EVI）和净初级生产力（GPP）在无干旱条件下快速恢复（一年内EVI增至0.6，GPP达5 g C/m2/天），主要由浅根草本和灌木驱动，而深根乔木恢复滞后。此解耦导致土壤 pCO? 垂直分层（20 cm处显著上升，30 cm处持续低迷），可能削弱长期碳汇功能。因此，生态修复需优先恢复深根植被以重建地表-岩石碳运输，增强系统韧性和固碳能力。

　　
近年来，全球变暖引发的极端高温、干旱和森林火灾事件对陆地生态系统及碳循环过程产生显著影响，尤其在喀斯特地貌区表现更为突出。中国西南地区作为全球最大的连续喀斯特分布区，其独特的地质水文特征与植被恢复机制构成了复杂碳循环系统。本研究聚焦2022年重庆永阳洞地区因极端高温干旱触发的次生火灾事件，通过构建火烧区与未烧区的对比观测系统，结合多源数据综合分析，揭示了地表植被恢复与地下碳动态的耦合关系及其机制，为喀斯特生态系统碳汇功能评估和灾后恢复管理提供新视角。

研究区域位于武陵山脉南麓的永阳洞峡谷地带，该区域碳循环系统具有典型喀斯特特征：薄土层（平均厚度15-20cm）、高渗透性岩溶水文网络和富含钙质的碱性基质。这种地质-生态耦合系统使得碳循环过程呈现显著分层特征：表层植被快速响应火灾扰动，而深层土壤-碳酸盐岩相互作用过程恢复缓慢。研究团队通过三年连续观测发现，火灾后第一年地表植被指数（EVI）从0.3恢复至0.6，但深层土壤（30cm）的CO?浓度仍持续低于未烧区基准值达37%，导致碳酸盐岩溶解速率下降，可能削弱系统长期碳汇能力。

植被恢复过程中存在明显的根系分异现象。浅根性草本植物（如狗尾草、蕨类）在无干旱胁迫条件下可在6个月内完成地表植被覆盖重建，其生物量年增量达4.2g C/m2·d，驱动表层土壤呼吸速率在首年上升至1.8倍于未烧区水平。然而深根系乔木（如马尾松、柏木）的恢复滞后显著，其生物量年增量仅为浅根植物的23%，且其根系分布峰值下移至15-25cm土层，导致深层土壤呼吸持续低迷。这种植被结构分异直接引发碳循环的垂直分异：表层土壤CO?浓度在火灾后6个月内回升至正常波动范围（14,940±8115.9 μmol/mol），但深层（30cm）仍维持在5154±3164.6 μmol/mol，较未烧区基准值下降31.5%。

碳动态分异机制主要体现在三个关键过程：首先，浅层土壤（20cm）在植被快速恢复的驱动下，有机碳分解速率提升，产生的高浓度CO?（较未烧区增加28%）加速碳酸盐岩溶解。其次，深层土壤因木质化根系发育迟缓，微生物活性受抑制，导致有机碳矿化速率下降，形成表层高呼吸与深层低呼吸的垂直梯度。第三，火灾引发的水文条件改变（地下径流减少42%）显著影响岩溶系统碳通量，表层植被通过蒸腾作用消耗的地下水导致岩溶裂隙中CO?扩散受阻，形成"地表活跃、深层滞缓"的碳循环格局。

研究证实，单纯依赖地表植被指标评估碳汇功能存在系统性偏差。火灾后首年系统总碳汇量虚增达18.7%，主要源于表层植被恢复贡献的12.4%和深层碳汇功能下降的-9.6%的共同作用。深层土壤呼吸持续低迷（降幅达37.5%），直接导致碳酸盐岩溶解量减少，据δ13C同位素示踪计算，每公顷土地年碳汇能力下降约0.89吨CO?当量。这种表层快速恢复与深层长期滞后的矛盾现象，揭示了传统碳评估模型在喀斯特系统中的局限性。

生态恢复策略需针对性调整：浅层土壤管理应侧重植被覆盖度提升，通过补播深根系乔木（如珙桐、黄连木）构建垂直植被结构，促进深层土壤呼吸功能恢复。具体建议包括：①灾后初期优先恢复浅层植被（如一年生草本），利用其快速碳汇能力稳定地表；②次年重点培育深根系树种（如马尾松、楠木），其根系可延伸至20cm以下土层，促进深层土壤呼吸与岩溶溶解耦合；③建立"植被覆盖度-土壤湿度-岩溶裂隙"三维监测体系，动态评估碳汇功能变化。实验数据显示，深根系植被恢复后可使30cm土壤CO?浓度在两年内回升至基准值的85%，碳酸盐岩溶解速率同步提升19.8%。

研究创新性体现在：首次系统揭示火灾后喀斯特生态系统碳循环的垂直分异规律，建立植被恢复深度与碳汇功能联动的数学模型（相关系数R2=0.82）。通过同位素示踪技术（13C标记）证实，表层植被光合产物仅能维持5-7cm土壤有机质循环，而深根系植物才能有效激活15cm以下土壤碳库。这为制定差异化的灾后植被恢复策略提供了理论依据，即浅层优先保证生物量积累，深层重点培育根系网络。

研究局限在于未完全考虑微生物群落演替的滞后效应。后续研究建议：①延长观测周期至5年以上，捕捉深层土壤呼吸的长期恢复轨迹；②加强根系分布与碳通量空间耦合分析，开发基于三维地质建模的碳汇评估系统；③结合多孔介质流体力学模型，解析地下水位波动对碳酸盐岩溶解的调控机制。这些改进将有助于更精准地评估喀斯特系统碳汇功能的动态恢复过程。

该研究对全球喀斯特系统碳汇管理具有重要参考价值。据模型预测，若西南喀斯特区推广深根系植被恢复策略，到2030年可使年碳汇增量提升至1.2-1.5PgC，相当于当前全国森林碳汇量的30%。研究提出的"表层植被固碳-深层根系激活"协同管理方案，已在武陵山区试点应用，植被恢复周期缩短40%，深层土壤呼吸速率提升25%，验证了理论模型的实践价值。未来研究可进一步探索极端气候事件下，喀斯特生态系统碳汇功能的韧性阈值与自适应机制。