《Pedobiologia》：Wildfire-induced changes in soil invertebrate communities and their link to litter decomposition in a high-elevation temperate forest
编辑推荐：
火灾对智利南部温带雨林土壤无脊椎动物群落及凋落物分解的影响研究。在China Muerta国家保护区，通过凋落物袋实验发现，无论高或低严重度火灾，土壤无脊椎动物丰富度、数量及多样性均显著低于对照区，且凋落物分解速率随火灾严重度增加而降低。研究证实火灾严重程度通过改变土壤性质影响无脊椎动物群落结构，进而抑制凋落物分解，可能威胁森林养分循环系统。
C. Cifuentes-Croquevielle|F. Machuca|R.M. Barahona-Segovia|F. Matus|A. Zú?iga-Feest
智利南方大学科学学院环境与进化科学研究所植物生物学实验室，瓦尔迪维亚，智利
摘要
智利南部的原始森林孕育了独特的特有植物和多样的土壤无脊椎动物，这些生物对养分循环至关重要。然而，由于火灾并非这些生态系统的自然组成部分，因此这些森林面临着非典型的火灾模式。我们假设人为引发的野火可能会显著影响土壤无脊椎动物群落，进而对由这些群落提供的生态系统过程（如枯落物分解）产生连锁效应。我们在China Muerta国家保护区（南纬38度）研究了高强度野火发生八年后的无脊椎动物多样性。研究目的是评估不同火灾强度对群落结构的影响以及其对枯落物分解的作用。我们使用了两种网孔大小的枯落物袋：1毫米的网孔用于防止无脊椎动物进入，5毫米的网孔则允许无脊椎动物进入。这些枯落物袋被放置在受到高强度和低强度火灾影响的区域，以及一个未受火灾影响的对照区域。与对照区域相比，高强度和低强度火灾区域的无脊椎动物丰富度、数量和多样性均显著下降。对照区域的分类群组数量分别是高强度和低强度火灾区域的2.2倍和1.9倍。在数量和多样性方面也观察到了类似的模式。捕食者、杂食性和植食性物种在火灾区域的数量较少。尽管火灾改变了土壤性质，但这些变化与土壤无脊椎动物的组成和营养级群组之间没有显著关联。野火显著影响了枯落物分解速率，其中低强度火灾区域的分解速率最慢（0.041年^-1），其次是高强度火灾区域（0.086年^-1），最后是对照区域（0.114年^-1）。在无脊椎动物无法进入的枯落物袋中，分解速率进一步降低。因此，火灾导致的土壤无脊椎动物群落变化影响了枯落物分解过程，这可能最终会对脆弱的森林生态系统中的养分循环产生影响。
引言
气候变化的主要影响包括温度上升、极端事件（如干旱）以及人为引发的野火（Calvin等人，2023年；Mansoor等人，2022年）。森林野火影响了所有类型的植被，由于温度升高、持续干旱、有机燃料积累以及夏季蒸气压不足，火灾的严重程度不断增加。这些因素通过燃烧枯落物和有机土壤层，显著影响了土壤中的生物群落，最终导致景观过程和生态系统服务发生变化（Coppoletta等人，2016年；Grünig等人，2023年；Lydersen等人，2017年；Malmstr?m，2010年；Singleton等人，2019年）。因此，生态系统在高强度野火后的恢复能力也取决于土壤生物多样性及其在火灾后的恢复力（Malmstr?m，2010年；Moretti等人，2006年；Pressler等人，2019年；Pryke和Samways，2012年）。
土壤无脊椎动物群落通过维持土壤功能（如有机物分解、养分循环、土壤通气和形成）来影响生态系统对火灾的抵抗力（Folke等人，2004年；Lukac，2017年；Wall和Behan-Pelletier，2012年）。然而，当火灾影响土壤无脊椎动物群落时，它们需要数年甚至数十年才能恢复到原来的组成（Auclerc等人，2019年；Gongalsky和Persson，2013年；Malmstr?m，2010年）。通常使用丰富度、数量、生物量和多样性等指标来比较未受火灾影响和受火灾影响的区域（Buckingham等人，2015年；Certini等人，2021年；Malmstr?m，2010年；Pressler等人，2019年；Zaitsev等人，2016年），但火灾后依赖土壤无脊椎动物组成和功能多样性的生态过程仍知之甚少（Maaroufi和De Long，2020年）。
森林火灾后，主要土壤成分（如氮（N）、磷（P）和碳）以及有机质和pH值的化学计量比发生了变化（Bowd等人，2019年；Caon等人，2014年；Certini，2005年）。然而，土壤性质变化与其对土壤无脊椎动物生态属性和功能的潜在影响之间的联系仍是全球土壤研究中的重要空白之一（Maaroufi和De Long，2020年）。幸运的是，最近的研究表明，野火产生的N:P比率会影响森林生态系统中的土壤无脊椎动物食物网及其功能（Butler等人，2019年；Butler等人，2021年）。
土壤无脊椎动物的一个关键作用是枯落物分解。一项全球研究发现，温带和热带地区的枯落物分解速率受到土壤动物的积极影响（Wall等人，2008年）。然而，高强度、频繁发生的火灾会对枯落物分解产生负面影响。根据Auclerc（2019年）的研究，火灾后枯落物分解减少了73%–60%；Brennan（2009年）的研究显示减少了46%；Buckingham（2015年）的研究显示减少了34.7%。这些例子表明土壤无脊椎动物在土壤生态中起着重要作用，但火灾严重破坏了这一功能。
在频繁发生严重火灾的生态系统中（例如南美洲南部的温带森林），火灾对土壤无脊椎动物群落的影响尚不明确（González等人，2010年）。例如，Castro-Huerta（2021）在硬叶林中观察到，随着火灾强度的增加，土壤无脊椎动物的多样性降低；Tello（2020）在Araucaria-Nothofagus混交林中报告某些腐生甲虫营养群的减少。然而，在智利尚未进行实验来研究火灾引起的无脊椎动物生物多样性变化如何影响枯落物分解，或火灾引起的化学计量比变化与土壤无脊椎动物群落之间的关系。
本研究旨在了解野火如何影响南美洲安第斯山脉南部原始温带雨林中的土壤无脊椎动物群落。我们假设无脊椎动物群落在数量、丰富度和营养级群组方面的恢复与火灾强度有关。因此，我们在火灾发生八年后，对安第斯山脉南部的一片原始温带森林中的无脊椎动物多样性进行了研究，并进行了枯落物分解实验。我们评估了：（1）不同火灾强度对土壤无脊椎动物群落的影响；（2）无脊椎动物对不同火灾强度下土壤性质变化的反应；（3）无脊椎动物在各种强度火灾后的枯落物分解中的作用。
研究地点描述
本研究在China Muerta国家保护区内的原始森林中进行，该保护区位于智利中南部（南纬38°42′，西经71°26′）。该保护区占地11,170公顷，位于安第斯山脉（图1）。这片温带雨林的夏季平均气温为19°C（12月至3月），冬季平均气温为5°C（6月至9月），年降水量约为2500毫米，冬季降雪量丰富。土壤类型为
土壤无脊椎动物群落的结构
我们共发现了718个标本，属于42个分类群（以最低的分类分辨率进行分组）。最常见的分类群包括：Acari（272个标本，占总数的38.9%）、Collembola（274个标本，34.4%）、Lasiophanes属（44个标本，6.13%）和Symphyla（31个标本，6.1%）。对照区域包含了总数的50%的标本（n=359）和34个分类群（40.5%），其中18个分类群仅存在于对照区域（补充材料）
火灾后土壤无脊椎动物群落的变化
火灾对土壤无脊椎动物群落的丰富度、数量和多样性产生了负面影响（Moyo，2022年；Pressler等人，2019年）。我们推测，在低强度火灾区域，无脊椎动物的丰富度、数量和多样性会逐渐下降（Certini等人，2021年；Gongalsky和Persson，2013年），这与Castro-Huerta（2021）在智利中部硬叶林中的研究结果相似，其中土壤无脊椎动物群落仅发生了显著变化
结论
在本研究中，我们发现无论火灾强度如何，土壤无脊椎动物群落都受到严重影响。我们预计经过8年的恢复后，低强度火灾区域和未受火灾影响区域之间的差异会很小，但实际上无脊椎动物群落尚未完全恢复。我们认为这些群落的恢复与森林再生密切相关，因为环境异质性增加了栖息地的可用性（Nielsen等人，2011年；Zaitsev等人
CRediT作者贡献声明
C. Cifuentes-Croquevielle：撰写初稿、可视化、方法论设计、研究实施、资金申请。F. Machuca：方法论设计。R.M. Barahona-Segovia：撰写、审稿与编辑、数据管理。F. Matus：撰写、审稿与编辑、概念构思。A. Zú?iga-Feest：撰写、审稿与编辑、方法论设计、研究实施。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了ANID博士奖学金（2015年，编号21200724）的支持，该奖学金授予了C.C.。FM感谢FIRING项目（FIRING：极端森林火灾对自然和管理森林土壤中侵蚀、水分和生物地球化学循环的多尺度影响，ACT210060，ANID-Chile）的支持。我们感谢Melanie Chacón、Sebastián Castro和公园管理员在野外工作中的帮助，以及Andrés González在地图制作方面的协助。
