这一发现指出了一种操纵世界自然碳捕获和储存能力的新方法，这也有助于维持自然生态系统进程。研究结果发表在今天的《自然地球科学》杂志上。

“在森林中使用控制燃烧来减轻未来野火的严重性是一个相对知名的过程。但我们发现，在包括温带森林、大草原和草原在内的生态系统中，火灾可以稳定甚至增加土壤碳，”剑桥大学植物科学系的亚当·佩莱格里尼博士说，他是该报告的第一作者。

他补充说:“全球大部分自然生态系统的火灾都是可控的，所以我们应该把这看作一个机会。人类正在操纵一个过程，所以我们也可以弄清楚如何操纵它，以最大限度地增加土壤中的碳储量。”

火灾会烧毁土壤中的植物物质和有机层，在严重的野火中，这会导致碳的侵蚀和淋滤。失去的土壤碳需要几年甚至几十年的时间才能重新积累起来。但是研究人员说，火灾还可以在土壤中引起其他变化，从而抵消这些直接的碳损失，并可能稳定生态系统的碳。

火以几种方式稳定土壤中的碳。它产生了非常不易分解的木炭，并形成“聚集体”——可以在中心保护富含碳的有机物质的物理土壤块。火还能增加土壤中与矿物质紧密结合的碳含量。

“当火灾的频率和强度合适时，生态系统可以储存大量的碳。这一切都是关于碳从死去的植物生物量进入土壤，和碳从分解、侵蚀和淋滤的土壤中流失的平衡，”佩莱格里尼说。

当火灾太频繁或太严重时——在植被密集的森林中经常发生这种情况——他们会烧掉所有死去的植物物质，否则这些物质会分解并释放碳到土壤中。高强度的火灾还会破坏土壤的稳定性，破坏矿物质中的碳基有机物，杀死土壤中的细菌和真菌。

没有火，土壤中的碳会被循环利用——植物中的有机物被微生物消耗，并以二氧化碳或甲烷的形式释放出来。但罕见的低温火灾可以通过形成木炭和防止分解的土壤团聚体来增加土壤碳的保留。

科学家们说，生态系统也可以通过管理来增加土壤中储存的碳量。草原中的大部分碳都储存在地下，在植物的根部。有控制的燃烧有助于促进草的生长，可以增加根系生物量，从而增加碳的储存量。

“在考虑如何管理生态系统来捕获和储存大气中的碳时，火灾通常被视为一件坏事。我们希望这项新研究将表明，如果管理得当，火灾也可以是好事——既有利于维持生物多样性，也有利于碳储存，”佩莱格里尼说。

这项研究的重点是表层土壤中储存的碳，即深度小于30厘米的土壤。全球土壤中储存的碳比全球植被和大气中储存的碳总和还要多。自然火灾发生在世界上大多数生态系统中，是全球碳循环的一个重要过程。

这项研究由盖茨比慈善基金会资助。

Journal Reference:

1. Adam F. A. Pellegrini, Jennifer Harden, Katerina Georgiou, Kyle S. Hemes, Avni Malhotra, Connor J. Nolan, Robert B. Jackson. Fire effects on the persistence of soil organic matter and long-term carbon storage. Nature Geoscience, 2021; DOI: 10.1038/s41561-021-00867-1ed December 27, 2021).