细菌和真菌是重建烧焦森林的先驱

野火后的残骸为某些微生物提供了丰富的营养盛宴。
A beefsteak fungus growing in a forest.
森林中生长的牛排真菌。 Deposit Photos

野火对生态系统有多种影响。虽然许多 是负面的,但一些动物在火灾后得以繁衍,从 被烧焦的残骸为昆虫和小动物提供了庇护所,例如 黑背啄木鸟和斑点猫头鹰

2月6日发表在《分子生态学》杂志上的一项研究中,加州大学河滨分校(UCR)的研究人员研究了2018年加利福尼亚州橙郡和河滨县发生的 圣火(Holy Fire)是如何影响火焰熄灭后一段时间的细菌和真菌的。大火烧毁了超过23,000英亩的土地,摧毁了24处建筑。 

[相关:野火正在烧毁美国西部地区的积雪。]

UCR真菌学家、该研究的合著者Sydney Glassman带领一个研究团队进入了 烧焦区域,也就是野火在土地上留下的明显痕迹。“当我们第一次进入火区时,灰烬齐膝高。那是一场非常严重的火灾,” Glassman在一份声明中说

A mushroom grows out of the dark charred remains of a wildfire.
2018年加州圣火(Holy Fire)烧焦区微生物生命迹象。图片来源:Sydney Glassman/UCR Sydney Glassman/UCR

在接下来的 G 年里,该团队九次访问了烧焦区,将烧焦的土地与附近未烧毁的土壤样本进行比较。微生物数量下降了50%到80%,并且在火灾后的第一年没有恢复。但有些物种找到了生存之道。 

“某些物种的丰度有所增加,事实上,丰度随时间在烧毁的土壤中有非常快速的变化,” Glassman说。“在未烧毁的土壤中没有发生任何变化。”

在火灾后的第一年,多种微生物轮流占据了烧毁的土壤,微生物随时间发生了明显的变化。“当一个物种减少时,另一个物种就出现了,” Glassman说

在火灾后的初期,发现了对火和更高温度有高耐受性的微生物。随着时间的推移,研究小组发现了更多孢子数量多的快速生长生物,因为它们似乎能够利用竞争微生物较少的空间。 

能够消耗木炭和火灾后的含氮碎屑的生物在一年接近尾声时往往占据主导地位。 

UCR植物病理学博士候选人、该研究的合著者Fabiola Pulido-Chavez注意到,火灾后微生物中参与甲烷代谢的基因数量翻了一番。甲烷氧化菌是调节甲烷分解的微生物,而甲烷是一种强效的 温室气体。 

“这一令人兴奋的发现表明,火灾后的微生物可以‘吃’甲烷来获取碳和能量,并可能帮助我们减少温室气体,” Pulido-Chavez在一份声明中说

研究小组测试了真菌和细菌能否根据其个体特征在不同时间点茁壮成长,或者土壤中优势物种变化的原因是否另有他因。

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“我们认为,一种生物不可能在烧毁区生存所需的所有技能方面都表现出色,” Glassman说。“如果你擅长耐热,你可能就不擅长快速生长。”

火灾后土壤中的过程与人体在压力下的情况类似。例如,当患者 服用抗生素 时,药物会破坏肠道细菌,然后出现新的生物,这些生物要么以前不普遍,要么根本不存在。最终,肠道细菌可能会恢复到感染前的状态,但这并不一定能保证。 

该团队正在努力了解哪些过程有助于土地恢复到火灾前的状态。这些知识可能会改变关于 植物如何适应野火 的旧理论,因为这些微生物并未被纳入其中。“对我来说,这是令人兴奋的,因为微生物长期以来一直被忽视,但它们对生态系统的健康至关重要,” Pulido-Chavez说

一个尚未解答的问题是,这里发展起来的植物和微生物适应是否能够再次适应,以应对另一次超级大火或同一地区反复发生的火灾。未来的研究可以探讨气候变化导致的升温、提前的积雪融化、更长的干旱季节以及 野火增加 对自然火灾恢复的影响。 

“事物可以恢复,但这需要时间,而土地是否能在超级频繁的超级大火后恢复是另一回事。恢复时间能否跟上超级大火的步伐?我们还不知道,” Glassman说

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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