北京师范大学地理科学学部陈子悦教授团队及合作者揭示全球大规模森林火灾严重程度加剧导致火后森林恢复时间延长

4月22日，北京师范大学地理科学学部陈子悦教授团队联合中科院地理所等团队在Nature Ecology & Evolution发表题为“Increasing severity of large-scale fires prolongs recovery time of forests globally since 2001”的研究论文。该研究通过严格筛选全球3281起大规模单次火灾事件（large-scale single-time fire events, LSFs），采用多指标评估体系，整合NDVI、LAI和GPP等多源遥感数据，从不同维度系统解析了火后森林恢复的时间异质性特征，并基于多模型驱动分析方法揭示了不同时间和气候带下影响森林恢复的主要驱动因素。研究发现2010年后全球森林恢复时间显著延长，其中火灾严重程度是导致变化的主导因素，并且恢复时间对火灾严重程度的正向敏感性显著增加。该研究为深入理解全球森林恢复机制、精准估算森林碳汇潜力以及制定灾后管理策略提供了重要科学依据。

森林在全球生态系统服务、碳循环及气候变化调节中具有关键作用。然而，在人类活动与气候变化的影响下，全球森林火灾，特别是破坏性更强的极端大规模火灾（LFs），其频率与强度呈显著增加趋势，对森林结构与功能产生显著影响。LFs不仅直接导致大量碳排放，其与全球变暖及干旱的耦合效应增加了火后森林恢复的难度，进而导致恢复期内累积碳汇损失（该损失可能超过火灾直接排放量），并可能引发森林退化，尤其对未来潜在的高碳汇区域（如北方森林）构成威胁，增加其由碳汇转变为碳源的风险。然而在全球尺度上系统性探究LFs后自然森林恢复时间的研究尚存空白。鉴于火灾排放在全球碳循环中的作用日益凸显，亟需探究2010年前后火灾特征（尤其是严重性）与气候条件的变化，及其对全球森林火后恢复过程的共同影响机制。深入理解LFs后的森林恢复机制及其关键驱动因素，对于准确评估森林碳汇潜力、制定有效的火后森林管理与干预策略、以及维持生态系统服务的可持续性具有重要意义。然而，目前尚缺乏全球尺度上关于LFs对森林恢复时间影响的系统性研究。

针对该问题，陈子悦团队基于Fire Events Delineation（FIRED）数据集（2001-2021）并整合多源遥感数据，采用混合方法框架结合自动化干扰检测算法与专家人工目视解译，在全球尺度上从数百万起森林火灾事件中系统识别并筛选了2001年以来3281起大规模单次森林火灾事件（LSFs；过火面积≥10 km²）。该筛选过程采用严格的质量控制标准，确保所有入选火灾事件均满足：（1）空间独立性（未发生复燃）；（2）时间完整性（具有完整的7年恢复期观测数据，这是生态系统重建的关键阶段）；（3）干扰单一性（排除人为干扰及其他极端灾害对森林演替的影响，确保恢复过程反映自然植被再生动态）。研究旨在探究火灾强度和气候变化加剧背景下森林恢复进程的变化以及具体影响因素。研究使用归一化差异植被指数（NDVI）、叶面积指数（LAI）和总初级生产力（GPP）等多维指标，从植被覆盖、冠层结构和生态系统功能三个维度定量评估火灾影响，并系统分析不同时期（2010年前后）、树种组成和气候带下的火后森林恢复的异质性。基于多模型归因分析，研究详细揭示了不同时期和气候带下主导森林恢复的关键驱动因素，为改进森林碳汇估算及指导火后管理提供科学依据。

研究首次系统证实2010年后全球大尺度森林火灾严重程度显著增强（图1）。基于差异归一化燃烧指数（dNBR）的分析表明，与2010年前相比，2010年后的LSFs严重程度呈现显著增加（P < 0.001），此现象在北美西部（WNA）、西伯利亚中东部北部（CENS）及澳大利亚东南部（SEA）等热点区域尤为突出。该增长趋势在湿润地区（中位数dNBR增加14.4%）与干旱地区（增加42.9%）均达到显著水平。从气候区来看，严重程度增幅自热带至寒带逐渐加大，寒带地区增幅达54.3%。所有森林类型均受到影响，其中常绿针叶林（ENF）受损最为严重；常绿阔叶林（EBF）、落叶针叶林（DNF）和落叶阔叶林（DBF）的中位数dNBR亦分别显著增加了15.7%、48.2%和42.4%（P < 0.001）。

图1 全球3281起LSFs的火灾严重程度变化

研究进一步详细阐明了LSFs对植被结构和功能的破坏程度及其恢复过程差异（图2）。LSFs导致森林植被指数（NDVI）、叶面积指数（LAI）和总初级生产力（GPP）显著下降，平均降幅分别为19.5%、34.1%和23.2%。并揭示2010年后LSFs导致的森林恢复难度显著增加，具体表现为：完全恢复比例降低、平均恢复时间延长（平均减少2.3%）、恢复停滞现象增多（平均增加3.0%），更重要的是首次揭示了恢复时间对火灾严重程度的正向敏感性显著增强的现象（图3和图4）。火灾严重程度加剧不仅延长了恢复周期，亦增加了恢复停滞现象的发生频率，此现象在北方森林尤为突出。这可能预示着区域性森林衰退的风险，进而对全球碳循环及生态系统服务功能构成潜在威胁。

图2 火后森林的恢复轨迹

图3 火后森林的恢复时间

图4 火后森林的恢复时间对火灾严重程度敏感性变化

基于多模型驱动分析的结果，研究发现大规模森林火灾的严重程度对火后森林恢复具有主导性抑制作用，其负面效应强于火后气候条件的影响（图5）。值得关注的是，气候因子的作用表现出复杂性：2010年后，温度异常的影响由促进作用转变为显著抑制作用；相比之下，土壤湿度异常则持续作为关键的积极因素促进恢复，尤其在干旱地区表现显著，然而，在研究覆盖时段内，大部分受火区域的土壤湿度呈现下降态势。

图5 影响火后森林恢复的因素

研究强调目前环境条件的变化对火后森林恢复的不利影响逐渐加剧，尤其是气温升高和土壤水分匮缺。此外，当前的地球系统模型未能充分整合火灾严重性加剧及恢复周期延长对碳循环的复杂影响，这可能引致对森林碳汇能力的过高评估。未来研究应着力于深入解析气候变化（尤其关注温度升高与干旱加剧）与火灾严重性对森林恢复过程的交互作用机制，还需要特别注意森林火灾尺度差异（大规模火灾与中小规模火灾）对森林恢复研究的影响。同时，研究强调了加强有效火后管理策略与干预措施的必要性，以应对日益严峻的森林恢复挑战。

国际关注气候变化科学和政策的媒体 “碳简报”（Carbon Brief）对该研究发布了专门的亮点报告。（https://www.carbonbrief.org/forests-taking-longer-to-recover-from-severe-megafires-since-2010/）

作者信息：北京师范大学硕士生吕前程为本文第一作者，教授陈子悦和中国科学院地理所研究员吴朝阳为共同通讯作者，合作者还包括北京师范大学院士王桥、西南大学教授樊磊，中国科学院生态环境科学研究中心研究员苏泳娴，西班牙生态研究和林业应用中心（CREAF）教授Josep Peñuelas，南京大学教授李满春，中国农业大学教授高秉博等。

该研究得到了国家自然科学基金项目（NO.42192580，NO.42171399和NO.42125101）的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41559-025-02683-x