近年来，全球气候变化的加剧和人类活动的增加导致森林火灾的频率和燃烧面积急剧上升。统计数据显示，全球每年发生超过20万起森林火灾，破坏的森林面积占世界总森林面积的1%以上（Parks等人，2025年；Zhao等人，2024年；Cunningham等人，2024年；Reichstein等人，2013年；Van等人，2017年；Knorr等人，2016年）。森林火灾每年产生的大量烟雾颗粒对森林和城市生态系统造成严重影响（Jones等人，2024年；Jin等人，2022年）。这些烟雾颗粒携带大量的碳（C）、氮（N）和磷（P）等植物生长所需的营养元素和微量元素。通过大气传输、迁移和沉积，它们最终在森林土壤中积累，重新进入森林生态系统并参与养分循环（Ma等人，2022年；Ma等人，2021年；Ma等人，2019年；Zhan等人，2025年；Huang等人，2025年；Lin等人，2023年）。
火灾干扰对森林生态系统养分循环的影响是一个基本的科学问题，长期以来一直受到学者们的关注。相关研究主要集中在森林火灾对植物和土壤的生态化学计量特性的直接影响（Pellegrini等人，2021年；Liu等人，2024年），以及火灾后森林生态系统中养分元素化学计量特性的时空动态。这些研究主要涉及火灾相关因素，如火灾强度、火灾频率、火灾后恢复期（Kirkman等人，2014年；Butler等人，2017年；Bowd等人，2019年）、植被类型（Guo等人，2024年）和土壤性质（Zhu等人，2023年）。然而，关于森林火灾大量排放的烟雾颗粒沉积实际影响的研究仍处于起步阶段，大多数研究集中在大规模的时空动态和排放建模上。相比之下，关于烟雾沉积对凋落物和土壤性质影响的现场野外研究仍然很少。因此，探索森林火灾烟雾沉积对森林土壤环境的影响具有重要的实际意义。
近年来，森林火灾烟雾在森林生态系统内物质迁移和再分配中的“外源性”作用已成为研究热点。研究表明，森林火灾可以在极大的空间尺度上重新分配养分，对全球生物地球化学循环产生显著影响（Pausas和Bond，2020年）。森林火灾产生的烟雾为氮的跨生物群落流动提供了途径，有助于维持森林生态系统的生产力（Chen等人，2010年）。例如，森林火灾产生的烟雾对美国全国的氮沉积有显著贡献，估计年沉积率为每公顷0.2千克氮，这对树木的生长和存活有后续影响（Koplitz等人，2021年）。然而，植物是否可以直接吸收来自森林火灾烟雾沉积的氮——而不是依赖土壤介导的转化——尚未得到解答（Huang等人，2024年）。此外，森林火灾烟雾还可以增加大气气溶胶的质量浓度及其有机磷含量，从而提高氮和磷的相对干沉降率（Vicars等人，2010年在内华达山脉观察到），并在阿拉斯加北部的北方森林中发挥关键作用（Nagano和Iwata，2017年）。非洲草原的火灾为邻近森林提供养分（Bauters等人，2018年），并可能贡献亚马逊盆地年磷沉积量的50%以上（Barkley等人，2019年）。最近的研究进一步强调了根际在烟雾沉积下调节碳循环的作用，尽管在亚热带生物防火带中的证据仍然较少（Zhan等人，2025年）。这些研究表明，森林火灾烟雾沉积对生态系统养分循环有显著影响，即使是与森林火灾排放相关的大气沉积的微小变化也可能对生态环境产生重大影响（Koplitz等人，2021年）。尽管多项研究客观指出了森林火灾烟雾“外源性”沉积对森林生态系统的巨大潜在影响，但大多数研究仍依赖于遥感和建模进行估算。目前，现场实验研究仍然很少。
鉴于此，本研究以中国亚热带地区的Schima superba Gardner & Champ生物防火带为研究对象，进行了森林火灾烟雾沉积的野外模拟实验。防火带是一种火灾影响最小的特殊环境，因此可以避免火灾热量和烟雾的干扰，仅研究烟雾的影响。中国亚热带地区的生物防火带是森林火灾预防系统的重要组成部分，具有重要的生态和社会效益。截至2024年，已建立了总长度为106,000公里的生物防火带网络，形成了有效的防火屏障，有效阻止了火灾蔓延并减少了火灾发生频率。从树种组成来看，该地区的生物防火带主要由耐火物种组成，主要包括S. superba、Michelia macclurei（Dandy）Figlar、Camellia oleifera C. Abel.和Myrica rubra Sieb. & Zucc.。其中，S. superba由于其强大的耐火能力和快速生长成为生物防火带建设中的主导物种（Ouyang等人，2023年；Yang等人，2022年；Zheng等人，2022年）。该研究监测了一年内凋落物和土壤中碳、氮、磷的含量及其化学计量比、物理化学性质、酶活性以及细菌群落结构和组成的变化。还分析了森林燃料燃烧过程中烟雾中各种营养元素的释放和分布。
本研究旨在解答以下科学问题：（1）湿烟雾的沉积如何影响凋落物和土壤层中碳、氮和磷营养元素的含量？（2）森林火灾烟雾沉积对S. superba防火带中碳、氮、磷的化学计量比、物理化学性质、酶活性以及细菌群落的组成和多样性有何影响？此外，（3）森林火灾烟雾在凋落物-土壤系统内部引发了哪些潜在的相互作用？结构方程建模用于研究烟雾沉积如何影响森林土壤养分、酶活性和优势菌类的丰度。本研究期望为受火灾影响森林的生态管理和火灾后恢复提供理论和数据支持。
