亚马逊雨林在全球大气和水文过程的调节中起着至关重要的作用，并支持从地方到区域尺度的社会-生态系统（Werth & Avissar, 2002）。由于森林砍伐、气候变化、基础设施发展以及野火蔓延加速，亚马逊森林正在经历前所未有的变化（Oliveras & Malhi, 2016）。全球现代森林砍伐的一半发生在亚马逊东南部，这一区域也被称为“森林砍伐弧”（Lathuillière et al., 2016）。火灾加剧、伐木和经济活动之间的相互作用可能会破坏之前稳定的森林-大气相互作用，使大片亚马逊森林永久转变为以草原、退化土地或草本植被为主的生态系统（Davidson et al., 2012; Nepstad et al., 2008），这对全球气候系统有深远的影响（Lovejoy & Nobre, 2018; Nobre & Borma, 2009）。在“森林砍伐弧”内，森林覆盖丧失、气候和火灾之间的相互作用威胁着亚马逊淡水生态系统的稳定性（Cochrane & Barber, 2009; Staal, 2020）。例如，亚马逊地区的干旱-火灾相互作用最近导致森林冠层覆盖急剧减少，首次观察到热带森林系统“转变为”草地或草本植被的状态（Brando et al., 2020; Xu et al., 2022）。除了对全球气候的影响外，亚马逊雨林的森林覆盖丧失还可能显著改变区域和局部的水文模式。从概念上讲，一个经历了森林覆盖丧失的流域预计会有更大且更不稳定的流量。从机制上讲，这些预期的水文变化通常可以归因于蒸发蒸腾（ET）的减少和流域内暂时性水储存的减少。森林覆盖的丧失通过减少叶面积来降低流域的ET，从而限制了蒸腾作用（Acharya et al., 2022），同时也减少了被森林冠层拦截并随后蒸发的水量（Acharya et al., 2020; Su et al., 2022）。蒸发需求的减少意味着必须有更多的水通过径流离开流域，从而导致流量模式的大小增加（例如，流量持续时间曲线的中心趋势增加）。森林覆盖的丧失还通过减少拦截（François et al., 2024; Hrachowitz et al., 2021）、入渗率（François et al., 2024）和水流传输时间分布（Hrachowitz et al., 2021）来减少流域的暂时性储存。减少的暂时性储存意味着在风暴期间，更多的水会在相似的时间到达河流网络，产生更强烈的水流，从而导致更不稳定的流量模式（例如，流量持续时间曲线的分散度增加）。这种水文变化可能对依赖现有流量模式的亚马逊生态和人类社区产生重大影响（Lima et al., 2017），例如渔业衰退（Cruz et al., 2020）以及区域渔业社区的经济和社会困境（Doria et al., 2018）。虽然预计森林覆盖的丧失会产生局部水文效应，但这些变化并不总是容易与气候效应区分开来，因为气候和森林覆盖的变化可以以一致（Coe et al., 2011）或相反的方式（Cavalcante et al., 2019）影响流量。在某些情况下，气候变异性被发现在流域水文中占主导地位。例如，在整个亚马逊流域的大范围内，观察到的流量和降水的变化很大程度上归因于厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）事件（Marengo et al., 2011），而不是森林砍伐。在其他情况下，森林覆盖丧失的水文特征可以清晰地识别出来。例如，Levy et al.（2018）发现，在亚马逊东南部的324个流域中，当森林被转化为农业用地时，平均流量和旱季低流量显著增加。相比之下，Rizzo et al.（2020）在Xingu流域发现森林砍伐与水量之间没有关系，表明任何径流潜力的增加都被降水的减少所掩盖。Cavalcante et al.（2019）在“森林砍伐弧”内得出了类似的结论，发现由于土地覆盖变化引起的径流增加被同时发生的区域降水量减少所抵消。这些和其他研究（例如，Heerspink et al., 2020; Staal, 2020）得出的不同结论强调了区分气候和森林覆盖丧失对亚马逊水分平衡影响的重要性（Carmona et al., 2016）。目前和以往关于亚马逊森林覆盖丧失水文影响的大部分研究都考虑了一般的土地覆盖变化（例如，Cavalcante et al., 2019; Heerspink et al., 2020; Jankowski et al., 2021; Levy et al., 2018; Longo et al., 2020; Oliveira et al., 2014），而火灾模式变化对流域水文的具体影响相对较少被研究。由火灾驱动的土地覆盖变化预计会产生与机械性森林砍伐不同的水文影响。例如，火灾可以将有机物质加热到足够高的温度，导致土壤反疏水性，而冠层的丧失可能导致裸露土壤暴露在更多光线下，从而增加蒸发率（Vilhar et al., 2022）。从水质的角度来看，比较伐木和燃烧流域的实验研究表明，伐木流域中的溶解有机碳立即增加，而燃烧流域中的硝酸盐和硫酸盐含量相对较高（Carignan et al., 2000）。这些由火灾引起的变化预计会改变流量模式的多个组成部分。冠层覆盖的减少和蒸发蒸腾的减少可能会增加贡献给径流和地下水补给的降水比例，从而导致更高的流域流量（即流量大小）。同时，拦截的减少和地表入渗的变化会加速径流的产生并减少流域储存，导致更大的流量变异性和更强烈的水流（例如，上升率的增加、流量逆转次数的增加和变异系数的增加）。Peters（2022）评估了火灾对Rio Branco流域陆地水文的影响，发现火灾后的植被减少导致浊度事件增加和蒸发蒸腾减少，尤其是在旱季。来自亚马逊以外地区的先前研究表明，野火对流域水文的影响在空间和时间尺度上是多样的（Moazeni & Cerda, 2024）。例如，对火灾受扰动和未受扰动流域的田间尺度（<10 km²）的研究表明，蒸发蒸腾普遍减少，而径流增加（Stoof et al., 2012）。在中等尺度（>10 km²）的流域中，几项研究发现蒸发减少，地下水补给动态混合，以及火灾后景观中的土壤过程改变（Vilhar et al., 2022）。随着亚马逊地区野火的存在和蔓延加速（Oliveras & Malhi, 2016），提高我们对这一地区火灾水文影响的理解以及区域尺度水文火灾动态中的知识空白变得至关重要。随着空间和时间上一致的红外感和燃烧面积数据的可用性，以及亚马逊地区广泛的流量监测，可以识别出受离散火灾事件影响的流域，并评估它们在整个地区的水文响应。在这项研究中，我们利用这些数据集，采用“前后对照-影响”（BACI）框架来评估亚马逊流域中火灾的影响。具体来说，我们评估了该地区约700个流域，以确定符合BACI分析标准的流域，测试火灾前后流量大小和变异性的差异和影响幅度。在这些流域中，我们找到了五个符合以下标准的流域：(a) 充足的流量数据；(b) 单次中度至大规模的火灾事件（>5%的面积被烧毁）；(c) 适当的配对对照流域（图1）。
**2 方法**
**2.1 研究区域**
我们的研究区域是位于巴西东南部的Tocantins-Araguaia流域（图1a）。本分析中研究的所有流域（受影响和对照流域）都具有热带和亚热带草原、稀树草原和灌木丛生物群落（Dinerstein et al., 2017）以及热带稀树草原（Aw）Koppen-Geiger气候分类特征，雨季从12月持续到5月，旱季从6月持续到11月（Farinosi et al., 2019）。海拔范围从5米到800米不等，土地覆盖从南部和西南部的稀树草原到北部的热带常绿雨林（Farinosi et al., 2019）不等。Tocantins-Araguaia流域面积为750,000平方公里，年平均流量为12,000立方米/秒。Tocantins-Araguaia流域和Xingu流域的一部分包含巴西塞拉多（稀树草原），这是全球生物多样性最丰富的生态区之一（Oliveira et al., 2014）。
**2.2 数据**
本分析中使用的遥感数据产品包括：(a) MODIS Burned Area Product 250米空间分辨率的燃烧像素数据（每月时间分辨率）（Giglio et al., 2018）；以及(b) 来自Tropical Rainfall Monitoring Mission (TRMM) 3B42的降水数据（3小时时间分辨率，0.25°空间分辨率）校准产品（支持信息S1中的表S1）。TRMM和MODIS Burned Area Product的时间范围涵盖了1998年至2019年。MODIS Burned Area观测值是通过MODIS短波红外波段5和7的标准化差异计算得出的，这些数据使用已知的火灾观测结果进行了全球校准（支持信息S1中的图S1；Giglio et al., 2018）。TRMM 3B42是一个网格化的、经过TRMM调整的合并红外降水估计值（毫米/小时）（NASA GES DISC, 2018）；观测值来自降水雷达和微波图像传感器，提供热带地区的每日和月度降水估计（Precipitation Processing System, 2018）。流量数据由Agência Nacional das Aguas (ANA, ana.gov.br)从2000年到2020年收集。这些流量数据使用R编程语言在ANA数据库中获取，涵盖了Araguaia-Tocantins、Xingu和Tapajos流域的所有测量站（有关下载服务器数据的更多详细信息，请参见Siddiqui et al., 2025）。流域边界数据来源于全球径流指数元数据档案（Do等人，2018年），代表了每个流量测量站的上游贡献区域。
流域的选择使用了以下通用协议：(a) 确定了潜在的受影响流域和对照流域的候选池；(b) 根据流量记录的完整性、流域内的火灾事件规模以及流域内大坝的影响，大幅减少了候选流域的数量；(c) 根据气候相似性的统计测试，将受影响的流域和对照流域配对。最初的692个候选流域是通过Pfafstetter系统（De Jager & Vogt，2010年）在Xingu、Tapajos和Araguaia Tocantins流域中确定的。这个候选池通过采用Siddiqui等人（2021年）提出的选择标准减少到了125个流域，保留了至少有3年流量数据且每年数据完整性至少为80%的流域。对历史流量数据的统计分析（Timpe & Kaplan，2017年）发现，至少3年的记录长度是建立统计确定性的最低要求，特别是对于高流量低地河流，这与之前的水文影响研究结果一致（Beyene等人，2021年；Moreno等人，2020年；Townsend & Douglas，2000年）。此外，全球流量时间序列分析认为超过80%的数据完整性是高数据可用性的阈值（Crochemore等人，2020年）。这些流量数据完整性标准同样适用于潜在的受火灾影响流域和对照流域。接下来，检查了每个潜在受影响流域的火灾时间序列，以确定在记录期间仅有一次火灾影响超过流域面积5%的流域。燃烧面积使用MODIS燃烧面积数据进行了量化，这些火灾事件的地图显示在支持信息S1的图S1中。我们在Alto Araguaia（14.5%）和Barreira do Pequi（18.4%）检测到的最大火灾分布较为连续，而Fazenda Agua Limpa（6.1%）、Toriequeje（10.7%）和Pindaiba（12.2%）的火灾则更为分散。Alto Araguaia和Toriequeje流域的火灾发生在流域的中心部分，而Fazenda Agua Limpa和Barreira do Pequi的火灾则更靠近流域出口，Pindaiba的火灾则更靠近源头（支持信息S1的图S1）。这些标准排除了多次发生大规模火灾的流域（及其潜在的混淆效应），以便隔离单一火灾事件的影响。此外，为了避免大坝运行对水文制度的潜在混淆效应，移除了上游或下游距离大坝小于200公里的流域（Valle & Kaplan，2019年）。应用这些选择标准后，Xingu和Tapajos流域内的所有流域都被排除，剩下87个来自Tocantins-Araguaia流域的流域。接下来，为了考虑气候对流域水文的影响，根据记录期间每月降水量分布的相似性，将候选的受影响流域和对照流域进行了配对。通过将TRMM每个月的3小时降水量观测值相加，获得了每月的降水量时间序列。通过平方Spearman相关性（De Winter, Potter & Goslin，2016）测试了候选受影响流域和对照流域之间的降水量分布的相似性，保留了每月降水量具有相似性的流域对。这一阈值确保了候选流域的降水量排名变化中至少有80%可以由对照流域的降水量排名变化来解释。最后，对剩余的候选受影响流域和对照流域对的每月降水量分布应用了Kolmogorov-Smirnov（KS）测试（Lilliefors，1967）。KS测试p值大于0.05的受影响流域和对照流域对被认为具有统计上不可区分的每月降水量分布，因此被保留下来。应用这些严格的选择标准后，剩下五对受影响流域和对照流域（图1b和表1），随后用于BACI分析。这些流域对包括Alto Araguaia（受影响——2010年发生火灾，燃烧了流域面积的14.5%）和Montante do Ribeirao Babilonia（对照）；Fazenda Agua Limpa（受影响——2010年发生火灾，燃烧了流域面积的6.1%）和Travessao（对照）；Toriequeje（受影响——2010年发生火灾，燃烧了流域面积的10.7%）和Jusante do Rio Pintado（对照）；Pindaiba（受影响——2007年发生火灾，燃烧了流域面积的12.2%）和Jusante do Rio Pintado（对照）；以及Barreira do Pequi（受影响——2007年发生火灾，燃烧了流域面积的18.4%）和Praia Alta（对照）。
BACI研究结果总结了五个研究流域对的、（）、（）和（）的BACI研究结果。向上箭头表示火灾前后线性关系中斜率或截距的正差异，向下箭头表示负差异，矩形表示没有变化。黑色箭头表示基于Mood中位数检验的统计显著差异（即p值<0.05），而白色箭头表示与零无统计学差异的差异。从左到右代表每个流域的照片分别来源于Britannica（2019年）、Rodrigues Ferreira de Souza（2011年）、Mongabay（2009年）、Ribeiro-Silva等人（2020年）和Wikiloc（2021年）。火灾引起的水文变化幅度在流量指标和流域之间有所不同（表2）。在五个流域中，Toricqueje尤为突出，其四个流量指标均显示出统计显著增加：流域产量增加了6.0%，流量变异性增加了16.2%，流量逆转增加了35.3%，流量上升率增加了13.1%（图4）。Alto Araguaia也表现出强烈响应，流域产量增加了7.63%，流量变异性增加了25.4%，流量逆转增加了13.6%（图5）。平均而言，这种变化使得Alto Araguaia的径流/流量潜力每月额外增加了4.99毫米（3.27毫米）（相对于火灾前的情况）。相比之下，Fazenda Agua Limpa仅显示出一个显著效应——流域产量增加了8.0%（图6）。其余流域的变化主要体现在流量变异性上：Pindaiba的流量逆转增加了56.9%，流量上升率增加了10.9%（图7），而Barreira do Pequi的流量变异性增加了70.3%，流量逆转增加了11.0%（图8）。这些结果共同强调了火灾对流域的普遍影响以及其对流量动态的多样影响，尤其是与水文变异性相关的影响。
表2. 五个研究流域的火灾效应大小总结（有关所有参数的完整描述，请参见支持信息S1中的文本S2）
火灾影响的流域： Alto Araguaia Fazenda Agua Limpa Toricqueje Pindaiba Barreira do Pequi
图8：Barreira do Pequi河流域的BACI结果。图表显示了火灾前（蓝色）和火灾后（红色）时期，对照（x轴）和受影响（y轴）流域的月度流量指标之间的关系。提供了每个流量指标的火灾前后方程、截距变化及其p值以及斜率变化及其p值。异常值被保留用于统计测试，但在可视化中已被移除。
4. 亚马逊地区火灾的水文效应
我们对于亚马逊地区火灾的水文效应及其相对重要性的理解，对于制定该地区的保护、政策和资源管理决策至关重要。火灾干扰后，预计流量在量和变异性上都会增加；然而，这一预期在亚马逊和其他热带地区尚未得到充分验证。火灾与水文的相互作用非常复杂，多种机制可能影响流域尺度的响应。例如，严重的燃烧可能会通过去除植被和减少蒸散作用来增加径流，或者通过破坏地表土壤的排斥性来减少径流（Doerr等人，2006年）。在本研究中，观察到的流量增加和变异性增加与火灾后植被覆盖减少和蒸散作用减少最为一致。此外，景观层面的火灾效应可能会被外部气候因素所掩盖（Cavalcante等人，2019年；Rizzo等人，2020年）。我们在此研究中应用的BACI框架的优势在于能够将火灾效应的存在和大小与潜在的气候效应区分开来，我们的结果表明所有五个受影响流域的流量制度都受到了火灾的影响。首先，我们研究了火灾对流量制度大小的影响，这在Alto Araguaia、Fazenda Agua Limpa和Toricqueje流域都有所体现。具体来说，Alto Araguaia和Toricqueje流域的火灾-对照线性关系的斜率增加，而Fazenda Agua Limpa流域的截距增加（图3）。对Araguaia和Toricqueje火灾后斜率增加的物理解释是，更多的降水事件量转化为流域内的径流，即火灾影响流域的降水事件径流/流量潜力分别增加了7.63%和6.01%。这里观察到的径流/流量潜力增加的可能机制包括由于叶面积减少导致的蒸散作用减少（Lima等人，2014年）和入渗率降低（例如，地表土壤排斥性增加）（Moody & Ebel，2014年）。对于Fazenda Agua Limpa，火灾影响流域在火灾后所有潜在流量下始终产生更多的流量；也就是说，基流比火灾前高出2.33毫米（或7.98%）。基流增加的另一个可能机制同样是蒸散作用减少；然而，这些额外的水量可能会以地下水的形式重新补给，其时间尺度超过了我们分析中使用的月度间隔。因此，在森林覆盖减少的生态系统中，这些额外的水量会表现为基流和延迟的地下水补给，而不是事件驱动的流量（Ruíz-García等人，2022年）。三个流域观察到的流域产量增加幅度（6.01%–7.98%）在物理上合理的火灾后水文响应范围内（详见支持信息S1中的文本S3——示例1和支持信息S1中的图S3–S5）。虽然火灾确实导致了流量幅度的可检测增加，但这些效应与自然年际变异性相比较为温和，通常小于广泛森林砍伐研究中报告的效应。即使是我们观察到的最大效应大小（Fazenda Agua Limpa流域的7.98%），也与任何给定年份的流域变化相比也是相对较小的（变化范围从-45.0%到27.5%）。这一发现与其他研究亚马逊地区土地覆盖对流域水文影响的研究结果部分一致。在亚马逊东南部，Levy等人（2018年）发现森林砍伐后流量幅度增加了4%–10%，与我们的研究结果一致。相反，阿瓜拉亚河流域在1970年至1990年间森林覆盖减少55%，导致流量增加了25%（Coe等人，2011年），几乎是本研究观察到的效应的3.5倍。其他亚马逊范围的研究报告了森林损失与流域水文之间的混合关系。在Rio Branco流域的一项研究中，2019年的野火后，植被生物量减少导致蒸散作用减少、地表径流增加和浊度增加（Peters，2022年）。在Tocantins河流域的一个流域中，Cavalcante等人（2019年）报告称，大规模森林覆盖减少后流量增加了28%，并估计如果没有气候变化的抵消效应，流量可能会增加58%。在Xingu河流域，降水减少的抵消效应被森林砍伐引起的流量增加完全掩盖了（Rizzo等人，2020年）。
4.1 亚马逊地区火灾的水文效应
我们对亚马逊地区火灾的水文效应及其相对重要性的理解，对于指导该地区的保护、政策和资源管理决策至关重要。火灾干扰后，预计流量在量和变异性上都会增加；然而，这一预期在亚马逊和其他热带地区尚未得到充分验证。火灾与水文的相互作用非常复杂，多种机制可能影响流域尺度的响应。例如，严重的燃烧可能会通过去除植被和减少蒸散作用来增加径流，或者通过破坏地表土壤的排斥性来减少径流（Doerr等人，2006年）。在本研究中，观察到的流量增加和变异性增加与火灾后植被覆盖减少和蒸散作用减少最为一致。此外，景观层面的火灾效应可能会被外部气候因素所掩盖（Cavalcante等人，2019年；Rizzo等人，2020年）。我们在此研究中应用的BACI框架的优势在于能够将火灾效应的存在和大小与潜在的气候效应区分开来，我们的结果表明所有五个受影响流域的流量制度都受到了火灾的影响。首先，我们研究了火灾对流量制度大小的影响，这在Alto Araguaia、Fazenda Agua Limpa和Toricqueje流域都有所体现。具体来说，Alto Araguaia和Toricqueje流域的火灾-对照线性关系的斜率增加，而Fazenda Agua Limpa流域的截距增加（图3）。对Araguaia和Toricqueje火灾后斜率增加的物理解释是，更多的降水事件量转化为流域内的径流，即火灾影响流域的降水事件径流/流量潜力分别增加了7.63%和6.01%。这里观察到的径流/流量潜力增加的可能机制包括由于叶面积减少导致的蒸散作用减少（Lima等人，2014年）和入渗率降低（例如，地表土壤排斥性增加）（Moody & Ebel，2014年）。对于Fazenda Agua Limpa截距增加的物理解释是，火灾影响流域在火灾后所有潜在流量下始终产生更多的流量；也就是说，基流比火灾前高出2.33毫米（或7.98%）。基流增加的另一个可能机制同样是蒸散作用减少；然而，这些额外的水量可能会以地下水的形式重新补给，其时间尺度超过了我们分析中使用的月度间隔。因此，在森林覆盖减少的生态系统中，这些额外的水量会表现为基流和延迟的地下水补给，而不是事件驱动的流量（Ruíz-García等人，2022年）。三个流域观察到的流域产量增加幅度（6.01%–7.98%）在物理上合理的火灾后水文响应范围内（详见支持信息S1中的文本S3——示例1和支持信息S1中的图S3–S5）。虽然火灾确实导致了流量幅度的可检测增加，但这些效应与自然年际变异性相比较为温和，通常小于广泛森林砍伐研究中报告的效应。即使是我们观察到的最大效应大小（Fazenda Agua Limpa流域的7.98%），也与任何给定年份的流域变化相比也是相对较小的（变化范围从-45.0%到27.5%）。这一发现与其他研究亚马逊地区土地覆盖对流域水文影响的研究结果部分一致。在亚马逊东南部，Levy等人（2018年）发现森林砍伐后流量幅度增加了4%–10%，与我们的研究结果一致。相反，阿瓜拉亚河流域在1970年至1990年间森林覆盖减少55%，导致流量增加了25%（Coe等人，2011年），几乎是本研究观察到的效应的3.5倍。其他亚马逊范围的研究报告了森林损失与流域水文之间的混合关系。在Rio Branco流域的一项研究中，2019年的野火后，植被生物量减少导致蒸散作用减少、地表径流增加和浊度增加（Peters，2022年）。在Tocantins河流域的一个流域中，Cavalcante等人（2019年）报告称，大规模森林覆盖减少后流量增加了28%，并估计如果没有气候变化的抵消效应，流量可能会增加58%。在Xingu河流域，降水减少的抵消效应被森林砍伐引起的流量增加完全掩盖了（Rizzo等人，2020年）。亚马逊地区火灾对流量幅度的影响总体上低于世界其他一些地区，差异程度取决于具体的气候和景观因素。例如，Vilhar等人（2022年）的一项全球元分析发现，在较大的流域（>10平方公里）中，森林干扰导致蒸发率下降以及地下水补给模式复杂化。在美国加利福尼亚州南部，中度燃烧区域（20%–30%）的火灾后，火灾前后的流量幅度在统计上没有明显差异（Bart，2016年），显示出比本研究中的6.01%–7.98%流量增幅要小的响应。在美国科罗拉多州和葡萄牙北部，火灾影响流域的流量增幅比对照组高两个数量级（Moreno等人，2020年），而在葡萄牙北部，火灾后地表土壤湿度在降雨事件后更快干燥（Stoof等人，2012年）。在美国和葡萄牙的案例中，分析集中在较小规模的流域（<10平方公里），这些流域的气候与亚马逊东南部的热带稀树草原气候明显不同。来自地中海和半干旱气候区的其他研究也显示流量增幅超过了一个数量级（Hampton & Basu，2022年；Soulis等人，2021年；Papadaki等人，2022年；Wampler等人，2023年；Zeiger & Hubbart，2018年），这些研究中的流量增幅大于我们这里的结果。值得注意的是，在小范围的高地流域（Beyene等人，2021年）观察到的火灾后流量增幅最大（>5,000%）。来自美国西部和地中海地区的研究发现，高地和低地流域之间的火灾后流量增幅有显著差异（Beyene等人，2021年；Hallema等人，2018年；Nasirzadehdizaji & Akyuz，2022年；Papadaki等人，2022年；Wampler等人，2023年；Zeiger & Hubbart，2018年），低地流域的流量增幅略高于我们的结果（6.01%–7.98%）。我们研究中的流域面积较大（>1,000平方公里），且燃烧面积的比例较低；因此，可以合理预期火灾的水文影响相对较小。这些区域范围内的结果表明，气候和景观过程的相互作用可能会混淆火灾对流量响应的信号。此外，这些结果突显了我们BACI方法在控制空间和时间气候效应以及分离火灾效应与混淆变量方面的优势。与流量幅度的相对温和变化相比，火灾引起的流量变异性变化在所有测试流域中更为明显和普遍（图3）。火灾后，受影响流域的流量关系（包括流量大小和变化性）的斜率增加，可以从物理角度解释为：在给定的输入降水事件下，火灾干扰流域的流量响应变得更加迅速，即输入降水时间序列中的更多变化被转移到了流量时间序列中。平均而言，这种基于事件的流量变化性增加使得流量变异性从火灾前的水平提高了10.97%到35.26%。流量变异性增加的可能机制包括：由于蒸腾作用减少（这增加了地下水位的变化敏感性）以及森林截留和土壤渗透率下降，导致汇水区瞬态储存量减少（Lima等人，2014年；Ruíz-García等人，2022年）。在流量变化性指标中，截距增加的物理解释是：火灾影响的流域在所有潜在流量情况下都表现出更大的变化性，即基流变得更加不稳定。平均而言，这种基流变化性的增加使得流量变异性从火灾前的水平提高了10.8%到70.2%。基流变异性增加的可能机制是流域内地下水补给和/或储存动态的变化。Price（2011年）的元分析发现，在潮湿的热带地区，由于森林蒸散作用强，基流可能会增加；相反，由于渗透作用增强和地下储存增加，基流也可能会减少。在亚马逊东南部，这些机制可能同时作用，从而增加流量变异性，并可能掩盖基流的显著增加或减少。重要的是，观察到的流量变异性增加与火灾后的水文响应在物理上是合理的，这一点在支持信息中得到了证实（支持信息S1中的文本S3——示例2-3；支持信息S1中的图S6-S9）。从我们的结果可以得出结论，火灾导致了亚马逊流域内流量变异性的预期增加。研究区域内观察到的变化性增加略低于或类似于之前评估土地利用变化对流量变异性影响的研究。例如，Zeiger和Hubbart（2018年）发现，与美国植被覆盖率较高的流域相比，植被覆盖率较低的流域的流量变化率增加了16%，这一数值与本研究中Toricje和Pindaiba的10.3%和13.0%的增加结果非常接近。在控制了气候变异性后，Papadaki等人（2023年）发现，火灾引起的景观变化使得一个小地中海流域的流速和流深幅度增加了6.5%至13.3%，而平均流速和流深频率增加了4%至475%。这些研究在不同气候条件下进行，表明火灾后的变异性增加幅度大于我们的研究，并且在显示流量变化性指标的幅度和变化性方面与我们的结果相似。
本研究最大的局限性之一是流域样本量小以及可用于分析的年数有限。在亚马逊东南部近700个候选流域中，许多流域没有至少3年的火灾前和火灾后的数据以及合适的对照组。许多流域缺乏与MODIS烧毁面积产品（2000-2020年）时间重叠的足够数据，或者可能受到水电开发的影响。许多拥有流量数据的流域火灾历史非常活跃，或者火灾面积不超过流域面积的5%。此外，本研究中使用的统计分析假设对照组和处理组流域之间的关系是线性的。图4-7显示观测数据与流量指标的线性回归线大致吻合，但模型拟合的强度不同（范围从<0.001到0.847），特别是对于变化性指标（如变异系数CV）来说，拟合强度通常更大（见支持信息S1中的表S2）。Spearman等级相关性的平方值范围从<0.001到0.908，通常高于线性拟合的结果，表明对照组和受影响流域之间的单调关系比单独的线性拟合更强烈（见支持信息S1中的表S2）。结合Thiel-Sen回归p值来看，这些指标表明BACI结果对于流域产量和上升速率最为稳健，而对于变异系数的解释则更加不确定。最后，考虑到烧毁面积的比例从约6%到20%不等，更大的烧毁面积将允许与现有关于火灾后水文学的文献进行更直接的比较，其中大部分流域都发生了烧毁。尽管如此，现有数据集仍能够对五个流域进行稳健的分析，并提供了火灾后对流量大小和变化性的影响证据，即使是在中度烧毁的情况下也是如此。本研究的结果为进一步研究火灾对流域水文的影响提供了几个机会。未来的研究方向包括扩展对火灾后流域连通性、土壤性质和水质影响的研究。其他火灾后研究表明，需要确定推动水文恢复的因素、气候变化下野火风险的增加以及对水生生态的影响（Boyer等人，2022年）。鉴于与烧毁面积相关的局限性，未来研究将火灾规模对检测流域水文影响的能力进行隔离将非常有趣，特别是考虑到全球有许多流域经历了低到中度的烧毁。亚马逊洪泛区的火灾风险正在增加（Carvalho等人，2021年），其中野火与ENSO事件密切相关，并且影响因洪泛区生态系统类型而异（Siddiqui，2023年；van der Sleen等人，2025年）。需要进一步研究在经历多次或重复火灾事件的流域中的火灾后生态系统动态，特别是在一年内或多年内发生连续火灾事件的系统中。在方法论方面，已经进行了初步工作，应用新技术来检测火灾后流域的变化，从使用空气温度作为地下水排放变化的代理变量（Rey等人，2023年）到使用机器学习预测火灾后流量（Wilder等人，2021年），这些技术可以扩展未来分析的空间和时间分辨率。最后，评估级联和复合干扰的影响越来越受到关注（Arias等人，2020年；Farinosi等人，2019年；Siddiqui，2023年），需要更多工作来区分人类基础设施、气候和森林干扰对流域水文的影响。
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