魏 帽，張廣迎，邴曉瑾，曾愛聰，郭新彬，郭福濤

(1 福建農林大學a林學院,b海峽兩岸紅壤區(qū)水土保持協同創(chuàng)新中心, 福建 福州 350002;2 福建師范大學a地理科學學院,b濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點實驗室培育基地, 福建 福州350007)

林火是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的干擾因子[1-2]。研究指出，林火會釋放大量污染物(C、N氧化物 和PM2.5等)[3-5]及附著在污染物中的化學元素[6]，對生態(tài)系統(tǒng)、大氣環(huán)境以及人體健康造成嚴重影響。隨著氣候變暖和人為活動的加劇，全球林火發(fā)生頻率和強度呈明顯上升趨勢，造成的危害程度也在不斷加大，因此林火預防管理工作將成為林業(yè)研究的重中之重。近年來，積極開展林火歷史研究以了解其發(fā)生規(guī)律成為林火預防管理工作的重要內容之一。目前，已有研究者通過對火疤木的分析，開展了林火歷史研究[7-8]。但由于火疤木自身的缺陷，在估計火災發(fā)生頻率和時空格局方面存在不確定性，尤其連續(xù)火災可能不會形成火疤，使得火災發(fā)生年無法準確確定。因此積極探索林火歷史研究的新方法，可為林火歷史的重建提供新的思路。

樹木年輪資料在基于其生長指標分析環(huán)境污染的研究中具有極大優(yōu)勢[9-10]，自Lepp[11]于1975年首次提出樹木年輪化學的概念后，利用樹輪中化學元素含量的變化，反演環(huán)境污染歷史的樹木年輪化學研究得到了長足發(fā)展[12-15]。例如，美國大霧山國家公園附近冶煉含有鐵銅化物的礦石會造成樹木木質部鐵含量增多[169]，墨西哥部分地區(qū)車輛數量增加使得附近樹木年輪中Pb含量增加[17]，我國西安某鋼鐵廠運營歷史與附近樹輪中Mn和Cd含量變化一致[18]，我國伊春西林鉛鋅鐵礦對樹輪中Pb含量造成顯著影響[19]。這些研究均表明，利用樹木年輪中化學元素含量的變化開展環(huán)境污染監(jiān)測方面的研究，具有良好的發(fā)展前景。研究顯示，林火發(fā)生時會向環(huán)境中排放大量的污染物，附著在污染物中的化學元素會經過植物組織吸收運輸等一系列生理活動積聚在木質部中[20]。因此通過對樹木年輪中化學元素的分析，明確林火事件與樹輪化學元素含量的關系，對揭示林火發(fā)生規(guī)律以及探索林火歷史研究的新方法具有重要意義，但我國針對這方面的研究卻鮮有報道。鑒于此，本研究選取隸屬于我國南方林火高發(fā)區(qū)的福建省周寧縣作為采樣區(qū)域，對取自該區(qū)域的柳杉(Cryptomeriafortunei)樹芯樣本進行了樹木年輪化學分析，利用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)測出樣本近10年12種化學元素(P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn、Na、Al和Ni)的含量，并分析2015年火災發(fā)生前后各元素含量的變化，試圖初步探究林火對柳杉木質部化學元素含量的影響，以期為林火歷史的研究提供新方法，并為未來重建林火歷史開拓新途徑。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

周寧縣位于福建省東北部，屬中亞熱帶季風山地氣候，植被屬常綠溫暖照葉林地帶。據調查，該地主要喬木優(yōu)勢樹種包括杉木(Cunninghamialanceolata)、馬尾松(Pinusmassoniana)、油杉(KeteleeriafortuneiCarrire)、柳杉(C.fortunei)。受地形和植被等影響，該地區(qū)林火具有面積小、頻率高、強度低等特點[21]。 2015年4月5日發(fā)生火災，過火面積360 hm2，燒毀林地面積265 hm2。

1.2 樣品采集與處理

由于柳杉具有樹干通直、年輪清晰易辨、對環(huán)境要素響應明顯以及對CO2、SO2等吸附性強等優(yōu)點[22-23]，因此選擇柳杉為研究對象。為保證樣品采集背景一致，減少由機動車、工廠等排放的污染元素對試驗結果的影響，采樣區(qū)域應遠離市區(qū)與公路。2020年8月在周寧縣采集柳杉樹輪樣本，采樣地選擇發(fā)生森林火災的過火區(qū)域(GH)，同時根據當天氣象數據中的風向以及參與林火撲救工作人員的指導，確定煙氣顆粒物主要擴散沉降軌跡，沿著顆粒物釋放軌跡，保證采樣的柳杉為同一坡向，再劃定距火場<500 m和距火場>1 500 m的2個區(qū)域。每個區(qū)域分別選取12棵柳杉，共計36棵作為采樣對象。用內徑為5 mm的生長錐在樹木1.3 m高處采集樣芯，為保證定年的精度，每棵樹在南、北2個方向各采集1條樹芯，共計72條樹芯。為減少不同樣芯間的交叉污染，每采完1個樣芯均對生長錐進行清洗。樣品采集后放入口徑比樣芯略粗的紙筒中，并標號和詳細記錄樹木生長情況。

樣芯帶回實驗室后，在室溫下干燥，晾干后用白乳膠將樣芯固定在樣槽中，用不同粒徑的砂紙對樣芯表面進行打磨拋光，直至能夠在顯微鏡下清楚看到邊界。用精度0.001 mm的Lin Tab6.0寬度測量儀進行年輪寬度測量，利用COFECHA軟件輔助檢測定年質量，精準確定每一輪的形成年份及相應的年輪寬度。用ARSTAN程序對經交叉定年的年輪序列進行去趨勢和標準化。本研究主要探究周寧縣2015年發(fā)生的火災對樹輪化學元素含量變化的影響，所以每個樣芯取2010-2019年的年輪作為研究對象。將定年好的樣芯放入超純水中浸泡，軟化后從樣槽中剝離，先用超聲波(18.2 MΩ)清洗1 h，然后再用酒精對樣品進行仔細清洗，在顯微鏡下用不銹鋼刀對已經完成交叉定年的樹木樣芯按照年份逐年剝離，將完整剝取的每1年樹輪樣品，分別放入已按照年份進行編號的樣品袋，按照不同采樣區(qū)域將同一年份的樹輪樣品充分混合，并將混合的樣品均分成4～5份作為重復，按年份和重復對樣品編號，再將樣品袋放入烘箱中60 ℃烘干48 h，冷卻之后利用球磨儀對樣品進行粉碎，然后放于干燥皿中保存待測。

1.3 化學元素含量測定方法

稱取0.050 0 g樣品加入聚四氟乙烯容器中，再加入2 mL HNO3和2 mL H2O2，放置5 min，用微波消解系統(tǒng)消解。消解結束后，加入體積分數5%的HNO3溶液，定容至40 mL，然后用注射器通過孔徑0.45 μm過濾器對溶液進行過濾。用電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)測試過濾液中P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn、Na、Al、Ni的質量濃度，再用下式計算樹輪中化學元素的含量：

C=P×V/M。

式中：C為樹輪中某化學元素的含量(μg/g)；P為檢測得到的樣品濾液中某化學元素的質量濃度(μg/L)；V為待測濾液的體積，本研究設為0.040 L；M為稱取的樣品質量。

1.4 柳杉樹輪中元素含量的年序列變化分析

對過火區(qū)域、距火場<500 m區(qū)域和距火場>1 500 m區(qū)域柳杉樹輪中12種化學元素的含量在2010-2019年的變化進行分析，并計算2015-2017年各化學元素含量的一階和二階自相關系數，用于分析樹木年輪中元素含量對火信號響應突變的滯后效應。

1.5 林火發(fā)生前后柳杉樹輪中化學元素含量的變化及差異性分析

為了明確森林火災發(fā)生前后柳杉樹輪中化學元素含量的變化，選擇樹輪中化學元素含量受林火影響最大的4個時期，即火災發(fā)生前(2010-2014年)、火災發(fā)生當年(2015年)、火災發(fā)生后第1年(2016年)和火災發(fā)生后第2年(2017年)進行分析，并用t檢驗法對各時期化學元素含量的差異進行顯著性檢驗，顯著性水平為P<0.05。

1.6 林火發(fā)生前后柳杉樹輪中化學元素含量的相關性分析

采用Pearson相關系數，分別對過火區(qū)域、距火場<500 m區(qū)域和距火場>1 500 m區(qū)域柳杉樹輪中12種化學元素含量在林火發(fā)生前后4個時期(火災發(fā)生前、火災發(fā)生當年、火災發(fā)生后第1年和火災發(fā)生后第2年)的相關性進行分析，以明確樹木年輪中化學元素含量的變化對火信號突變的響應程度。

1.7 同一林火區(qū)域和林火時期柳杉樹輪中不同化學元素間含量的相關性分析

采用Pearson相關系數，分別對同一林火區(qū)域不同化學元素間的含量和同一林火時期不同化學元素間的含量進行相關性分析，以明確林火區(qū)域和林火時期對柳杉樹輪中不同化學元素響應火信號突變的交互作用。

1.8 數據處理

利用Excel 2007軟件對柳杉樹輪中化學元素含量進行計算后，取各重復樣品的平均值，利用SPSS 22.0軟件對數據進行統(tǒng)計學分析和相關性分析，利用OriginPro 9.1和Excel 2007軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 柳杉樹輪中化學元素含量的年序列變化特征

近10年柳杉樹輪中12種化學元素含量逐年的變化情況如圖1所示。

以火災發(fā)生當年(2015年)為節(jié)點，過火區(qū)域中B元素含量逐年升高，在火災發(fā)生后第1年升高到最大值；Mg元素含量在火災發(fā)生后第2年降低到最小值；Mn元素含量在火災發(fā)生后第1年升高到最大值；Al、Ca和Ni元素含量在火災發(fā)生后第2年降低到最小值，但在林火發(fā)生前后元素含量變化幅度并無明顯區(qū)分；其余元素含量在林火發(fā)生前后未出現明顯變化。在距火場<500 m區(qū)域中，B和Mn元素含量在火災后第1年升高到最大值；Mg元素含量在火災后第2年降低到最小值，而Fe元素含量在火災后第2年升高到最大值；P元素含量在火災發(fā)生后第1年升高到最大值；Na元素含量在火災發(fā)生年降低到最小值，但在林火發(fā)生前后其含量變化幅度并無明顯區(qū)分；其余元素含量在林火發(fā)生前后未出現明顯的變化。在距火場>1 500 m區(qū)域中，B、Ca和Fe元素含量均在火災后第1年升高到最大值；Ni、Cu和Zn含量在火災發(fā)生當年急劇增高，而Mg、K含量在火災發(fā)生當年降至最低；Na、Al元素含量在火災發(fā)生后第1年降低到最小值；其余元素含量在林火發(fā)生前后未出現明顯的變化。整體來看，在過火區(qū)域中林火對于B、Mg和Mn 3種元素含量有明顯的影響，但隨著距火場距離的增大，林火對Ca、Fe、Ni、Cu和Zn 5種元素含量的影響越明顯，這可能是因為林火所釋放的污染物及其攜帶的化學元素在空中擴散，并沉積到距火源更遠的地方。

本研究還發(fā)現，林火對大多數化學元素含量的影響主要集中在火災發(fā)生當年、火災發(fā)生后第1年以及火災發(fā)生后第2年這3年中，且大部分化學元素在這3年的一階和二階自相關系數都大于0.4(表1)，說明柳杉樹輪中化學元素對林火的響應存在一定的“滯后效應”。

表1 不同采樣區(qū)域柳杉樹輪中12種化學元素含量的自相關系數Table 1 Autocorrelation coefficients of 12 chemical elements in tree rings of Cryptomeria fortunei in different sampling areas

2.2 林火發(fā)生前后柳杉樹輪中化學元素含量的差異性分析

林火發(fā)生前后柳杉樹輪中化學元素含量的變化如圖2所示。由圖2可知，在過火區(qū)域中，B、Mg、Al、Mn、Fe、Ni、Cu和Zn含量最大的時期是在火災發(fā)生后第1年，Al、Ca、Ni和Zn含量最小的時期是在火災發(fā)生后第2年；在距火場<500 m區(qū)域中，B、Na、P、Ca、Mn、Ni和Zn含量最大的時期是在火災發(fā)生后第1年，Fe含量最大的時期是在火災發(fā)生后第2年；在距火場>1 500 m區(qū)域中，Ni、Cu和Zn含量最大的時期是在火災發(fā)生當年，B、Mg、Ca和Fe含量最大的時期是火災發(fā)生后第1年，B、P、Ca、Mn、Fe、Cu和Zn含量最小的時期是火災發(fā)生后第2年。整體來看，林火對不同時期柳杉樹輪中元素含量的變化有一定的影響，且許多元素含量在火災發(fā)生后第1年達到最大值，并在火災發(fā)生后第2年降低為最小值。 樹輪內這種不同元素呈現出的相似變化規(guī)律表明，該區(qū)域樣本可能受到共同環(huán)境變化的影響[24-25]，而這一變化有可能是由于森林火災燃燒釋放大量元素，造成不同元素環(huán)境背景值發(fā)生改變導致的。

差異性比較結果顯示，在過火區(qū)域，B元素含量在火災發(fā)生前與其他3個時期均具有顯著差異，且火災發(fā)生當年與火災發(fā)生后第1年也具有顯著差異；Mn元素含量在火災發(fā)生前與火災發(fā)生當年和火災發(fā)生后第1年有顯著差異。在距火場<500 m區(qū)域中，B和K元素含量在火災發(fā)生前與其他3個時期均差異顯著，Ca和Fe元素含量則表現為火災發(fā)生前與火災后第1年和火災后第2年存在顯著差異；在距火場>1 500 m區(qū)域中， K、Ca和Fe元素含量在火災發(fā)生前與火災后第1年和火災后第2年存在顯著差異，P、Ni、Cu和Zn元素含量在火災發(fā)生當年與火災后第1年和火災后第2年存在顯著差異。整體來看，林火使部分元素含量在不同時期之間表現出顯著差異，其中主要表現為火災前與火災后第1年和火災后第2年之間差異較大，過火區(qū)域中表現出這種差異性的元素有B，Mn則表現為火災發(fā)生前與火災發(fā)生當年和火災發(fā)生后第1年之間差異較大；隨著距火場距離的增大，P、K、Ca、Fe、Ni、Cu和Zn也表現出這種差異性。

BHS.火災發(fā)生前；HS.火災發(fā)生當年；HS-1.火災發(fā)生后第1年；HS-2.火災發(fā)生年后第2年，圖3同。圖柱上標不同小寫字母表示同一區(qū)域不同時期差異顯著(P <0.05)BHS.The year before fires;HS.The fire years;HS-1.One year after fires;HS-2.Two years after fires;The same in Fig.3.Different lowercase letters indicate significant differences among periods in same sampling areas圖2 林火發(fā)生前后不同采樣區(qū)域柳杉樹輪中12種元素含量的變化Fig.2 Changes in contents of 12 elements in tree rings of Cryptomeria fortunei in different sampling areas before and after fires

2.3 柳杉樹輪中化學元素含量在林火發(fā)生前后各時期間的相關性分析

柳杉樹輪中化學元素含量在林火發(fā)生前后各時期間的相關性比較結果如表2所示。由表2可知，在過火區(qū)域中，Ca、Mn和Fe元素含量在火災發(fā)生前與火災發(fā)生當年均呈負相關，而Mn和Fe元素含量在火災發(fā)生前與火災后第1年呈正相關，Ca元素含量在火災發(fā)生前與火災后第2年呈正相關。在距火場<500 m區(qū)域中，Mn和Fe元素含量在火災發(fā)生前與火災發(fā)生當年仍呈負相關，而Cu和Zn元素含量在火災發(fā)生前與火災發(fā)生當年呈正相關，并且Cu含量在火災發(fā)生前與火災后第2年呈負相關。在距火場>1 500 m區(qū)域中，Na和Mg元素含量在火災發(fā)生前與火災發(fā)生當年均呈正相關，Fe元素含量在火災發(fā)生前與火災后第1年呈正相關，而Mn元素含量在火災發(fā)生前與火災后第1年呈負相關，Ca元素含量在火災發(fā)生前與火災后第2年呈正相關。整體來看，過火區(qū)域中元素含量在不同林火時期間相關性最為明顯，其中Ca、Mn和Fe元素的相關性最為顯著，表明樹木年輪中Ca、Mn和Fe元素含量的變化有極大潛力作為重建火歷史的依據。

表2 不同采樣區(qū)域柳杉樹輪中化學元素含量在林火發(fā)生前后各時期間的相關性Table 2 Correlation of element contents in tree rings of Cryptomeria fortunei in different sampling areas before and after forest fires

2.4 同一林火區(qū)域和林火時期柳杉樹輪中不同元素間含量的相關性分析

2.4.1 同一林火區(qū)域 同一林火區(qū)域不同元素間含量的相關分析結果如圖3所示。在過火區(qū)域中，B與P、K、Mn、Fe、Ni元素間主要在火災發(fā)生當年呈強相關性；Zn與Na、K、Ca、Ni、Cu，K與Fe、Ni元素間主要在火災發(fā)生后第2年呈強相關性。在距離火場<500 m區(qū)域中，B與K、Mn， K與Mg、P、Ca、Mn、Cu元素間主要在火災發(fā)生當年呈強相關性；Mg與Ca、Fe、Ni、Cu，Ni與Ca、Fe、Cu元素間主要在火災發(fā)生后第2年呈強相關性。在距離火場>1 500 m區(qū)域中，Zn與K、Ca、Mn、Cu、Fe，Cu與Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe，Fe與Na、Mg、K、Mn元素間主要在火災發(fā)生后第1年或火災發(fā)生后第2年呈強相關性。整體來看，元素間的強相關性主要集中在火災發(fā)生當年和火災發(fā)生后第2年2個時期，B與K、Mn元素間主要在火災發(fā)生當年呈強相關性，Fe、Ni、Cu、Ca和Zn元素間主要在發(fā)生火災后第2年呈強相關性。

2.4.2 同一林火時期 同一林火時期不同元素間含量的相關分析結果如圖3所示。

由圖3可知，在火災發(fā)生前，不同元素間相關性總體較弱。在火災發(fā)生當年，B與P、K、Mn，Mg與K、Ca元素間主要在過火區(qū)域和距火場<500 m區(qū)域呈現相關性，Cu與Na、Mg、Al、K、Fe、Ni，Ni與Na、Mg、Al、Fe元素間主要在距火場>1 500 m區(qū)域呈強相關性。火災發(fā)生后第1年，P與Na、Al、Mn，Zn與Fe、Ca、K元素間主要在距火場>1 500 m區(qū)域呈強相關性?；馂陌l(fā)生后第2年，Cu與Na、Mg、Al、K、Fe、Mn、Ca、Zn元素間主要在距火場>1 500 m區(qū)域呈強相關性。整體來看，B與P、K、Mn元素間主要在過火區(qū)域呈強相關性，Fe、Ni、Cu、Ca和Zn元素間主要在距火場>1 500 m區(qū)域呈強相關性。

3 討 論

樹木吸收污染元素并積累于木質部是一個復雜的過程，既受外界環(huán)境因子(研究背景和環(huán)境的復雜性、物種對污染物的特定反應)的制約，也與不同元素在樹干中的儲存、再分配和轉運機理等樹木生理特征有關[26]。樹木吸收金屬元素的路徑有3種：通過根系從土壤中吸收、通過葉片吸收和從樹皮吸收[27-28]。有些微量元素進入樹木木質部后，會在樹輪之間發(fā)生橫向遷移，從樹木生理活躍區(qū)向內傳輸到非活躍區(qū)，表現為向內的徑向遷移[29]。污染元素進入樹輪的途徑不僅決定了該樹種是否適合用于樹輪化學的研究，而且該途徑對環(huán)境污染源有明確的指示意義[30-31]。

3.1 林火對柳杉樹輪中化學元素含量的影響

本研究指出火災發(fā)生當年(2015年)柳杉樹輪中化學元素含量會發(fā)生變化，且在火災發(fā)生后1～2年，化學元素含量也會發(fā)生變化。這極有可能是林火對環(huán)境排放大量的污染物，附著在污染物中的化學元素通過根系吸收、樹皮滲透、樹葉吸收等方式進入樹輪中[32]，在樹木生理活動的作用下，通過植物組織運輸并積累在木質部，這些會在樹輪中留下相應的記錄[33]。此外，林火也可作為植物脅迫的一種因素。Peterson[34]曾在早期研究中發(fā)現，Ca元素在污染環(huán)境下含量升高；劉禹等[35]研究發(fā)現，Mn元素含量隨著周圍環(huán)境污染狀況的變化而發(fā)生變化。

3.2 林火對柳杉樹輪中化學元素徑向變化的影響

本研究發(fā)現，柳杉樹輪中Mn的一階自相關系數為0.398，可能存在1年的滯后效應。Siwik等[36]測定了柏木年輪中Mn的含量并對空氣中重金屬的污染狀況進行了監(jiān)測，發(fā)現Mn在柏木樹輪中的徑向分布存在相似的變化。這是由于Mn主要以Mn2+的形式被植物吸收，是植物體內許多酶的激活劑，并且直接參與光合作用，為葉綠素形成和維持正常作用所必需[37]。由本研究結果可知，柳杉樹輪中Zn具有較高的一階和二階自相關系數，可能存在2年的滯后效應。劉禹等[35]研究樹木年輪中某些化學元素含量與環(huán)境變化的關系時發(fā)現，椿樹中Zn元素含量變化存在相似的滯后效應。已有研究證明，Zn元素在樹輪中的含量存在由心材到邊材逐漸增加的現象，這很可能是由于Zn元素的橫向遷移造成的[38-39]。本研究還發(fā)現，大部分元素(B、Mn、Fe和Ca等)含量的變化主要是在火災發(fā)生后第1年和火災發(fā)生后第2年。 這極有可能是由于污染元素不僅可以通過樹皮滲透、樹葉吸收等方式進入樹輪，還可以通過根系吸收進入植物體，其中根部吸收是最主要的途徑，但是由于土壤吸收的滯后性較大，如果樹木年輪中的元素主要由根系吸收，那么實際的元素沉積與樹木年輪的化學記錄必然存在一定的時間差[40]。本研究結果顯示，B、Mn、Fe、Ni、Cu和Zn元素含量在火災發(fā)生后第1年出現最大值，極可能與林火排放的污染物以及污染物所附帶的元素有關。有學者使用同步輻射X熒光分析法(SRXRF)在俄羅斯西伯利亞森林燃燒釋放的顆粒物中檢測到20種無機元素，其中Ca、K、Fe、Mn、Ti、Zn 6 種元素含量較高[41-42]；馬遠帆等[43]對福建喬木樹種凋落物燃燒釋放的煙氣顆粒物進行分析時發(fā)現，Zn為其主要排放元素，排放量達到了可測元素總量的70%以上。另外，K是生物質燃燒的指示物，常用于大氣顆粒物中生物質燃燒排放貢獻的定性識別和評估[44]。早期研究已經發(fā)現，發(fā)生森林火災時K的釋放量較大[45]；Fine等[46]對美國東北部的6 個樹種進行生物質燃燒示蹤劑源解析研究時發(fā)現，不同樹種 K 排放量差異較大。但本研究在過火區(qū)域中未發(fā)現柳杉樹輪中K含量有明顯增加，在火災發(fā)生后第1年反而是降低了，隨后才開始上升。這有可能是元素進入樹輪的途徑及其相對貢獻隨元素、樹種及環(huán)境條件的不同而存在差異所致。

3.3 不同區(qū)域林火發(fā)生前后柳杉樹輪中化學元素含量的變化

在過火區(qū)域中，林火對B、Mg和Mn元素含量有明顯影響，但距離火場區(qū)域越遠，林火對Ca、Fe、Ni、Cu和Zn元素含量的影響越明顯。 Giovanni等[47]就阿爾卑斯山歐洲落葉松對交通污染的響應進行了研究，發(fā)現在距離空氣污染源較遠地點的樹木中Cu和Cd含量較高；Orlandi等[48]研究也顯示，在污染排放后期，更為偏遠地區(qū)針葉樹中的Ni和Pb含量顯著升高，表明金屬元素含量的變化也可能發(fā)生在遠離大氣污染源的地方。因此本研究的這種變化趨勢，極有可能是林火所釋放的污染物及攜帶的化學元素在空中擴散并沉積到距火源更遠的地方，通過樹木根、葉和皮的吸收進入到木質部。

Giovanni等[47]指出，P和K元素含量在所調查的污染位點均具有較高的相關性，且離污染站點較遠的林地Ca、Mg和Mn含量之間的相關性更高，但本研究未檢測出P與K含量具有較高的相關性， Ca與Mg含量雖具有相關性，但相關性總體不高，且隨著離火場距離的增加，相關性更低。這可能是由于污染源不同所致，大氣中污染物的擴散方式、周圍環(huán)境的差異以及樹木的生理過程和邊材心材的過渡都可能影響元素濃度的改變。Yu等[49]指出，紅樹林年輪中Cu與Zn含量之間高度相關。本研究中Cu與Zn含量之間具有相關性，且距火場距離越遠，Cu與Zn含量的相關性越高。這可能與極端環(huán)境下會有大量的金屬元素通過樹木的吸收進入木質部有關，紅樹林生活在沿海和河口地帶，通常會因為當地環(huán)境(臺風、港口以及水污染事件等)的變化引起金屬元素濃度改變。這也說明了在距離火場>1 500 m區(qū)域中，土壤中沉積了更多的Cu和Zn。

4 結 論

本研究分析了福建周寧縣2010-2019年柳杉樹輪中P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn、Na、Al和Ni 12種化學元素含量在2015年林火發(fā)生前后的變化，得出結論如下：

(1)大部分元素(B、Mn、Ca、Cu、Zn和Ni)含量是在林火發(fā)生后第1年出現最大值，或在火災后第2年出現最小值。

(2)在過火區(qū)域中，林火對于B、Mn元素含量影響較為明顯，B和Mn元素含量在林火前后具有顯著差異性；Mn元素含量在火災發(fā)生前與火災發(fā)生當年呈負相關，但與火災后第1年呈正相關；B與Mn元素間含量在火災發(fā)生當年呈強相關性。

(3)距離火場區(qū)域越遠，林火對于Ca、Fe、Ni、Cu和Zn元素含量的影響越明顯。Fe、Ni、Cu、Zn元素含量在林火前后的差異性越明顯，且 Cu和Zn元素含量在火災發(fā)生前與火災發(fā)生當年的相關性越高，Fe、Ni、Cu和Zn元素間含量在火災發(fā)生前與發(fā)生火災后第2年的相關性越高。

總之，在不同區(qū)域中林火發(fā)生前后化學元素含量表現出不同的變化，表明柳杉樹輪中化學元素含量變化有極大潛力作為林火發(fā)生變化的示蹤器。確立林火發(fā)生與柳杉樹輪中化學元素含量的相關關系，對于今后重建林火歷史以及在空間上明確林火發(fā)生區(qū)域，具有十分重要的意義。