《Journal of Applied Ecology》：Increased fire occurrence benefits early oak regeneration in temperate deciduous forests in part by disrupting an invasive grass-fire feedback
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本研究通过景观尺度野外实验揭示，在温带落叶林（美国中部硬木林区）中，增加火烧发生频率可通过提升林下光资源可用性、降低火强度（每增加一次火烧，最高温度降低18°C）来促进白栎（Quercus alba）和黑栎（Q. velutina）幼苗的火灾后存活率（火烧五次的地块存活率比仅火烧一次的地块高出近一倍），同时削弱入侵草类（Microstegium vimineum）的负面影响，甚至使其盖度随火烧频率增加而下降。这表明，重复火烧能够有效缓解草类入侵带来的压力，为早期橡树再生创造更有利条件，对利用计划火烧管理以恢复衰退橡树林具有重要指导意义。
研究背景
火是全球生态系统结构和组成的重要驱动因素，但在许多地区，由于政策、农业和森林破碎化等原因，火抑制现象日益普遍。缺乏火干扰导致林冠郁闭度增加，林下光照减少，使得许多耐荫、不耐火的树种得以占据优势，而对火有较好适应性的橡树（Quercus spp.）种群则出现衰退。恢复火烧被认为是逆转这一趋势、促进橡树再生的关键管理措施。然而，入侵草类的出现带来了新的挑战，它们可能通过与火形成正反馈（即“草类-火循环”）来加剧入侵并损害本地树木。理解火烧活动变化如何改变火-草-树之间的相互作用，对于在草类入侵的森林中有效利用火烧促进橡树再生至关重要。
材料与方法
研究在美国伊利诺伊州肖尼国家森林和迪克森斯普林斯州立公园的中部硬木林中进行。研究区域气候为湿润的亚热带气候。研究设计了景观尺度的野外控制实验，在沿历史火烧发生梯度（火烧总次数、火烧频率、距上次火烧年数等）分布的样地上，设置了被入侵草类（Microstegium vimineum）入侵和未被入侵的配对样方。研究人员在样方中移栽了1年生白栎和黑栎幼苗，并标记了自然定居的橡树幼树。在2024年2月至3月，对部分样方进行了实验性火烧。测量了资源可用性（光照、土壤无机氮（NH4+-N, NO3--N）、土壤水分、土壤温度）、燃料可用性（O层枯落物深度、质量、含水量）和火强度（最高温度、高于60°C的滞留时间）。并在火烧后评估了橡树幼苗的存活情况和萌发活力（相对萌条高度和直径）。
研究结果
资源可用性与火烧发生的关系
研究发现，历史火烧发生频率（以总火烧次数为代表）显著提高了林下光照可用性。火烧五次的样地平均接收的光照是火烧一次样地的2.5倍。土壤水分与入侵草类盖度呈显著正相关，并随火烧次数增加有微弱增加趋势。土壤无机氮有效性同样与入侵草类盖度显著正相关，但与历史火烧变量无显著关系。土壤温度不受历史火烧变量的显著影响。
燃料可用性与火强度
实验火烧的平均最高温度为204°C。火强度（最高温度和火滞留时间）与O层枯落物深度呈显著正相关，枯落物每增加1厘米，最高温度增加41°C，滞留时间增加65秒。入侵草类盖度与最高温度无显著关系，但与火滞留时间呈微弱的负相关。入侵草类盖度与土壤水分呈正相关，但与燃料湿度或O层深度无显著关系。
橡树幼苗的火灾后表现
历史火烧发生频率对移栽橡树幼苗的火灾后存活有积极影响。火烧五次样地的幼苗存活率比火烧一次样地高出81%。光照可用性是决定存活的最强预测因子，光照可用性高的样地存活率也高。火强度（最高温度）是第二重要的预测因子，火强度越高，存活率越低。入侵草类盖度对火灾后橡树幼苗存活没有显著影响。
对于橡树幼苗的萌发活力（相对萌条高度和直径），历史火烧次数同样有积极影响。土壤水分和光照可用性是萌发活力的重要正向预测因子。初始幼苗尺寸与萌发活力呈负相关。自然定居的橡树幼树也表现出类似的趋势，其萌发活力与火烧次数和光照可用性正相关。
结构方程模型分析
结构方程模型揭示了火烧发生影响橡树幼苗存活的路径：更高的火烧次数通过增加光照可用性和降低火强度（通过减少O层深度）来间接促进幼苗存活。光照可用性的正向效应最强，其次是火强度的负向效应。入侵草类盖度对存活没有直接效应，但通过微弱降低火强度而产生间接的正效应。对于萌发活力，火烧次数主要通过增加光照可用性来间接促进萌条高度增长，土壤水分和光照可用性是最强的正向预测因子。
讨论与意义
本研究结果表明，在温带落叶林中，增加火烧发生频率可以通过增加林下光照资源和降低火强度来促进早期橡树再生，这种积极效应压倒了入侵草类可能带来的负面影响。重复火烧不仅没有加剧入侵草类的问题，反而可能通过改变资源条件（如可能降低土壤氮有效性）或直接影响其种群（如降低种子活力）来削弱入侵草类的长势。这表明，在管理入侵草类存在的橡树林时，不必因担心草类-火反馈而避免使用火烧，相反，有计划地重复火烧可以成为一种有效的管理工具，既能促进橡树再生，又能在一定程度上抑制草类入侵。研究结果对于在面临入侵物种和火制度改变双重压力的森林生态系统中制定有效的恢复和管理策略具有重要的实践意义。
