《Forest Ecology and Management》：Wildfire effects on structure in treated and untreated areas of a mixed conifer forest, Colorado, USA
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机械修枝、 prescribed burning和自然野火在恢复火排除森林结构中的作用及效果比较。研究利用 unplanned wildfire对长期森林恢复实验进行评估，发现自然野火在未处理区域有效降低树密度，但恢复区域仍存在树密度高、灌木多和针叶树幼苗少等问题。
大卫·W·赫夫曼（David W. Huffman）| 迈克尔·T·斯托达德（Michael T. Stoddard）| 凯尔·C·罗德曼（Kyle C. Rodman）| 朱莉·E·科尔布（Julie.E. Korb）
生态恢复研究所，北亚利桑那大学，弗拉格斯塔夫，亚利桑那州 86011-5017，美国
摘要
在美国西部，机械疏伐和计划性燃烧被广泛用于恢复因防火措施而受到影响的森林。近年来，自然引发的野火也被越来越多地应用于森林恢复策略中。然而，直接比较这些处理方法组合对森林结构及恢复目标实现影响的研究却很少。本研究利用了2023年在美国科罗拉多州西南部一个混合针叶林中发生的野火事件，该森林正在进行长期恢复实验。我们在2003年（恢复处理之前）、2018年（处理后10年）和2024年（Trail Springs火灾发生后1年）对未处理区和处理区进行了调查。总体而言，火灾的严重程度（综合燃烧指数）较低，这可能是由于未处理区的灌木覆盖度较低且可燃物较少。实地测量的树木存活率与处理方式无关，且未处理区的树木密度并未因野火而显著减少。恢复处理显著增加了灌木覆盖度。在处理后10年和火灾发生后1年，未处理区的针叶树幼苗数量明显多于处理区。大倒木的密度随时间有所变化，但在处理后1年，无论是未处理区还是处理区，粗木质部分的含量都最低。研究结果表明，这场低至中等强度的Trail Springs火灾对改变森林结构并实现恢复目标起到了积极作用；然而，处理区树木密度的进一步降低、下层灌木的密集生长以及针叶树再生不足可能给土地管理者带来挑战。
引言
美国西部的干旱森林容易受到气候变化、干旱和严重野火的影响（Hagmann等人，2021年）。这些森林覆盖了广阔的地理区域，包含多种树木物种。例如，温暖干燥的混合针叶林主要由耐火物种如黄松（Pinus ponderosa）和花旗松（Pseudotsuga menziesii）主导，但也包含一些不耐火的物种如冷杉属（Abies）以及杨树（Populus tremuloides）和橡树（Quercus）等硬木（Evans等人，2011年；Reynolds等人，2013年）。许多温暖干燥的混合针叶林属于频繁发生火灾的生态系统，地表火灾通常以低至中等强度的形式发生（Romme等人，2009年；Reynolds等人，2013年）。在科罗拉多州南部落基山脉以及亚利桑那州和新墨西哥州西南部，这些森林的平均火灾复发间隔为2至32年（Fulé等人，2009年；Huffman等人，2015年；McKinney，2019年）。然而，自19世纪末以来由于人为的防火措施，许多温暖干燥的混合针叶林的物种组成发生了变化，耐阴/不耐火物种的比例增加（如白冷杉（Abies concolor）），森林密度也随之增加，从而增加了对严重野火和气候变化的脆弱性（Reynolds等人，2013年；Strahan等人，2016年；Battaglia等人，2018年；Jaquette等人，2021年）。此外，数十年的防火措施还导致了严重的树皮甲虫爆发和外来物种的扩散（Hessberg等人，2019年）。为应对这些变化，森林管理者需要基于科学的信息来选择合适的恢复方法，以恢复生态功能、结构和物种组成。
自20世纪90年代末以来，美国全国范围内一直在开展恢复因防火措施而受影响的森林生态条件的努力（Schultz等人，2021年；Bernal等人，2025年）。森林恢复计划的典型目标包括减少非典型树冠火灾的发生概率，提高对干旱、虫害爆发和野火等干扰的抵抗力，增加生物多样性，重新建立频繁发生的低强度火灾机制，并提升生态产品和服务（Brown等人，2004年）。为实现这些目标，森林管理者制定了恢复处理方案，包括减少树木密度和可燃物，调整物种组成，保护大型耐火树木，并引入低强度地表火灾。机械疏伐后进行计划性燃烧是一种常见且有效的方法，能够精确实现精细的恢复目标（Fulé等人，2012年；Davis等人，2024年）。
另一种方法是利用自然引发的火灾（如闪电引发的火灾），在偏远地区或机械方法不可行的地方进行森林恢复（Hunter和Robles，2020年；Young等人，2022年；Roccaforte等人，2025年）。在退化的混合针叶林中，由于防火措施而生长出来的不耐火幼树可以通过野火进行疏伐（Higgins等人，2015年）。然而，野火通常在天气条件温和、可燃物湿度高的时期被人为控制；在这种条件下，虽然可以减少极端火灾活动，但由于对森林结构和组成的影响有限，可能无法快速实现恢复目标（Meyer等人，2015年；Huffman等人，2017年；Donager等人，2022年）。此外，为森林恢复而管理野火还存在精度不足和不可预见或不良影响的问题（如老树死亡、外来物种扩散等）（Huffman等人，2020年）。
迄今为止，直接比较机械处理、计划性燃烧和管理性野火在实现森林恢复目标方面的相互作用的研究很少。这一领域的研究不足可能是由于研究设计局限性和缺乏实验控制。本研究利用了2023年发生在科罗拉多州西南部一个长期、随机化且重复进行的混合针叶林恢复实验中的野火事件。这一罕见情况使我们能够探讨以下问题：1）先前经过处理的区域对后续野火的抵抗力如何？2）野火是否使未经处理的区域达到了恢复目标？3）在这些系统中，机械恢复处理与低强度野火之间存在哪些生态权衡？
研究地点
研究地点位于科罗拉多州西南部的San Juan国家森林Pagosa Springs Ranger区，面积为264公顷（图1）。该地区的海拔范围为2438至2743米。年降水量约为550毫米，呈双峰分布，夏季降雨主要集中在7月至9月，冬季降雪发生在11月至3月。最低月平均温度为-4.5℃，最高月平均温度为15.6℃（WRCC 2025）。
火灾严重程度和树木存活率
根据遥感估计，2023年的Trail Springs火灾的火灾严重程度总体较低且存在差异（图2，平均[标准差] CBI为0.84 [0.64]）。总体而言，77.5%的火灾区域属于低严重程度（CBI < 1.25），19.6%属于中等严重程度（1.25 ≤ CBI < 2.25），2.9%属于高严重程度（CBI ≥ 2.25）。最大的高严重程度区域面积为4.9公顷，位于一个未处理区内。未处理区的火灾严重程度较高且变化较小。
讨论
分析结果显示，尽管Trail Springs火灾的严重程度较低至中等，但它并未显著改变先前经过恢复处理的区域或因人为防火措施而长期未受火灾影响的区域的森林结构。这次264公顷范围的火灾为我们提供了研究森林恢复处理长期效果（16年）以及低强度火灾有效性的机会。
结论
长期的森林恢复实验帮助我们评估了野火与现有处理措施之间的相互作用，并评估了野火在实现温暖干燥混合针叶林管理目标方面的有效性。研究结果表明，减少树木密度和林下植被密度、保留耐火物种（如黄松）的生态恢复措施能够使森林具备抵御低至中等强度野火的能力。
作者贡献声明
朱莉·E·科尔布（Julie.E. Korb）：撰写、审稿与编辑、数据管理、概念构思。
凯尔·C·罗德曼（Kyle C. Rodman）：撰写、审稿与编辑、方法论、数据分析、概念构思。
迈克尔·T·斯托达德（Michael T. Stoddard）：撰写、审稿与编辑、方法论、数据管理、概念构思。
大卫·W·赫夫曼（David W. Huffman）：撰写初稿、项目管理、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本研究的财务或个人利益冲突。
致谢
我们感谢San Juan国家森林Pagosa Springs Ranger区的美国林业局工作人员对本研究的支持。同时感谢J. Peck和F. Ellis提供的关于Trail Springs火灾的背景信息以及许可和后勤协助。我们还要感谢北亚利桑那大学生态恢复研究所和科罗拉多州Durango市Fort Lewis学院的工作人员和学生的野外协调和数据收集工作。特别感谢J. Crouse的协助。
