干扰对美国东部山区台地松(Pinus pungens)林分结构与更新的影响研究

《Forest Ecology and Management》:Impacts of disturbances on Table Mountain pine ( Pinus pungens) and associated species in forests of the Eastern United States

【字体: 时间:2026年02月08日 来源:Forest Ecology and Management 3.7

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  本研究针对火依赖树种台地松在阿巴拉契亚山脉因长期火干扰缺失及气候变化导致的种群衰退问题,通过分析美国林务局FIA数据库20年(1997–2017)的86个样地数据,揭示了干扰对台地松多龄级更新、物种多样性及林分结构的影响。结果表明,干扰样地中台地松幼树存活率更高,且火干扰可促进其球果开裂与幼苗建立,为恢复该濒危树种提供了关键管理依据。

  
在阿巴拉契亚山脉的干燥山脊上,一种名为台地松(Pinus pungens)的松树曾依靠周期性山火繁衍生息。其带刺的鳞片包裹着种子,形成高度特化的迟开球果(serotinous cones),只有在火焰高温刺激下才会裂开,将种子播撒在火烧后裸露的矿物土壤上。然而,近一个世纪的防火政策使自然火循环中断,原本开阔的松-橡混交林被耐荫的硬木树种如红槭(Acer rubrum)和山月桂(Kalmia latifolia)入侵。台地松幼苗在荫蔽环境中难以竞争,成年树木又接连遭受南方松大小蠹(Dendroctonus frontalis)侵袭和冰风暴摧残,种群数量急剧萎缩。有研究显示,在北卡罗来纳州的皮斯加国家森林,台地松幼树数量在20年间下降了92%。这种依赖火干扰的树种正面临生存危机,而其衰退可能引发整个山地森林生态链的崩塌。
为揭示干扰对台地松种群的作用机制,科兹马·纳卡(Kozma Naka)团队在《Forest Ecology and Management》发表研究,通过分析美国林务局森林库存与分析(FIA)数据库中86个包含台地松的样地20年数据,对比了干扰与无干扰样地中树木、幼树和幼苗的死亡率、基面积、重要值百分比(IVP)等指标。研究采用FIA标准样地设计(每个样地含4个168.1?m2子样方),运用卡方检验、Welch’s t检验及Shannon多样性指数,评估了不同生活史阶段(树、幼树、幼苗)的林分结构变化。
物种组成与优势度变化
台地松在乔木层中虽保持优势,但其密度与IVP在所有样地均下降,尤其在无干扰样地中幼树密度从53.5株/公顷锐减至4.3株/公顷。干扰样地中幼苗层物种丰富度更高,红槭、酸木(Oxydendrum arboreum)等硬木树种扩张明显,但台地松幼苗IVP在火干扰后有所提升,说明干扰为其创造了更新窗口。
死亡率与林分结构动态
干扰样地中乔木总死亡率达19.8%,显著高于无干扰样地(8.2%),而台地松自身死亡率在干扰样地高达51.6%。值得注意的是,无干扰样地中幼树死亡率从0.7%飙升至16.6%,反映出台地松在荫蔽环境下更新失败。林分基面积在无干扰样地显著增加,暗示现存树木老龄化而非健康再生。
直径分布与种群结构
台地松树木集中分布于15–30?cm径级,但无干扰样地中幼树径级多样性骤减,至2012年仅剩6.6–9.5?cm径级有代表,表明种群呈现老龄化且缺乏后续补充。
研究结论强调,火干扰是维持台地松种群的关键:它能触发球果开裂、减少硬木竞争,并为种子萌发提供矿物土壤。尽管自然干扰(如冰风暴、虫害)会造成高死亡率,但适度可控的计划烧除(prescribed fire)可模拟自然火机制,促进更新。作者建议将林冠疏伐与地表火结合(如伞伐-火烧法),以平衡种子存活与光照需求。这一研究为阿巴拉契亚山地森林的生态修复提供了关键科学依据,也对全球其他火依赖树种(如脂松Pinus rigida)的保护具有借鉴意义。
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