在火灾后干旱的情况下，区域尺度的水文条件有助于黑云杉的再生

《Canadian Journal of Forest Research》：Regional-scale hydrologic settings buffer black spruce regeneration in the presence of post-fire droughts

黑云杉再生受火灾后干旱及地形土壤影响显著，低地形位置因地下水补给形成干旱庇护所，而 Jack pine 和 Aspen 再生对干旱不敏感。研究阿尔伯塔 Boreal 平原 58 个火灾迹地，发现黑云杉再生比例在区域高地形位置与干旱负相关（P<0.05），土壤粗细通过影响地下水调控不同地形缓冲效应。结论强调地形水文连接对保育耐旱树种的重要性。

　　在加拿大西部的针叶林带，近年来火灾和干旱现象愈发严重，导致黑松树的幼苗更新减少，并且有利于早期演替的树种如白松和白杨的生长。研究发现，相邻的泥炭地可能在一定程度上缓解这些变化，但其效果取决于地形位置和土壤质地，这些因素会影响地下水的连通性。为了探讨这一现象，我们对阿尔伯塔省西部针叶林带5至20年生的火灾后上坡森林群落进行了调查，研究了不同地形位置（局部和区域）以及火灾后干旱条件下的树木再生情况。我们的假设是：在低地形位置的再生森林，由于主要依赖地下水（通常是富含水的泥炭地），可能在火灾后干旱的影响下相对更加稳定，而位于较高地形位置、主要依赖降水（如沼泽和贫瘠泥炭地）的森林则对干旱更为敏感。

研究结果显示，火灾后干旱与黑松树种比例呈负相关，特别是在区域高地形位置的土壤类型中。相比之下，火灾后树木密度、树冠面积以及白松和白杨的比例并未受到火灾后干旱的显著影响。这一研究强调了阿尔伯塔省针叶林带中具有大规模水文连通性的地区可能成为火灾后干旱的避难所，而白松和白杨则可能在各种物理条件下保持较强的恢复能力。

气候变化预计会直接增加全球范围内生物和非生物森林干扰的频率，尤其是在针叶林生态系统中，如加拿大西部的针叶林带。该地区的气候变暖和变干趋势可能阻碍火灾后的树木再生，特别是在预期火灾频率增加、极端火灾天气和火灾季节延长的背景下。这可能会削弱针叶林的恢复能力，降低整体的树木密度、生物量和相对优势，同时促进早期演替的树种如白松和白杨的生长。尽管火灾可以释放养分并为树木萌发创造种子床，但短的火灾间隔期会烧毁尚未成熟、无法产生足够松果的年轻针叶树。这种影响可能因火灾后的干旱而加剧，从而改变火灾后的优势树种，尤其是在干旱的地形位置上，这一趋势尤为明显。

泥炭地覆盖了阿尔伯塔省针叶林带约50%的面积，尽管潜在蒸散量往往超过降水量，但泥炭地仍能维持稳定的水位，从而促进火灾后上坡森林的再生。泥炭地可能作为局部的气候变化避难所，为周围的上坡森林提供种子和水源。此外，泥炭地的水文连通性在针叶林带中起到了关键作用，它受到地形位置和土壤质地的影响。例如，在细质地的丘陵地貌上，水文模式更受局部控制，因为这些区域的低土壤渗透性阻止了地下水补给到区域含水层，从而导致泥炭地在上坡森林的凹陷区域形成。而在粗质地土壤上，区域高上坡森林和湿地通过地下水补给到低洼的泥炭地（主要是富水泥炭地），从而增强了水文连通性。

在加拿大西北部的针叶林带，已经记录了自1984年以来针叶林覆盖面积净减少15%，同时阔叶林面积净增加。尽管火灾释放养分并为树木萌发创造种子床，但短的火灾间隔期可能阻碍幼树的成熟，使其在火灾中被烧毁，无法产生足够的松果。这种现象在干旱的地形位置上尤为明显，因为这些区域的土壤水分储存能力较低，导致火灾后干旱对黑松等干旱敏感树种的再生产生更大的负面影响。

本研究采用了一种基于假设的模型选择框架，通过比较统计模型来评估火灾后干旱对不同树种再生的影响。我们构建了七个候选模型，分别代表不同的假设，包括地形和土壤缓冲模型、地形模型、气候模型、火灾后时间模型以及统计和生态学上的空模型。通过使用Akaike信息准则修正（AICc）来选择最佳模型，我们发现地形和土壤缓冲模型在预测黑松比例方面表现最佳，而火灾后时间模型在预测树干密度方面最为有效。区域地形模型在预测树干面积方面表现出色，而局部地形模型在预测白松和白杨比例方面更为准确。

研究还发现，火灾后干旱对黑松比例的影响显著，但在区域高地形位置的土壤类型中，黑松比例随干旱程度的增加而下降。相反，火灾后树木密度、树冠面积以及白松和白杨的比例并未受到火灾后干旱的显著影响。这一结果支持了我们的假设，即低地形位置的森林可能在火灾后干旱的影响下相对更加稳定，但这种稳定性仅适用于黑松。此外，我们还发现，火灾后干旱对其他树种的再生影响较小，这可能与这些树种的繁殖策略有关，如白松的种子萌发机制和白杨的萌芽能力，使其对干旱的敏感度低于黑松。

在区域高地形位置，黑松的比例随干旱程度的增加而下降，而在区域低地形位置，黑松的比例则相对稳定。这一现象可能与泥炭地的水文连通性有关，因为低地形位置的泥炭地可以为周围的上坡森林提供稳定的地下水和种子来源，从而缓冲干旱对黑松再生的影响。然而，白松和白杨的再生并未受到火灾后干旱的显著影响，这可能与它们的繁殖策略和适应能力有关。例如，白松具有较宽的种子传播能力，能够在较宽的范围内找到适宜的萌发条件，而白杨则具有较强的萌芽能力，能够在干旱条件下快速恢复。

此外，研究还发现，土壤质地对火灾后森林再生具有重要影响。在细质地土壤上，局部地形控制更为显著，而在粗质地土壤上，区域水文连通性对再生起着关键作用。这表明，水文连通性在不同土壤类型中可能具有不同的表现形式，需要根据具体的地形和土壤条件进行分析。例如，在细质地土壤上，水文连通性主要依赖于局部的水文模式，而在粗质地土壤上，水文连通性则可能涉及更广泛的地下水流动。

研究还指出，火灾后干旱对白松的再生影响较小，这可能与白松的种子来源和萌发条件有关。尽管白松在火灾后可能面临一定的生存压力，但其较强的适应能力和种子传播能力使其能够在干旱条件下继续生长。然而，由于白松在研究区域的分布较为稀疏，且许多火灾后的时间跨度较短，我们未能充分捕捉到其再生的复杂性。因此，未来的研究可能需要扩展研究范围，包括更干旱和地形更复杂的区域，以更好地理解火灾后干旱对不同树种再生的影响。

总的来说，本研究揭示了阿尔伯塔省针叶林带中，区域低地形位置可能对黑松的火灾后再生起到缓冲作用，而其他树种如白松和白杨则表现出较强的恢复能力。这一发现对于森林管理具有重要意义，可以帮助管理者识别那些可能在气候变化背景下保持稳定性的区域，并制定相应的保护和恢复策略。此外，研究还强调了水文连通性在森林再生中的关键作用，特别是在干旱条件下，低地形位置的泥炭地可能成为黑松的避难所，从而减缓其在西部针叶林带中的比例下降趋势。这些发现为未来的森林管理和生态系统恢复提供了科学依据，有助于预测气候变化背景下森林组成的演变，并指导管理实践以保护对火灾后干旱敏感的树种。