林业复垦方法对阿巴拉契亚遗留矿区森林鸟类群落的初期恢复效应研究

本研究首次评估了采用林业复垦方法（FRA）在阿巴拉契亚山脉遗留矿区进行生态恢复后，早期森林演替阶段（2-11年）的鸟类群落响应。通过贝叶斯多物种占据模型分析发现，FRA森林在十年内已成功吸引了以灌丛和幼林为栖息地的鸟类类群，并包含了原生红 spruce-北部硬木林（RS-NH）的关键指示物种。与传统复垦形成的草地相比，FRA通过土壤疏松、本地树种种植等措施加速了森林演替，为衰退的森林鸟类提供了重要栖息地，表明FRA在矿区生态修复和鸟类保护方面具有显著潜力。

　　

引言

地表煤炭开采及其后的复垦工作显著改变了阿巴拉契亚山脉自然景观的生态特征。林业复垦方法（FRA）是一种强调林业最佳管理实践的矿山复垦方法，旨在快速恢复矿区生态系统的功能和原生森林植被。与传统复垦方法（通常形成草地并导致演替停滞）不同，FRA通过创建适宜的根系生长介质、松散表土、使用本地植被进行侵蚀控制以及种植本地树种等措施，促进了更快速的天然演替。尽管FRA在建立原生森林方面已显示出成功，但其对鸟类群落的影响尚未有实证研究。本研究旨在评估采用FRA复垦并经过十年森林生长后的幼林中的鸟类群落组成。研究预期FRA将为灌丛和幼林鸟类类群提供栖息地，并探讨FRA森林是否包含已知的原生森林栖息地指示物种。

研究方法

研究区域位于美国西弗吉尼亚州东部的莫农加希拉国家森林（MNF）内的高海拔地区，重点关注Mower Tract和Sharp Knob的遗留矿地。研究选择了32个地点，平均分为四个森林年龄等级：较年轻的FRA林地（YFRA，复垦2-5年）、较老的FRA林地（OFRA，复垦8-11年）、矿地上自然再生的森林（REGEN，>40年）和未开采的成熟森林（MAT，>100年）。REGEN和MAT森林作为较老的RS-NH参考森林，用于预测如果复垦成功，FRA森林未来的鸟类组成。

在2022年6月，研究人员使用10分钟、100米半径的固定点计数法对繁殖鸟类群落进行了调查。每个地点在研究期间进行了三次调查。调查数据用于构建贝叶斯层次多物种群落占据模型，以评估复垦方法和调查协变量（如日期、时间、云量、风速和气温）对鸟类群落占据率和检测概率的影响。物种被分为三个筑巢栖息地类群：成熟森林鸟类、幼林鸟类和泛化种。

研究结果

点计数调查共探测到49个物种。在YFRA、OFRA、REGEN和MAT森林年龄等级中分别探测到35、32、30和36个物种。在所有森林年龄等级中，探测到15种RS-NH森林的鸟类指示物种。

物种丰富度和占据率估计表明，FRA森林（YFRA和OFRA）主要以幼林鸟类类群为主。在YFRA地点，幼林类群的平均占据率估计为0.79，而成熟森林类群的平均占据率估计为0.36。在OFRA地点，幼林类群的平均占据率估计为0.69，成熟森林类群为0.36。与MAT参考森林（成熟森林类群占据率0.71）相比，FRA森林的成熟森林鸟类占据率显著较低。

重要的是，研究发现了三种预期在早期演替RS-NH森林中繁殖的指示物种——栗胁林莺（Chestnut-sided Warbler）、暗眼灯草鹀（Dark-eyed Junco）和哀纹胁林莺（Mourning Warbler）——它们的占据率估计与两个FRA森林年龄等级均呈正相关。同时，大多数与成熟RS-NH森林相关的指示物种的占据率与FRA森林呈负相关，但这种负相关物种的数量从YFRA的10种减少到OFRA的5种。

REGEN森林拥有较高的成熟森林物种丰富度（平均17.73种），但其鸟类指示物种的占据率与RS-NH森林没有显示出正相关关系，这与FRA森林和未开采的成熟森林（MAT）形成对比，后两者支持了与其演替阶段相对应的指示物种。

讨论

研究表明，采用FRA复垦的森林在仅十年生长后，主要吸引了以灌丛和幼林为栖息地的鸟类类群，这与传统复垦草地支持的草地鸟类群落形成鲜明对比。更重要的是，FRA森林已经包含了预期在年轻RS-NH森林中栖息的所有鸟类指示物种，这表明遗留矿区在采用FRA复垦大约十年后，正在向支持相关森林鸟类群落的原生RS-NH森林发展。

与自然再生的矿地森林（REGEN）相比，FRA森林在提供RS-NH依赖鸟类栖息地方面可能最终会超越前者。这是因为FRA森林特意为促进RS-NH森林建立和生长的条件进行了管理，而自然再生森林的生长受到土壤严重压实和外来物种种植的抑制。未开采的成熟森林（MAT）可能是FRA森林未来条件和相关鸟类群落的更准确参考。

研究的局限性包括时间和空间尺度有限，但即使如此，也观察到了年轻的FRA森林与幼林鸟类栖息地类群之间的明确关联。未来的研究应继续跟踪这些地点的森林演替和野生动物群落，并测试额外的地点协变量（如平均植被高度、灌木密度、树种组成等），以确定影响鸟类群落的具体FRA特征。

结论

林业复垦方法（FRA）不仅可以是传统草地复垦的可行替代方案，还可以更广泛地用于将遗留矿区转变为原生森林。为了维持幼林栖息地鸟类所需的草本、灌丛和树苗覆盖，土地管理者可以考虑在遗留矿区分阶段实施FRA，以便在成熟森林附近持续建立幼林。动态的森林结构将满足衰退的幼林鸟类群落的栖息地需求，而了解FRA森林演替的时间可能有助于以满足森林鸟类物种时空繁殖栖息地利用模式的方式实施FRA。初步评估表明，FRA在矿区生态修复和促进鸟类保护方面具有巨大潜力。