火频次变化对古老草原地下植物构件的影响及其生态恢复力风险

本文综述了火频次变化对古老草原（如campos rupestres）地下植物构件（如芽库、贮藏器官和细根）的影响，揭示了高频次火灾会减少芽库密度和器官多样性，改变器官组成，并降低细根生物量，从而威胁生态系统的恢复力。研究强调了火管理制度对保护生物多样性和维持地下构件功能的关键意义。

　　

研究背景

古老草原（如巴西的campos rupestres）是一类受土壤和气候条件限制的生态系统，以高草本物种丰富度、高特有性和独特的物种组成为特征。这些系统通常生长在营养贫乏的土壤上，并依赖火作为重要的干扰因子来维持植被结构和地下生物量投资。火频次的变化可能影响植物的恢复力和再生策略，尤其是地下构件（如芽库、贮藏器官和根系）的响应。然而，火频次如何影响这些地下组件，尤其是在campos rupestres这类生态系统中，尚缺乏深入理解。

研究方法

研究在巴西Serra do Cipó国家公园及其缓冲带进行，选择了三个具有不同火频次的campos rupestres站点（1984-2018年间分别发生1次、6次和10次火灾）。在每个站点，研究人员量化了细根生物量、专化地下器官生物量、芽库大小、芽 bearing器官密度和器官组成，以评估重复火灾如何影响与持久性和再生相关的地下性状。

生物量采样包括在每站点随机设置10个0.5×0.5 m的样方，收集地上生物量和0-10 cm深度的地下器官及根系。芽库分析包括计数所有多年生器官上的活芽，并按生长型（禾草类和非禾草类）和器官类型（如肉质根茎、木质根茎、球茎等）分类。统计模型采用广义线性混合模型（GLMM）和PERMANOVA分析火频次对地下性状的影响。

研究结果

芽库大小、地下器官密度和组成

低火频次站点（1次火灾）具有最高的总芽库密度，比高频次站点（10次火灾）高47%，比中频次站点（6次火灾）高38%。禾草类芽库是所有站点芽库的主要组成部分，但非禾草类（包括草本和灌木）的芽密度在高火频次站点显著减少。

地下器官的生物量在三个站点间无显著差异，但器官组成发生变化。高频次火灾导致非禾草类肉质根茎减少，而木质根茎比例增加。所有器官类型中，肉质根茎（尤其是禾草类）占主导地位，而其他类型（如球茎和木质根茎）的代表性较低。

地下生物量

地下器官生物量在不同火频次下无显著变化，但细根生物量在高火频次站点比低火频次站点低64%。地下器官与地上生物量的比率（BBO:shoot）随火频次增加而上升，而根与地上生物量的比率（root:shoot）则下降。所有站点的地下生物量投资均高于地上部分（比率>1）。

讨论

火频次不仅影响地上植物群落，也显著改变campos rupestres的地下组件。高频次火灾导致芽库密度降低和地下器官数量减少，尤其是非禾草类物种的器官。这可能是因为频繁的火干扰耗尽了存储资源，限制了芽库的补充能力。

与热带稀树草原不同，campos rupestres的草本植物更依赖肉质根茎和球茎等浅表器官，这些器官在火灾中更易受损。高频次火灾还可能通过减少细根生物量影响资源获取能力，尤其在营养贫乏的土壤中。

尽管火频次改变了器官组成，地下器官总生物量保持稳定，表明系统在整体地下投资上具有一定的弹性。然而，组成变化可能导致功能差异，例如不同器官在芽保护、再生能力和资源存储方面的差异。

结论

火频次增加会减少campos rupestres的芽库大小和地下器官多样性，尤其是非禾草类物种的器官，从而可能损害生态系统的恢复力。研究发现，草本植物对火频次变化尤为敏感，而其高多样性是这类生态系统的重要特征。因此，火管理策略需考虑地下构件的响应，以保护物种多样性和生态系统功能。