地中海喀斯特生态系统木本植物叶片可燃性：水分阈值与火险评估新框架

《Forest Ecology and Management》：Biogeography modulates insect defoliation effects on climate-growth relationships in pines

本研究针对地中海喀斯特生态系统日益严峻的野火风险，通过量化11种优势木本植物的叶片点火脆弱性曲线(IVCs)，揭示了比叶面积(SLA)与活体燃料含水量(LFMC)的显著正相关关系。研究人员结合野外季节性水分监测，开发了安全可燃性指数(SFI)，将物种划分为高抗火性(Qp、Pm、Aa)、中低抗火性(Qi、Cc、Oc、Fo)和高火险(Rp、Ac、Am)三类。该研究为基于植物水分生理的绿色防火带物种选择提供了定量工具，对地中海地区火灾管理具有重要实践意义。

　　

随着气候变化加剧，地中海地区正面临着日益严峻的野火威胁。2022年，弗留利-威尼斯朱利亚地区遭遇了异常高温和持续干旱，降水量较历史平均值减少30-50%，导致植被大规模脱水，最终引发吞噬超过4000公顷土地的毁灭性野火。这一灾难性事件凸显了开发有效防火策略的紧迫性，特别是基于耐火植被的绿色防火带技术。然而，该技术的推广应用受到物种特异性可燃性评估标准缺失的制约。

为应对这一挑战，研究人员在《Forest Ecology and Management》上发表了针对地中海喀斯特生态系统木本植物可燃性的系统研究。该研究创新性地将植物水分生理与火险科学相结合，通过实验室测定与野外监测相结合的方法，建立了物种特异性的可燃性评估框架。

研究团队采用的关键技术方法包括：1）通过实验室标准化点火测试构建点火脆弱性曲线(IVCs)，量化不同水分含量下的点火概率；2）测定比叶面积(SLA)等叶片形态解剖性状；3）在2024年夏季干旱期间进行三次野外采样，监测11种优势木本植物的活体燃料含水量(LFMC)和相对含水量(RWC)动态变化；4）开发整合实验室与野外数据的安全可燃性指数(SFI)。

3.1. 点火脆弱性曲线

研究结果显示，不同物种的IVCs呈现出显著差异。根据过渡范围分析（80%至20%点火率对应的LFMC范围），物种可分为陡变型（如Fraxinus ornus、Acer monspessulanum、Pistacia terebinthus）、渐变型（如Acer campestre、Cotinus coggygria、Quercus pubescens等）和缓变型（如Prunus mahaleb、Robinia pseudoacacia、Ailanthus altissima）。Robinia pseudoacacia表现出最平缓的响应和最高的种内变异性。

3.2. 物种特异性临界水分含量阈值

LFMC分析揭示了明显的物种特异性临界水分阈值。在20%点火概率水平，Acer monspessulanum和Acer campestre的临界LFMC值最高（88-109%），而Quercus ilex和Quercus pubescens的临界值最低（43-48%）。RWC分析同样显示，Ailanthus altissima需要最严重的脱水（RWC₂₀ = 26%）才能达到20%点火概率，而Acer属物种和Robinia pseudoacacia最为脆弱，在RWC为60-70%时即可点燃。

3.3. 叶片形态解剖性状、水分含量与火险脆弱性

SLA测量显示显著种间差异，Robinia pseudoacacia的SLA最高（211 cm2/g），而Prunus mahaleb、Pistacia terebinthus和Quercus ilex的SLA最低（86-87 cm2/g）。线性混合模型分析表明，SLA与最大LFMC(LFMC_max)呈显著正相关（β = 0.46, p < 0.001）。更重要的是，SLA也与50%点火概率下的LFMC(LFMC₅₀)显著正相关（β = 0.20, p < 0.001），表明高SLA物种通常具有更高的点火脆弱性。Ailanthus altissima是个例外，虽然具有高SLA（174 cm2/g），但表现出低LFMC₅₀（33.5%）。

3.4. 喀斯特木本植物呈现对比鲜明的季节性脱水模式

野外监测显示，所有物种在夏季干旱期间LFMC均持续下降，但保持了明显的水分层级。Ailanthus altissima始终维持最高LFMC值（170-233%），而Quercus ilex整个研究期间保持最低LFMC（65-67%）。水分损失计算表明，Fraxinus ornus经历了最严重的脱水（28%），而Quercus ilex的水分损失最小（1.3%）。

3.5. 安全可燃性指数(SFI)

基于SFI的评估将物种分为三类：高-中抗火性物种（Quercus pubescens、Prunus mahaleb、Pistacia terebinthus、Ailanthus altissima）、中-低抗火性物种（Quercus ilex、Cotinus coggygria、Ostrya carpinifolia、Fraxinus ornus）和高火险物种（Robinia pseudoacacia、Acer campestre、Acer monspessulanum）。

研究结论强调，水分利用策略在决定物种火险脆弱性方面起着关键作用。具有保守水分利用模式的物种在干旱期间能维持较高水分含量，且更缓慢地达到临界点火阈值，从而表现出更高的抗火性。相比之下，奢侈用水型物种在水分胁迫下经历快速水分损失，迅速接近危险的点火阈值，显示出较高的火险脆弱性。

值得注意的是，Quercus ilex虽然表现出极强的抗旱能力（仅1.3%的夏季水分损失），但其固有的低LFMC_max（91%）使其始终接近临界点火阈值。这一发现表明，仅基于田间水分损失模式看似高度抗逆的物种，可能因其基础水分含量低而长期面临火险威胁。

该研究的重要意义在于为地中海喀斯特景观的绿色防火带建设和火灾管理策略提供了科学的物种选择依据。特别是Quercus pubescens作为本地物种显示出优异的抗火性能，而入侵物种Ailanthus altissima出乎意料的高抗火性为火灾管理提供了新的思路，尽管其使用需要谨慎评估生态风险。这项研究建立的定量评估框架为理解植被组成、水分状况和火行为之间的复杂关系提供了新视角，对地中海地区应对气候变化下的火灾风险具有重要指导价值。