早期干预管理策略对云杉芽虫对香脂冷杉生长的影响

《Forest Ecology and Management》：Effects of an early intervention management strategy for spruce budworm on balsam fir growth

松毛虫暴发期间，纽芬兰白桦松通过喷洒Bacillus thuringiensis var. kurstaki（Btk）的早期干预策略（EIS），在喷洒区（60株）未检测到年轮宽度显著变化（分段回归截断点2012年，p=0.1727），而未喷洒区（109株）在暴发后出现显著生长下降。结果显示EIS短期内有效减缓生长损失，但长期效益需权衡成本与生态影响。

　　近年来，全球森林生态系统面临着多种生物和非生物因素的挑战，其中昆虫虫害对森林健康和碳循环的影响尤为显著。以加拿大东部的松毛虫（*Choristoneura fumiferana*）为例，这种原生于北美的鳞翅目昆虫对北方针叶林生态系统构成了重大威胁。松毛虫的爆发不仅导致大量树木的叶片被啃食，还可能引发树木死亡，从而影响森林的碳吸收能力。在这一背景下，森林管理者开始尝试新的干预策略，以减轻虫害对森林的破坏。其中，“早期干预策略”（Early Intervention Strategy, EIS）逐渐受到关注。EIS通过在虫害初期对特定区域进行喷洒生物杀虫剂，如苏云金杆菌（*Bacillus thuringiensis* var. *kurstaki*，简称Btk），以控制虫口密度，防止其达到爆发水平。然而，这种策略的长期效果及其对森林碳循环的影响仍存在争议。本文的研究旨在探讨EIS对纽芬兰岛上的冷杉（*Abies balsamea*）树生长的影响，特别是在EIS实施前后，树冠生长的变化。

松毛虫的爆发对森林的影响主要体现在两个方面：一是直接导致树木死亡，二是通过破坏树木的光合作用能力，使得树木的生长速度显著下降。在虫害爆发初期，树木的叶片会被大量啃食，导致其光合作用效率降低，进而影响碳的固定和积累。这种影响通常在爆发持续4至5年后变得尤为明显，此时树木的生长可能已经受到不可逆的损害，甚至出现死亡现象。例如，在20世纪10至20年代的东部加拿大虫害爆发期间，大量冷杉树死亡，导致森林的碳储存能力大幅下降。而在20世纪80年代末期，加拿大新斯科舍省的虫害爆发导致超过90%的可采冷杉树死亡，其中70%的死亡直接归因于松毛虫。

松毛虫对森林碳循环的影响不仅限于树木的死亡，还包括其对森林整体碳平衡的干扰。森林作为重要的碳汇，通过树木的生长吸收大气中的二氧化碳，而虫害爆发则可能使森林从碳汇转变为碳源。在虫害期间，树木的生长减缓或停止，导致森林吸收的碳减少，甚至释放储存的碳。这种现象在模拟模型中得到了验证，例如基于魁北克省管理的北方针叶林模型显示，虫害导致部分森林区域从碳汇转变为碳源。因此，控制虫害对于维持森林的碳储存能力具有重要意义。

然而，虫害对树木生长的影响在不同地区和不同条件下表现出较大的差异。在魁北克省的一项实地研究中，研究人员发现，虫害期间冷杉的基部面积增长平均减少了38%。而在另一项关于虫害对冷杉生长影响的综述研究中，发现虫害爆发后的几年内，冷杉的生长速度可能减少75%至90%，并且随着虫害的持续，这种生长损失会进一步加剧。这种差异可能与气候条件、树种分布、森林管理措施等多种因素有关。因此，了解虫害对不同区域森林的影响，对于制定有效的森林管理策略至关重要。

在纽芬兰岛，松毛虫的爆发正处于一个关键阶段。该岛的森林生态系统与魁北克省等地存在显著差异，其独特的凉爽湿润气候可能对松毛虫的分布和密度产生更大的影响。因此，研究纽芬兰岛上的松毛虫对冷杉生长的影响，不仅有助于理解该地区森林的生态动态，也为其他类似地区提供了重要的参考。为了评估EIS的效果，研究人员在纽芬兰岛的多个地点进行了采样，其中一部分区域实施了EIS，而另一部分则未进行干预。通过比较这两个区域的树木生长情况，可以更清晰地了解EIS对森林生态系统的影响。

研究选取了20个采样点，其中7个位于实施EIS的区域，13个位于未进行干预的区域。采样点的选择基于地理信息系统（GIS）数据，确保样本的代表性。这些采样点的森林年龄均超过30年，树木高度在4米以上，以保证样本的成熟度和数据的可靠性。通过对这些树木进行年轮采样，研究人员能够分析其生长变化趋势。年轮宽度是衡量树木生长情况的重要指标，通常与树木的健康状况和环境条件密切相关。通过标准化年轮宽度数据，并采用分段回归分析方法，研究人员能够识别出生长变化的关键时间节点。

研究结果显示，实施EIS的区域中，树木的生长并未发生明显变化，这表明喷洒Btk在短期内有效地控制了松毛虫的密度，从而避免了大规模的叶片啃食和树木死亡。然而，在未进行干预的区域，树木的生长出现了显著的下降，尤其是在虫害爆发初期。这一结果表明，EIS在一定程度上能够延缓树木生长的损失，但其效果可能随着时间的推移而减弱。此外，研究还发现，虽然EIS在短期内有助于维持森林的碳储存能力，但长期来看，其效益可能需要与潜在的环境成本进行权衡。

值得注意的是，纽芬兰岛上的森林管理措施并不完全一致。例如，格罗斯莫恩国家公园（Gros Morne National Park, GMNP）选择不进行喷洒，以保护其生态完整性。这一选择为研究提供了独特的对比条件，使得研究人员能够在EIS实施的区域和未实施的区域之间进行比较分析。通过这种对比，可以更清楚地了解EIS对森林生态系统的影响，以及未干预区域的自然恢复能力。

研究结果对于森林管理者和政策制定者具有重要的参考价值。一方面，EIS能够在短期内有效控制松毛虫的密度，从而减少树木的生长损失和死亡率。另一方面，这种策略可能对森林生态系统产生一定的负面影响，例如对非目标生物的潜在影响、喷洒过程中对环境的干扰等。因此，在制定森林管理策略时，需要综合考虑这些因素，以确保生态系统的长期健康和稳定。

此外，研究还揭示了松毛虫对森林生态系统的影响具有一定的空间异质性。在虫害爆发的早期阶段，树木的生长损失可能相对较小，但随着虫害的持续，其影响会逐渐加剧。这一现象在未实施EIS的区域表现得尤为明显，表明及时的干预措施对于防止生长损失的进一步扩大至关重要。然而，EIS的实施范围和频率可能受到多种因素的限制，例如资金、技术和环境条件等。因此，如何在有限的资源下最大化EIS的效果，是森林管理者需要面对的重要挑战。

总的来说，本文的研究为理解松毛虫对森林生态系统的影响提供了新的视角，并探讨了EIS在应对虫害爆发中的作用。研究结果表明，EIS在短期内能够有效延缓树木生长的损失，但在长期来看，其效益需要与潜在的环境成本进行权衡。这一发现对于制定科学合理的森林管理策略具有重要意义，也为进一步研究松毛虫对森林碳循环的影响提供了基础。在未来的研究中，可以进一步探讨不同管理措施对森林生态系统的综合影响，以及如何在保护生态完整性的同时，实现森林的可持续管理。