北方高烈度野火后颤杨(Populus tremuloides)有性与无性繁殖策略对森林生态恢复的差异化影响

本研究针对北方森林颤杨林罕见的高强度野火后再生机制，通过分析Chuckegg Creek火灾(31万公顷)后46个样点的地表火烈度(BSI)、物候期(green-up)与林分特征，发现地表火烈度是预测幼苗(seedlings)与根蘖(suckers)密度的关键因子：高强度火后绿叶期促进幼苗定居，而中高强度火前绿叶期更利于根蘖繁殖。该研究为气候变化下 boreal forest(北方森林)的生态韧性机制提供了新见解。

　　

在加拿大西部广袤的北方森林中，颤杨(Populus tremuloides)作为分布最广的树种，正面临气候变暖带来的多重威胁：野火频率增加、干旱加剧以及虫害爆发。传统上，颤杨林被视为天然"防火屏障"，因其春季融雪后至展叶前("spring window")的高可燃性会随叶片萌发(green-up)急剧下降。但2019年Chuckegg Creek火灾(面积31万公顷)打破了这一认知——极端干旱天气使火势突破物候限制，在绿叶期持续蔓延，为研究高烈度火后颤杨再生策略提供了罕见案例。

加拿大自然资源部北方林业中心的Denyse A Dawe团队在《Fire Ecology》发表的这项研究，揭示了火烈度与物候期如何塑造颤杨截然不同的繁殖策略：通过根系无性繁殖的根蘖(suckers)能快速占领火烧迹地，而种子繁殖(seedlings)虽罕见却能为种群提供遗传多样性。研究团队利用火灾每日蔓延图划定燃烧时序，结合46个样点的地表火烈度指数(BSI_surface)、复合燃烧指数(CBI_strata)等数据，采用梯度提升回归树(Boosted Regression Trees)模型分析再生机制。

关键方法

1. 通过30×5m样带调查火前林分结构与火后招募密度；
2. 采用表面燃烧严重度指数(BSI)和复合燃烧指数(CBI)量化火烈度；
3. 利用MODSI NDVI数据确定物候期(green-up)；
4. 基于加拿大火灾蔓延数据库划定燃烧时序；
5. 使用梯度提升回归树分析环境因子对再生策略的影响。

主要结果
招募密度差异：火后再生密度达896,666株/公顷(均值158,117)，显著高于未火烧样点(769株/公顷)。83%样点以根蘖为主(均密度110,556)，但后期燃烧样点出现幼苗爆发(均密度365,159)。

火烈度主导再生策略

• 幼苗在高BSI(>3.5)与绿叶期后燃烧样点占优，其样点有机质层仅存0.5cm(根蘖优势样点为3.3cm)；
• 根蘖密度在BSI=2.4-3时达峰，极高烈度(>3.8)会抑制根系萌蘖能力；
• 林分基部面积(BA_fire-killed)>50 m²/ha时根蘖密度下降，可能与根系碳水化合物储备耗竭相关。

物候期与火时序互作
绿叶期后燃烧的样点因资源向叶片分配而削弱根蘖能力，同时种子成熟期与火灾同步，使幼苗获得无竞争微生境。

讨论与意义
该研究首次系统阐释了高烈度火后颤杨"双轨制"再生策略的驱动机制：地表火烈度通过改变根系活力与微生境条件，在根蘖主导(中高强度火)与幼苗补充(高强度火)间形成动态平衡。这种互补机制为北方混交林应对气候扰动提供了生态韧性——根蘖维持克隆种群短期恢复力，而幼苗带来的遗传重组可能缓解"克隆衰老"风险。研究建议火灾管理应保留火烈度异质性，避免单一策略干预。未来气候变干可能压缩种子繁殖窗口，凸显了当前研究对预测 boreal forest(北方森林)演替轨迹的关键价值。