机械粉碎与计划烧除对干旱针叶林燃料负荷及林分结构的协同调控效应

针对北美干旱针叶林因火干扰缺失导致的燃料累积与火灾风险加剧问题，研究人员通过机械粉碎（mastication）结合计划烧除（prescribed burning）的联合处理，系统评估了其对林分结构（如冠层燃料负荷、1000-hour rotten woody fuels）和潜在火行为（crown fire potential）的影响。结果表明，联合处理可显著降低林分密度（从598降至310株/公顷）和冠层燃料，同时通过燃烧抵消粉碎增加的表面燃料，为生态修复与火灾管理提供科学依据。

　　

北美干旱针叶林长期面临火干扰缺失、小径木过度累积及气候变化引发的火灾风险升级问题。数十年的防火政策、商业采伐及虫害爆发导致林分结构单一化，表层燃料（如1000-hour rotten woody fuels）和冠层燃料（canopy bulk density）持续积累，加之夏季干旱加剧，使得近年来野火面积与烈度显著上升。美国林务局（USDA Forest Service）等机构提出需通过生态修复手段恢复森林自然变异性，但传统商业疏伐在低经济价值小径木林区难以实施。为此，美国农业部太平洋西北研究站（PNW Research Station）联合奥卡诺根-韦纳奇国家森林（Okanogan-Wenatchee NF）的研究团队开展了一项创新研究，探索机械粉碎结合计划烧除的协同效应，成果发表于《Forest Ecology and Management》。

研究采用管理驱动的野外实验与火行为模拟相结合的方法。在华盛顿州东部喀斯喀特山脉的Hungry-Hunter生态修复项目区，选取以黄松（Pinus ponderosa）和花旗松（Pseudotsuga menziesii）为主的林分，使用履带式粉碎设备（mastication equipment）处理小径木，并将碎屑覆盖于地表，随后对半数样地实施计划烧除。通过林分调查（如quadratic mean diameter, QMD）与燃料模型（如Fuelbed Characteristics Classification System）量化处理前后结构变化，并利用火行为模拟软件（如FlamMap）评估潜在火险。

研究结果

Mastication and prescribed burning effects on overstory structure, canopy fuels, and regeneration
机械粉碎使活立木密度从598株/公顷降至310株/公顷（p<0.0001），基部面积（basal area）从18.2 m²
/ha降至14.2 m²
/ha，同时QMD从20.7 cm增至24.0 cm，显著提升优势树种（如黄松）比例。粉碎还降低冠层燃料密度（canopy bulk density）和梯状燃料（ladder fuels），但增加表层木质燃料负荷（如100-hour sound woody fuels），其增量与处理前林分密度正相关。

Mastication and prescribed burning effects on surface fuels
计划烧除使所有粒径级（如1-hour至1000-hour）表层燃料显著减少，且燃料消耗比例与初始负荷相关。联合处理最终使多数表层燃料负荷低于处理前水平，其中1000-hour rotten woody fuels减少尤为显著。

Fire behavior modeling results
粉碎单独处理会提高地表火强度（surface wildfire intensity），但降低树冠火（crown fire）风险；后续烧除则进一步将火强度恢复至处理前或更低水平，证实联合处理的协同减火效应。

结论与意义
该研究首次系统验证了机械粉碎与计划烧除的联合应用可同步调控干旱针叶林的垂直（如冠层燃料）与水平（如表面燃料）燃料连续性，实现林分结构优化与火险降低双重目标。通过量化燃料动态与火行为响应，为生态修复中非商业林分的低成本管理提供技术路径，尤其适用于小径木优势林区。研究还指出，粉碎后需适时实施计划烧除（如1-3年内）以避免碎屑长期堆积导致的潜在火隐患，这一结论对全球类似生态系统的适应性管理具有重要参考价值。