美国东北部刚松（Pinus rigida）贫瘠林下植物群落对不同恢复情景的响应机制研究

这篇研究通过系统调查美国东北部刚松（Pinus rigida）贫瘠林在不同恢复措施（包括计划火烧（Rx）、机械处理等）下的林下植物群落响应，揭示了火烧依赖型生态系统的恢复动态。结果表明，不同处理方式显著影响物种组成与结构，火烧促进耐火物种（如Vaccinium angustifolium）的恢复，而未经处理的对照区则以避火物种为主。研究为全球稀有生态系统（G2级）的恢复提供了关键数据，并强调了干扰机制（如火烧频率/季节）对维持生物多样性和文化价值的重要性。

　　

ABSTRACT

美国东部依赖火烧的松林生态系统因长期火抑制政策及气候变化面临严重退化。本研究评估了四种恢复措施（采伐、春秋季计划火烧、刈割后火烧）对东北部刚松贫瘠林下植物群落的影响，揭示了不同处理对物种组成、多样性和结构的差异化效应。

1 Introduction

刚松贫瘠林（G2级稀有生态系统）的退化与火中断直接相关。历史上，原住民通过低频地表火维持这类开放群落，但欧洲殖民后火抑制导致群落密化（densification）和中生化（mesophication）。林下植物作为野生动物栖息地和文化资源载体，其恢复对生态和社会价值至关重要。研究通过对比机械处理与火烧策略，填补了现有文献对林下群落响应机制的认识空白。

2 Methods

研究区域：覆盖美国东北部三个生态区（沿海、内陆、北部贫瘠林），涉及8个保护地的47个样地。

处理类型：

• 采伐（Harvest）：2017–2020年商业/非商业伐木

• 计划火烧（SpringRx/FallRx）：2016–2022年春秋季低–中度火烧

• 刈割后火烧（MowRx）：2014–2021年刈割燃料后火烧

采样设计：2022–2023年夏季采用网格法设置498个1 m²样方，记录物种盖度（8等级）、凋落物深度、基底面积等指标。

数据分析：使用NMDS（非度量多维标度）和PER-MANOVA分析群落差异，通过指示种分析识别处理特异性物种。

3 Results

沿海贫瘠林：

• MowRx处理显著降低基底面积（8.7 vs. 对照24.9 m²/ha）和凋落物深度（3.86 vs. 6.42 cm）

• FallRx单元中，耐火灌木Gaylussacia baccata（指示值p=0.002）和蕨类Pteridium aquilinum（p=0.031）占优

• 物种丰富度在MowRx最高（33种 vs. 对照23种）

内陆贫瘠林：

• 刈割火烧使Quercus ilicifolia盖度提升49.36%（对照26.03%）

• 对照区以避火物种（如Prunus serotina）为主

北部贫瘠林：

• Vaccinium angustifolium在MowRx单元中显著指示（p=0.007）

• 火烧处理增加灌木密度（65.13% vs. 对照30.85%）

4 Discussion

干扰机制与物种响应：

• 火烧促进具地下储存器官（如根茎）的耐火物种（如Quercus spp.）再生

• 刈割+火烧（MowRx）通过高干扰强度抑制火敏感物种，创造均质化生境

• 对照区因火抑制积累中生化物种（如Fagus grandifolia），导致β多样性下降

管理启示：

• 火烧频率需匹配历史火周期（3–15年）以维持灌木优势

• 刈割预处理可降低火强度，但可能减少微生境异质性

• 文化价值物种（如Vaccinium浆果）的恢复需结合原住民火管理知识

研究局限：缺乏处理前基线数据，且未评估高频火烧（如年际）效应。未来研究可整合传统生态知识（TEK）与定量模型，优化恢复策略。

Author Contributions

研究由跨机构团队完成，K.A.S.主导野外工作与数据分析，所有作者参与论文撰写。数据公开于补充材料（Appendix S1–S3），为全球火依赖生态系统恢复提供重要案例。