《Trees, Forests and People》：Frequent Prescribed Burning Reduces Hydrological Characteristics of Litter Layers by Simplifying Stand Structure in
Pinus yunnanensis Forests
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计划烧除（prescribed burning）被广泛用于降低云南松（Pinus yunnanensis）林火风险，但其对凋落物介导的水文功能及其与林分结构联系的影响仍未充分量化。研究人员评估了中国云南省新平县云南松人工林中三种具有不同火烧历史的林分类型：未烧
计划烧除（prescribed burning）被广泛用于降低云南松（Pinus yunnanensis）林火风险，但其对凋落物介导的水文功能及其与林分结构联系的影响仍未充分量化。研究人员评估了中国云南省新平县云南松人工林中三种具有不同火烧历史的林分类型：未烧林分（unburned stands, UB）、受单次非计划点燃影响的林分（stands affected by a single unintended ignition, UI）以及经历重复年度计划烧除的林分（repeated annual prescribed burning, PB）。针对未分解（undecomposed）和半分解（semidecomposed）凋落物层，研究人员量化了凋落物载量与组成，并通过浸水实验测定持水率（water-holding ratio）、吸水速率（water absorption rate）和有效凋落物截留能力（effective litter interception capacity）。研究人员进一步应用探索性结构方程模型（exploratory structural equation modeling, SEM）检验火烧历史、林分结构和凋落物水文特征之间的关联。火烧影响林分中两层凋落物载量均显著较低，从UB林分的30–45 t/ha降至UI林分的11–16 t/ha和PB林分的4.5–7 t/ha。相对于火烧前条件，单次点燃事件移除了约78.73%的未分解凋落物和59.96%的半分解凋落物。水文响应在凋落物层间不同：火烧后半分解层持水率增加，而未分解层下降。然而，有效凋落物截留能力沿火烧历史梯度急剧降低。在未分解层，截留能力从UB林分的27.43 t/ha降至UI林分的8.25 t/ha和PB林分的2.69 t/ha；在半分解层，分别从42.68 t/ha降至18.51 t/ha和8.74 t/ha。所有成对差异均显著（p < 0.001）。重复计划烧除还与林分结构简化相关，包括冠层盖度、混交度和优势度降低，这对应于较弱的有效凋落物截留能力。总体而言，研究结果表明云南松人工林中燃料减少与凋落物介导的水分保持之间存在权衡。研究结果还强调在评估火烧后凋落物水文特征时区分凋落物分解层的重要性。因此，这些森林中的计划烧除制度不仅应考虑燃料减少，还应考虑凋落物恢复、林分结构和森林地表水文功能。
论文《Frequent Prescribed Burning Reduces Hydrological Characteristics of Litter Layers by Simplifying Stand Structure in Pinus yunnanensis Forests》由 Xilong Zhu、Shiying Xu、Davide Fornacca、Boyuan Liu、Weike Li、Xiaona Li、Ping Yao、Wei Li、Weili Kou、Qiuhua Wang 等完成。研究背景：森林火是森林生态系统的重要干扰，计划烧除（prescribed burning）通过在限定条件下人为低强度点火消耗地表和阶梯燃料，降低高强度野火概率。云南松（Pinus yunnanensis）是中国西南地区海拔1500–2500 m原生优势树种，云南分布约4.8 × 10
6 ha，约占全省森林面积52%，具水源和土壤保持、生物多样性维持功能；但干湿季分明、树脂含量高、林下凋落物积累，使其高度易火。林下凋落物层由未分解和部分分解植物材料组成，可截留降水、削弱雨滴打击、减少溅蚀、延迟地表径流并促进入渗，其持水能力是凋落物层水文功能的核心指标。计划烧除直接改变凋落物质量和结构，但关于其对云南松林凋落物持水、吸水速率和有效截留的系统证据有限。研究问题为：计划烧除通过直接减少森林地表在多大程度上改变凋落物层持水特征；前期工作显示长期过度频繁计划烧除可改变云南松林林分结构，那么这种结构变化是否导致凋落物层水文特征差异。研究旨在为计划烧除方案及区域森林水文和水资源管理提供证据。
研究人员在云南省新平县照壁山云南松人工林比较三种火烧历史林分：未烧（UB）、单次非计划点燃（UI）和重复年度计划烧除（PB）。研究对未分解与半分解凋落物层量化载量和组成，以浸水实验测持水率、吸水速率和有效凋落物截留能力，并用探索性结构方程模型（SEM）分析火烧历史、林分结构和凋落物水文特征关联。结论表明，云南松人工林存在燃料减少与凋落物介导水分保持之间的权衡；评估火烧后凋落物水文特征需区分分解层；计划烧除制度应兼顾燃料减少、凋落物恢复、林分结构和森林地表水文功能。其意义在于为云南松林计划烧除频率设计和防火与水源涵养平衡提供依据。
关键技术方法（不超过250字）：研究样本来源为中国云南省新平县照壁山云南松人工林，该地自2007年起约每年实施计划烧除，2025年2月一次计划烧除中发生UI。按火烧历史在UB、UI、PB区域共设置10个20 m×30 m标准样地，每样地设5个1 m×1 m凋落物样方；2024年1月、2024年12月、2025年2月和2025年5月调查。采用实时动态定位（real-time kinematic）测设，记录非空间和空间林分结构；采集未分解与半分解凋落物，浸水0.1–24 h测持水率、吸水速率和有效凋落物截留能力；以单因素方差分析（one-way analysis of variance, ANOVA）和Duncan多重极差检验、曲线回归、探索性结构方程模型（SEM）、相关热图和层次聚类分析数据。
研究结果如下。3.1 云南松林林分结构因子。3.1.1 非空间结构因子：通过样地每木调查，PB冠层盖度0.60–0.80、密度1794 trees·ha
-1、平均树高约15.6 m、平均直径胸径（diameter at breast height, DBH）14.44 cm；UB和UI冠层盖度0.80–0.95、密度约2717 trees·ha
-1、平均树高10.21 m、平均DBH 7.12 cm。表明频繁计划烧除林分更稀疏、树木更高大。3.1.2 空间结构因子：通过混交度、均匀角指数和优势度计算，PB混交度0.2984，UI 0.6344，UB 0.6937，PB种间混交弱；三者均匀角指数约0.5011–0.5112，呈随机分布；长期烧除降低中等竞争状态树木频率（烧除17.53% vs 未烧20.32%），提高大个体相对优势。
3.2 凋落物组成与质量：通过凋落物样方采集称重，火烧显著降低两层载量，UB 30–45 t/ha，UI 11–16 t/ha，PB 4.5–7 t/ha；单次点燃移除约78.73%未分解和59.96%半分解凋落物。UB未分解层草蕨占7.29%，火烧处理几乎缺失；UI枝皮碎屑最高9.85%；半分解层占总质量63.55–67.79%，PB最高。3.3 凋落物持水与截留能力。3.3.1 凋落物持水率：浸水实验显示，0.1 h未分解层持水率PB 64.05%、UI 75.64%、UB 76.28%；半分解层分别为183.35%、158.66%、92.76%。24 h最大持水率未分解层PB 171.81%、UI 180.42%、UB 217.52%；半分解层PB 258.47%、UI 220.76%、UB 214.46%。持水率与时间呈对数关系，前4 h快速增加后趋缓。3.3.2 凋落物吸水速率：浸水0.1 h最高，4 h内快速下降，8 h后变化小。0.5 h未分解层UB 2.6716 > UI 2.6448 > PB 2.1053 kg/kg/h；半分解层PB 4.0877 > UI 3.7572 > UB 3.2772 kg/kg/h。吸水速率与时间呈幂律关系。3.3.3 有效凋落物截留能力：UI火烧后凋落物质量与有效截留呈线性关系 y=1.83814+1.86069x（R
2=0.922）。未分解层UB 27.43±3.65 t/ha，UI 8.25±1.43 t/ha，较UB降69.91%，PB 2.69±0.71 t/ha，较UI降67.42%；半分解层UB 42.68±5.85 t/ha，UI 18.51±2.74 t/ha，较UB降56.63%，PB 8.74±0.79 t/ha，较UI降52.78%。所有成对差异显著（p < 0.001）。3.4 凋落物层水文特征对林分结构因子的响应：通过UI与PB比较并在去除强相关变量后进行SEM，频繁计划烧除直接增加平均树高、降低冠层盖度，降低混交度和优势度；有效截留与冠层盖度、混交度正相关。相关热图和聚类显示两个特征簇：DBH、树高、均匀角指数和火烧处理为一簇，火烧处理与均匀角指数强相关（r=0.99，但采用二值编码且均匀角指数变化小，应谨慎解释）；冠层盖度、密度、混交度、优势度、凋落物质量和有效截留为另一簇且正相关；两簇负相关。表明频繁火烧与简化林分结构和降低凋落物介导水文功能相关。
讨论部分表明：不同火烧历史林分中，最明显差异是凋落物质量沿火烧梯度降低，PB最低、UB最高、UI中间。由于样地虽同为1970年代飞播林且区域环境相似，但林分结构不同，PB与UB差异应解释为不同火烧历史及相关结构差异，而非单独计划烧除效应；UI提供短期参考。单次火烧显著降低凋落物质量，尤其未分解层。火烧后半分解层含炭屑，可能因木炭多孔、比表面积大而提高单位质量持水，但炭含量未直接量化，解释暂定。组成上，草蕨在UI从7.29%降至0.36%；UI枝皮碎屑较高，可能与火修剪低枝有关；PB枝皮碎屑低，可能重复火烧已移除低枝；球果变化小，UI略增。水文响应上，烘干凋落物浸水早期快速吸水后减缓，持水率对数增加，吸水速率幂律下降；半分解层烧除样地单位质量持水率较高，但总质量降低导致面积基有效截留大幅下降，不能视为整体改善；未分解层频繁烧除持水性能较低。林分结构方面，频繁火烧与更高平均树高、更低冠层盖度、更低混交度和优势度变化相关，可能抑制小树、幼树和灌木，简化垂直结构；有效截留与冠层盖度和混交度正相关，结构复杂、盖度高、混交度高可能维持更高凋落物积累和持水。管理上，计划烧除并非全负面，适时间隔可降低燃料和高强度野火风险；但研究区近乎每年烧除使凋落物质量和有效截留显著低于未烧。应将凋落物质量、恢复和有效截留纳入烧后评估，并按燃料、结构、更新和水源涵养优先级分区调整频率。局限包括非完全随机试验、UI为意外点燃、SEM为探索性、实验室浸水未直接测田间降雨截留、入渗、径流和土壤水。
研究结论翻译：本研究调查了具有不同火烧历史的云南松林分凋落物层水文特征，包括长期频繁计划烧除、单次非计划点燃和未烧条件。结果表明，火烧影响林分凋落物质量显著低于未烧林分，长期频繁烧除林分降低最强；单次点燃也显著降低凋落物积累，尤其未分解层。这些凋落物数量与组成变化与实验室测得的持水率、吸水速率和有效凋落物截留能力差异相关。响应在凋落物层间不同：半分解层中，火烧样地单位质量持水率相对较高，可能与炭屑存在和凋落物物理结构变化有关；但由于总凋落物质量大幅降低，这并未转化为更高的总体截留能力。相反，未分解层在频繁烧除样地持水性能较低。两层有效凋落物截留能力沿UB至UI至PB火烧历史梯度显著下降。林分结构也与凋落物介导水文特征密切相关。频繁烧除林分更开放、结构更简化，冠层盖度、混交度和凋落物积累较低，这些结构条件与较弱有效截留相关。然而，由于研究比较不同火烧历史林分而非完全随机试验处理，这些关系应解释为关联而非确定因果路径。总体而言，结果提示云南松林燃料减少与凋落物介导水分保持之间存在权衡。计划烧除仍是降低野火风险的重要工具，但非常频繁烧除可能降低森林地表凋落物储量和削弱有效凋落物截留能力。在生态脆弱区和水源涵养林，计划烧除日程应不仅依据燃料减少，还应结合凋落物恢复、林分结构和森林地表水文功能评估。未来管理可考虑将计划烧除与机械处理或谨慎管理放牧等其他燃料减少方法整合，但在实施前应评估其对凋落物恢复和水文功能的影响。
