美国西部公有牧场鼠尾草（Artemisia spp.）恢复处理成效与成本的空间变异

《Rangeland Ecology & Management》：Spatial Variation in Effectiveness and Costs of Sagebrush Restoration Treatments Across the Western United States

　　

自然资源管理人员力求在美国广阔的公有土地网络中提升恢复效率，通过创新、地理优先级划分与适应性管理寻求最佳投资回报。以鼠尾草（Artemisia spp.）为优势种的生态系统广泛分布于美国西部，因入侵植物扩散导致野火频率上升等因素发生退化，典型体现了上述挑战。然而，由于管理措施及生物与非生物因素的差异，鼠尾草恢复的成本与成效均存在空间变异，刻画此种变异可支撑大尺度规划。研究人员利用已发表的鼠尾草恢复模型与处理成本模型，在重叠12个美国州、面积429 718 km2的范围内预测并评估了空中播种与条播播种Artemisia spp.的成本效益。相较于自然恢复，两种方法成效普遍偏低；条播较空中播种成效常更高、成本始终更高，致使条播平均成本效益略优。两种处理的成本效益在主干道邻近区与重复火烧区升高；随扰动前鼠尾草盖度增加而升高，随草本盖度增加而降低。研究人员亦识别出空中播种成本效益优于条播的区域，尤其见于坡度较大处。结果为两种常见鼠尾草播种方法提供了空间显式的成本效益估计与潜在机制，可辅助有限资源优先级划分、引导土地利用，并提升美国西部公有牧场恢复效率与成效。

研究背景方面，美国西部鼠尾草生物群系（sagebrush biome）因开发、灌木移除及由非本地一年生草扩张引发的火回归间隔缩短而丧失近半历史潜在分布，鼠尾草短距离散（<30 m）、种子活力短（<2年除非埋藏）与火后缓慢恢复（山地大鼠尾草>30年、怀俄明大鼠尾草>50年）使被动恢复困难。管理人员需在有限预算下权衡保护、自然恢复与主动播种。已有Land Treatment Digital Library（LTDL）汇编了数千项植被处理及其成本，并衍生出鼠尾草盖度恢复模型与空间变成本模型，但此前未在生物群系尺度整合成本与恢复以评估成本效益。该研究即填补此缺口，发表于《Rangeland Ecology》。

关键技术方法上，研究人员基于Monroe等（2024）与Tarbox等（2024）的火后鼠尾草盖度与恢复概率300 m栅格预测（以1985–2021年Rangeland Condition Monitoring, Assessment, and Projection遥感产品校准，设2021年火后初始盖度1%，模拟30年，自然恢复对照），提取处理减自然的盖度差（cdiff_i）与恢复概率差（pdiff_i）作为成效；成本侧重拟合Meldrum等（2025）基于LTDL v4.0的每英亩成本对数模型（nlme包，含处理类别×处理面积、坡度、至城区距离、≤1 km主干道交互），在100、1 000、5 000英亩三种处理规模下预测每英亩成本；研究区限定为生物物理设定灌木地、坡度≤10%、12州内429 718 km²。成本效益定义为成效/每英亩成本（cEC_i、pEC_i），以均值与标准误做1000次正态抽样传播不确定性，并用广义加性模型（GAM，mgcv包，含Duchon样条空间项）在1%像素子样中回归环境协变量（坡度、至城区距、近路、春土壤湿度、扰动前鼠尾草/多年/一年草本盖度、累积火烧次、地形位置指数TPI）。

研究结果部分，首先“结果与成本概况”：火后30年，空中播种28%、条播39%像素达恢复潜力（95分位历史盖度）50%以上；但相对自然恢复，30年内盖度增量微小——空中播种92%像素<1%（均值0.34%），条播74%像素<1%（均值1.51%）。条播盖度与恢复概率增量均大于空中播种（86%像素条播盖度高），但条播每英亩成本始终更高：空中播种中位数由100英亩47美元降至5000英亩13美元，条播由112美元降至44美元。其次“成本效益随处理规模”：cEC与pEC均随处理面积增大而升，空中播种增幅更大（cEC×3.5，pEC×3.83），条播cEC×2.57、pEC×2.58；变异也随规模增大，空中播种变异更大。再次“空间制图与植被类型”：5000英亩下，70%像素条播cEC≥空中播种，92%像素条播pEC≥空中播种；山地黄鼠尾草（A. tridentata ssp. vaseyana）与黑鼠尾草（A. nova）主导像素cEC、pEC高于怀俄明大鼠尾草、低鼠尾草与其他类型，因前者扰动前鼠尾草与多年草本盖度高、一年草本低、春湿度高。最后“协变量关联（GAM系数）”：两种处理cEC均随近主干道（≤1 km）与扰动前鼠尾草盖度、累积火烧次升高，随扰动前草本（多年/一年）盖度降；条播cEC随坡度升而降，空中播种cEC随坡度微升；春土壤湿度高则cEC低（空中更甚）。pEC模式类似，但累积火烧次与至城区距离关联弱，条播pEC随坡度降而空中不变。

讨论部分总结：条播成本高但盖度增益大，平均成本效益略优；但陡坡时条播成本升且盖度增益减，空中播种反而更优，印证地形是方法选择决定因子。近路成本效益高源于接近基础设施降本；春湿度高时自然恢复本身较好，使播种相对成效（减自然）下降，凸显反事实对照必要。研究局限含未纳入伴生处理（除草、链耙）、天气年际、种源适配、适应性管理、再燃干扰与未来气候偏移。结论部分译文：通过整合成本与成效的独立估计，研究人员将比较推广至美国西部假设性火后处理。研究揭示两种常见播种方法成本效益的空间变异，对恢复Artemisia spp.的管理人员具启示：固定预算下可权衡小面积高盖度（条播）与大面低恢复率（空中）的取舍；制图结果可支撑大尺度优先级与Land Treatment Exploration Tool等决策支持。该方法可扩展至其他种型—投递组合与入侵草控制等实践，识别潜在机制以战略最大化这一受胁景观的恢复产出。