《Forest Ecology and Management》：Biogeographic patterns of post-fire resilience and vulnerability to conifer loss in forests of California, Oregon, and Washington (U.S.A.)
编辑推荐：
•我们绘制了1986年至2021年间火灾后15年内的针叶树再生情况。•火灾后10年的高强度火灾抵抗力随着时间的推移而下降。•在那些物种对高强度火灾适应性较差的干燥森林中，抵抗力最低。•尽管总体上有所下降，但在湿润且寒冷的森林中，抵抗力仍然最强。•从2000年代的48,000公顷增
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我们绘制了1986年至2021年间火灾后15年内的针叶树再生情况。
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火灾后10年的高强度火灾抵抗力随着时间的推移而下降。
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在那些物种对高强度火灾适应性较差的干燥森林中，抵抗力最低。
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尽管总体上有所下降，但在湿润且寒冷的森林中，抵抗力仍然最强。
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从2000年代的48,000公顷增加到2021年的130万公顷，再生失败面积显著增加。
引言
随着美国西部气候变得更温暖和干燥，高强度火灾的发生频率和燃烧面积正在增加（Parks和Abatzoglou，2020年）。虽然火灾是许多树种适应的一种自然干扰过程（Stevens等人，2020年），但由气候变化引发的大规模高强度火灾以及日益干燥和温暖的环境条件对针叶树的再生和森林的恢复力构成了重大挑战（Davis等人，2019a）。鉴于针叶林对野生动物栖息地、碳储存以及人类社区福祉（例如木材生产、农村经济健康和户外休闲活动）的重要性，针叶树再生失败及其后续向硬木林或非森林生态系统的转变成为一个日益严重的问题。因此，了解气候变化和火灾活动如何影响再生过程以及推动这种转变至关重要（Coop等人，2020年）。
先前的研究强调了美国西部火灾后针叶树再生的多种生态、环境和气候驱动因素（Donato等人，2009年；Kemp等人，2016年；Stewart等人，2021年）。火灾后的再生通常在火灾发生后的第一个十年达到高峰（Stevens-Rumann和Morgan，2019年；Tepley等人，2017年），但再生期的时间和持续时间可能会随区域生产力的变化而有所不同（Stevens-Rumann等人，2022年）。可供树木建立的可行种子的可用性也是一个重要因素，因为许多物种的种子传播受到限制。大多数种子会在距离存活树木较近的范围内掉落，只有少数种子能够传播到较远的地方（Greene和Johnson，1989年），并且随着距离种子源的距离增加，幼苗的出现率会下降（Stevens-Rumann和Morgan，2019年）。针叶树的再生特别容易受到干旱和气候压力的影响（Leuschner和Meinzer，2024年），并对火灾后的气候波动敏感（Stewart等人，2021年；Young等人，2019年），尽管地形和林冠覆盖等环境因素有可能缓解或加剧气候压力对再生成功的影响（Davis等人，2019b）。频繁发生的短期火灾（即复燃）也可能干扰最初的火灾后再生过程（Braziunas等人，2023年；Hoecker和Turner，2022年；McCord等人，2020年），并进一步减少种子来源的可用性（Busby等人，2020年），因为在幼苗发育出防火特性（如厚树皮和较高的林冠基部高度）或达到生殖成熟之前就将其杀死（Dunn和Bailey，2016年；Buma等人，2013年）。
大规模的高强度火灾威胁着森林的恢复力，在这些地区，火灾后的再生受到限制，从而导致森林向半非森林或永久性非森林状态（如草地、灌木丛）的转变（Coop等人，2020年）。在适宜针叶林生长的环境条件边缘，森林与灌木丛或草地交界处，再生失败和针叶林丧失的可能性最大（Parks等人，2019年；Kerns等人，2020年；Meigs等人，2023年）。一旦非森林转变开始，火灾-植被反馈循环可能会阻止针叶树的重新建立（例如，Arroyo-Vargas等人，2024年；Nemens等人，2022年）。确定最易发生转变的区域需要长期的观察，因为火灾后的再生过程需要几十年的时间才能完成（Stevens-Rumann等人，2022年）。火灾后早期的调查（火灾后5-10年）可能能够可靠地预测火灾后第二个十年的再生结果，但这些结果因物种而异（Tortorelli等人，2024年），而回顾性研究表明，有些物种的再生可以持续到一个世纪之后（Agee和Smith，1984年；Lauvaux等人，2016年）。有证据表明，自20世纪80年代中期以来，美国西部某些地区的森林对火灾的恢复力因水分不足而减弱（Davis等人，2023年；Stevens-Rumann等人，2018年），高强度火灾的增加表明近年来向非针叶林状态的转变可能性可能有所增加。
了解火灾后何时何地可以预期再生成功以及影响针叶林恢复的因素对于合理分配有限的重新造林资源以实现预期的碳封存、野生动物栖息地、生物多样性和木材生产目标至关重要。为此，我们利用俄勒冈州、华盛顿州和加利福尼亚州最近发生火灾（1986-2021年）的698个森林区域的3268次火灾后观察数据，开发了关于火灾后幼苗建立和针叶树再生失败概率的预测模型。首先，我们研究了该地区火灾后针叶树再生的生态、环境和气候驱动因素，并比较了七种常见森林类型在火灾后10年的恢复力（成功再生概率）的时间趋势。我们还量化并评估了截至2021年所有火灾中预测为在火灾后15年内容易发生再生失败的区域累积面积的时间趋势。
章节摘要
研究范围
我们的研究涵盖了俄勒冈州、华盛顿州和加利福尼亚州的七个森林生态区（图1），包括从湿润的温带雨林到干燥的森林和林地，以及寒冷的高海拔亚高山森林等多种生物物理环境和森林类型。这些森林中许多由长寿的针叶树主导，其中一些拥有世界上最高的生物量和生产力（Waring和Franklin，1979年）。
我们使用了Landfire生物物理设置（BPSs）作为
火灾后针叶树再生的驱动因素
最终用于预测针叶树再生的模型包含了七个变量（图2），其交叉验证的AUC值为0.804，整体分类准确率为73%，真正例的准确率（敏感性）为70%（即正确识别出再生失败的面积），真正例的阴性准确率（特异性）为76%。准确率随火灾发生时间的变化而变化，并且在不同森林类型间存在差异，敏感性随火灾发生时间的增加而提高，而特异性则下降（附录3）。
该模型
讨论
我们的研究结果突显了在一个生物物理多样性较高的地区，随着野火活动的增加和干旱的加剧，恢复力下降以及再生失败速度加快的区域模式。我们的发现与其他研究结果一致，这些研究也探讨了火灾后针叶树再生的驱动因素（例如，Busby和Holz，2022年；Davis等人，2019a；Donato等人，2009年；Stewart等人，2021年）。在中等至高强度火灾影响的区域，针叶树幼苗更有可能成功建立。
结论
我们的结果显示，在35年的时间里，针对高强度火灾的恢复力持续下降，而易发生再生失败的针叶林面积迅速增加。通过结合基于系统的调查数据的地块和模型估计，我们能够在一个生物地理多样性较高的地区比较大尺度上的再生情况，在更小的尺度上类似的再生过程受到不同限制因素的影响，但在更大尺度上则表现出不同的结果。
CRediT作者贡献声明
Sebastian U. Busby： 编写——审阅与编辑、方法论、数据管理、概念化。Claire Tortorelli： 编写——审阅与编辑、方法论、调查、概念化。Matthew J. Reilly： 编写——审阅与编辑、原始草稿撰写、项目管理、方法论、调查、资金筹集、正式分析、概念化。Aaron Zuspan： 编写——审阅与编辑、可视化、验证、方法论、正式分析、数据管理
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的financial interests或个人关系。
致谢
本项目的资金由美国农业部华盛顿办公室通过“Right Seed, Right Place Project”提供。本出版物/演示中使用的数据部分由美国农业部林业局的森林调查与分析计划（FS）提供支持。该出版物/演示不一定代表FS的观点或意见。
Matthew J. Reilly|Aaron Zuspan|Sebastian U. Busby|Claire Tortorelli|Jeremy Fried
