作者:Brian J. Harvey 来源:美国《国家科学院院刊》 发布时间:2014/10/24 9:23:39
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甲虫来或不来 火灾就在那里
昆虫—火灾研究为森林防火支招

 

健康的森林可以包括火灾、树皮甲虫和大量死亡树木。火灾直接导致的干旱可能成为森林面临的最大挑战。

树皮甲虫破坏了北美西部森林,但它们在加剧森林火灾方面的影响可能没有预计的那么大。

图片来源:DAVID PARSONS;MATT OLSON

当常青树变成红色,人们很难不担忧。大约20年前,这种树开始在美国阿拉斯加州灭绝,并且很快,北美洲西部的松柏类植物也开始枯萎。成千上万公顷的森林迅速消失,就好像它们被突然拔去。

杀手是名为小蠹虫的小昆虫。很多人担忧死亡、干枯的树木可能会引起巨大、破坏性的森林火灾。为了避免火灾,一些美国立法者推动了昂贵的有争议性的政策,砍伐被甲虫破坏的树木。时任众议员John Salazar提到:“我们正在与破坏森林的害虫流行作斗争。”并且也采取了应对“森林火灾的措施”。但对于一些临时观察者而言,2012年的高地公园大火等火灾让预言成真,大火吞噬了大量森林和住宅。

这场火灾烧毁了绿色森林和被甲虫杀死的树木。现在,一系列研究质疑了甲虫杀死的森林比那些没受侵害的森林更易受火灾影响的观点。研究结果强调了西部森林火灾的复杂起因,并对砍伐害虫破坏树木减低火灾风险的政策提出了质疑。科罗拉多大学(CU)森林生态学家Thomas Veblen表示,这与传统观念背道而驰,科学家建议“健康的森林(可以)包括火灾、树皮甲虫和大量死亡树木”。

甲虫影响

最近树皮甲虫的暴发并非北美洲森林面临的首个困扰。这类昆虫的15个主要物种杀死了西部森林树木。本土甲虫主要攻击病弱衰老的树木,在树干上钻孔和切断营养物的输送。过去,这些甲虫的数量会定期出现激增,甚至能压倒健康森林的修补过程。但研究人员表示,最近的蔓延趋势似乎有些不同。例如,甲虫开始侵害古老的白皮松,这种树过去并不是一个常见的目标。

尽管缺乏历史数据,甲虫的暴发似乎异常广泛,并与各种森林的多物种侵袭同步发生。这些虫害的蔓延受助于更温暖的冬季和更炎热的夏季以及干旱使得树木更加羸弱,科学家希望弄清,这种大举进攻是否将变成一种新的常态。“随着气候变化,我们将看到树皮甲虫的暴发。”威斯康星大学(UW)森林生态学家Brian Harvey说。

最显著的受害者是美国黑松—— 一种落基山脉地区常见树种。仅仅三四年,山坡上的成熟黑松就从绿色变成红色再到灰色——这是甲虫释放的“死亡信号”。随着山坡变成耀眼的红色,人们担心很快将暴发森林大火。

UW生态学家Monica Turner提到,这种担忧可以理解。“对于大多数人而言,认为死亡树木越多火灾就越严重是正常的。”她说。例如,野营者不会使用富含水分和树液的绿色树木点篝火,他们通常选择死亡的干枯树木充当柴火。

确实,早期的定性研究假设了甲虫杀死的森林将更易被点燃且燃烧会更猛烈。但上世纪90年代早期,Veblen领衔的研究显示,上世纪40年代红翅大小蠹在科罗拉多州的暴发,并未对之后森林火灾的频率、范围和严重程度产生影响。

Turner表示,随着最近虫害的蔓延,人们对更好理解昆虫—火灾间的联系的兴趣在增长。她和同事开始计算黑松的燃料属性,并将数据输入火灾行为模型中。他们希望了解甲虫灾害增加的火灾风险是否会发展成“生态学上严重的”树冠火,与蔓延在森林地面的火灾相比,这种火灾燃烧更炙热,并能杀死更多树木。

2011年的一个研究模拟了大黄石生态系统中森林火灾的可能性,Turner等人发现,在“灰色阶段”——甲虫杀死的树木已经没有了针叶,树冠火的风险实际上被降低。原因是帮助火灾在树顶蔓延的良好燃料正是细枝和针叶。更出人意料的是,他们的模型显示,即便在“红色阶段”,死亡树木携带着变干、易于燃烧的针叶,其树冠火发生风险也不比绿色森林高。

但这些模型均有瑕疵。例如,它们无法精确解释在活树和死树混合的森林中,树与树间针叶湿度和易燃性的差别。美国林业局米苏拉火灾科学实验室生态学家Matt Jolly指出,此类复杂性会影响重要的火势,例如蔓延速度、新着火点出现的频率以及消防员控制火势的难度。他表示,事后,甲虫杀死树木和未受影响树木发生的火灾可能看起来相同,“但实际上火势有极大区别”。这些细节对于行政官员而言十分重要,他们必须决定每年如何使用数亿美元的经费用于防范和应对森林火灾。

真实经验

但Turner指出,要分辨这些细微差距一直非常困难,原因是鲜有研究人员“能研究真实的火灾”。不过,2011年的6场大火为Harvey(Turner指导的博士研究生)提供了理想机会,从而研究山松甲虫如何影响火灾的生态学冲击。在2012年闷热的夏季,他带领考察组进入被烧焦的森林中,这些地方有的未受甲虫影响,有的害虫杀死了84%的树木。

他们分析了十几个小块土地上的死亡树木,通过内皮的虫洞判断它们的死因是火灾还是甲虫。研究人员还通过测量树干的碳化程度、多少针叶和细枝被烧掉,以及多少表层土被烧掉,判断了火灾的严重程度。他们还估算了森林的复原能力,计数了大多数或全部树木已经死亡的地区每棵从焦黑土地上萌发的绿色幼苗。

Harvey的报告近日刊登于美国《国家科学院院刊》上,他强调了甲虫和火灾间有时违反直觉的动力学。该研究小组发现,一般而言,昆虫杀死的树木并不比绿色森林燃烧更猛烈。地势、风、湿度和空气温度等其他因素在决定火灾的生态学严重性方面更重要。

Veblen认为,基于实际考察数据而非模型的这些结论是“非常重要的发现”。这证实甲虫不会从根本上改变火灾对黑松林的影响:“不论有没有甲虫,它们都自然地以高猛烈性燃烧。”

Harvey还看到了有希望的生命迹象,他推断火灾前甲虫疫情的严重程度并不一定危害森林的再生能力。一个重点是黑松是晚熟的,松脂能将种子密封和保护在松果内,直到野火烧化松脂,释放种子。被甲虫杀死的树木仍然保存着有生育能力的松果。

不过,极端火灾也会烧毁这些种子,尤其是易受攻击的红色阶段的树木,枯死的针叶和细枝使整个树冠——松果、种子和所有东西——更易燃烧。但Harvey发现被甲虫杀死的森林在经历严酷火灾后,仍保留下足够的种子促进植被再生。

但Harvey提到,他们仅研究了一种类型的森林,他注意到对于花旗松而言,甲虫杀死的森林在火灾后再生率更低。另外,黑松也有谜团未解,科罗拉多州立大学的Monique Rocca提到,例如,人们尚不清楚树木死后松果还能对种子保护多久。

另外,Harvey的研究还提示,甲虫破坏能够影响火势。例如,在炎热、干旱和有风的日子里,树冠火更可能将死亡树木烧成铅笔状。相反,绿色树木上发生的树冠火通常只烧毁针叶和细枝。

森林生态学家表示,人们还需要深入了解火灾—昆虫间的相互作用,但新发现可能加固了这一理念:甲虫遭受了过多的指责。许多研究人员提到,对于森林的更大挑战是,全球气候的改变,及其同步改变了许多生态过程。例如,更炎热的气候会增加干旱和火灾频率,所有这些让籽苗更难获得立足之地。“火灾直接导致的干旱可能将成为森林面临的最大挑战。”CU火灾生态学家Tania Schoennagel说。(来源:中国科学报 张章)

 
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