半干旱山区河岸与高地颤杨林分持续潜力的相对性研究——以落基山脉南部为例

《Canadian Journal of Forest Research》：Relative potential for stand persistence of riparian and upland aspen stands of a semi-arid montane landscape of the Southern Rocky Mountains

随着气候干旱加剧，美国西部颤杨(Populus tremuloides)林分面临衰退风险。本研究通过对比落基山脉南部卡里布-塔吉国家森林内河岸与高地颤杨林的林分结构、地表覆盖和更新密度，发现河岸颤杨林1米以下更新密度(845.3±318.7 stems ha?1)显著高于高地林分(249.1±74.1 stems ha?1)(p=0.0391)，且草本(p<0.001)和禾本科植物(p<0.001)覆盖度更高，表明河岸环境可能成为未来干旱胁迫下颤杨的重要避难所。该研究为森林适应性管理提供了关键依据。

　　

在全球气候变化背景下，森林生态系统面临着前所未有的挑战。其中，美国西部的颤杨（Populus tremuloides）林分正经历着广泛的衰退，这一现象引起了生态学家和林业工作者的高度关注。一些预测模型表明，颤杨可能会从许多西部景观中消失，然而，也有研究指出，颤杨的存续很大程度上受局部立地条件的驱动。特别是在半干旱的山区环境中，急性干旱事件发生频率的增加，被认为是导致该地区颤杨林上层林木死亡和更新密度降低的重要因素。那么，在日益严峻的干旱胁迫下，哪些因素能够支持颤杨的持续生存与更新？为了回答这个问题，Benjamin A. Spei、Charles Goebel、Daniel M. Kashian、Eva Strand和Grant L. Harley等研究人员在《Canadian Journal of Forest Research》上发表了一项研究，他们聚焦于落基山脉南部半干旱山区的景观，探讨了河岸与高地颤杨林分在持续潜力上的相对差异。

研究人员开展此项研究，主要是为了厘清颤杨更新与立地水分可利用性之间的关系。他们巧妙地利用生态系统类型作为水分可利用性潜力的代用指标，提出了一个核心假设：生长在常年流水溪边的河岸颤杨林，其颤杨更新密度应高于高地上的颤杨林。为了验证这一假设，研究团队在卡里布-塔吉国家森林（Caribou–Targhee National Forest）内，精心选择了九个河岸颤杨林分，并与九个高地颤杨林分进行配对比较。通过对这些样地的林分结构、地表植被组成以及颤杨更新密度进行系统的测量与分析，他们旨在揭示不同水分条件生境下颤杨种群维持机制的差异。

本研究主要应用了配对样地比较法，在卡里布-塔吉国家森林内选取9对河岸与高地颤杨林进行对比。关键技术方法包括林分结构调查（测量林木胸径、树高等）、地表植被覆盖度评估（记录草本、禾本科植物等覆盖百分比）以及颤杨更新密度计量（统计高度低于1米的幼树数量，单位：stems ha^?1）。数据分析采用统计检验（如t检验）比较河岸与高地样地间的差异显著性。

林分结构、地表覆盖与更新密度

研究人员对河岸和高地颤杨林的林分结构、地表植被覆盖以及颤杨的更新状况进行了详细的量化比较。结果表明，河岸颤杨林与高地颤杨林在林分结构上可能存在差异，但研究的重点发现集中在更新密度和地表覆盖上。具体而言，对于高度低于1米的颤杨幼树，其更新密度在河岸林分中显著更高，达到了845.3 ± 318.7 stems ha^?1，而高地林分中仅为249.1 ± 74.1 stems ha^?1，统计检验显示这一差异具有显著性（p = 0.0391）。这一发现直接支持了研究者的初始假设，即水分条件更优越的河岸环境更有利于颤杨的幼苗建立和早期生长。

地表覆盖组成的对比

除了更新密度，地表植被的覆盖组成也显示出显著的环境差异。研究发现，河岸颤杨林下的草本植物（forbs）和禾本科植物（graminoids）的覆盖度均极显著地高于高地颤杨林（草本p < 0.001，禾本科p < 0.001）。较高的草本和禾本科植物覆盖度通常与较好的土壤水分条件相关，这进一步佐证了河岸站点具有更高的立地水分可利用性。这种湿润的环境不仅促进了林下植被的生长，也为颤杨的种子萌发和幼苗存活提供了更有利的微环境。

河岸环境作为干旱胁迫下避难所的潜力

综合以上研究结果，即河岸颤杨林具有更高的颤杨更新密度以及指示湿润环境的林下植被特征，本研究得出了一个重要的推论：在面对未来急性干旱事件发生频率增加的预测下，河岸区域有可能成为颤杨的避难所（refugia）。这意味着，即使在区域尺度上气候条件变得对颤杨生存不利，那些局部的、水分条件良好的生境，如河岸带，仍可能维持颤杨种群的存续和更新，从而为整个物种的长期 persistence（持续存在）提供关键的生态位。

该研究的结论强调了在评估气候变化对森林生态系统影响时，考虑景观异质性和局部立地因子（如水分可利用性）的重要性。简单地预测颤杨将从大面积景观中消失可能过于悲观，因为像河岸带这样的局部避难所可能会缓冲气候变化的不利影响。这一认识对于制定适应性的森林管理策略具有重要的指导意义。例如，在保育和恢复实践中，应优先保护和维持河岸生态系统的完整性和功能，因为这些区域在未来可能成为濒危物种或关键物种的重要庇护所。Benjamin A. Spei及其合作者的这项工作，不仅增进了我们对颤杨种群动态与环境因子关系的理解，也为在全球变化背景下如何更精准地预测和管理森林资源提供了宝贵的科学依据。