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在松稀树草原生态系统中,火季对开花物候影响不明。研究人员通过实验对比不同火季处理地块,发现多数物种开花物候对火季有一定抗性,该结果对指导松稀树草原生态系统的火烧管理意义重大。
在广袤的自然界中,火是塑造生态系统的重要力量之一。许多草原和稀树草原,像北美沿海平原的松稀树草原,都依赖火来维持生态平衡。过去,闪电会在春夏季引发自然火灾,而人类为了各种目的,常选择在冬季进行火烧管理。然而,火季的改变就像在生态系统这盘大棋上挪动了关键棋子,可能会引发一系列连锁反应,尤其是对植物的开花物候(即植物开花的季节性规律)产生影响。这不仅关乎植物自身的繁衍,还可能影响整个生态系统的物种组成和生物多样性。但目前关于火季对松稀树草原开花物候影响的研究少之又少,而且以往研究大多只关注冬、春、夏三季的火灾,秋季火灾的影响几乎无人问津。为了填补这一知识空白,更好地理解火季对生态系统的作用,Tall Timbers Research Station 的研究人员 Cinnamon M. Dixon 和 Kevin M. Robertson 开展了一项深入研究。
研究人员在佛罗里达州莱昂县的 Tall Timbers Research Station,选取了一片具有代表性的高地松稀树草原区域。这里有着独特的植被群落,包括短叶松(Pinus echinata Mill.)、多年生草本植物等。他们将 8 个地块进一步细分为 32 个小地块,并随机分配到春、夏、秋、冬四个火季处理组,模拟不同季节的火烧情况。在 2021 - 2023 年期间,按照预定时间对各处理组地块进行火烧,并每月对地块内的开花植物进行详细普查,记录开花物种数量、共花组合以及首次开花月份等关键信息 。随后,研究人员运用广义线性混合模型(GLMM)、非度量多维缩放(NMS)排序、Kruskal - Wallis 检验等多种统计分析方法,对收集到的数据进行深入剖析。
研究结果显示,在整个研究期间,共记录到 175 种开花植物。所有火季处理下,开花高峰期集中在 9 月和 10 月,4 月也有一个小高峰。通过 GLMM 分析发现,不同火季处理下,平均开花物种数量整体上没有显著差异,但月份之间差异显著,且火季和月份之间存在显著交互作用 。这意味着虽然火季对开花物种数量的总体影响不大,但在某些月份,火季会对开花产生明显作用。NMS 分析表明,各火季处理下共花组合的物种组成在一年中呈循环模式,整体上没有显著差异。不过,火灾后短期内开花物种数量会减少,如冬季火烧后的 2 月和 3 月、春季火烧后的 4 月、夏季火烧后的 7 月、秋季火烧后的 11 月,都出现了开花物种减少的情况,但之后又会逐渐恢复 。Kruskal - Wallis 检验识别出 18 种在不同火季处理下首次开花月份有显著差异的物种。部分物种在特定火季火烧后,开花会延迟 1 - 2 个月,如粗糙叶向日葵(Helianthus strumosus L.)和灰白黄芩(Scutellaria incana Biehler)在夏季火烧后,开花时间比其他处理组晚一个月。还有一些物种在不同火季火烧后,开花时间呈现交错现象 。此外,研究还发现部分物种在特定火季火烧后当年不会开花,而有些物种在开花期遭遇火烧后,有的能够重新开花,有的则不能。
综合研究结果,研究人员得出结论:高地松稀树草原物种的开花物候总体上对火季差异具有一定的抗性。大多数响应较为细微且短暂,只有少数物种的开花明显受火季影响。这一结论表明,在利用规定火烧进行生态系统管理时,火季虽然重要,但并非维持该生态系统的关键因素(对某些特定物种除外)。研究结果还对松稀树草原的管理具有重要指导意义,管理者可以在一年中更灵活地安排火烧时间,以实现维持足够火烧频率等管理目标,同时对植物群落开花的负面影响较小。而且,通过交替不同年份的火烧季节,还能进一步减轻这些轻微影响。不过,火季对生态系统其他组成部分的潜在影响,如对木本植物萌发、动物栖息地、树木生长等的影响,仍需要进一步研究。
该研究在《Fire Ecology》上发表,为理解火季与开花物候的关系提供了重要依据,也为松稀树草原的科学管理开辟了新的思路,让人们在利用火来维持生态平衡时更加科学、合理,为保护生物多样性和生态系统稳定奠定了坚实基础。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:首先,在实验设计上,将地块进行细分并随机分组,构建了完善的实验体系。其次,通过每月对地块进行开花植物普查,收集了丰富的实地数据。最后,运用 GLMM、NMS 排序、Kruskal - Wallis 检验等统计分析方法,对数据进行深入挖掘,从而得出科学结论。