2019-07-31 21:51:01
长叶松林的意外火灾作用

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美国东南部的长叶松林依靠频繁的火灾来维持它们的结构和它们所支持的动植物的多样性。佐治亚大学的一项新研究发现,火灾可能会起到另一个意想不到的作用:释放过量的氮,这些氮似乎是以前土地使用的遗留物。

最近发表在“生态学”杂志上的论文“固氮不能平衡长叶松树上的火灾氮损失”。

“这不是我们所期待的,”资深作者,Odum生态学院副教授Nina Wurzburger说。 “我们首先想知道是否有足够的固氮来平衡火灾造成的氮损失,现在我们的假设是火灾可能是从这些生态系统中去除多余氮气所必需的。我们基本上把问题放在了头上。”

长叶松林被认为是北美最濒危的生态系统之一。曾经覆盖从弗吉尼亚州到德克萨斯州的9000万英亩土地,现在只能发现它们原始范围的3%左右。今天存在的大部分长叶被种植为公共和私人土地所有者的恢复努力的一部分。这些森林是通过控制燃烧来管理的。

但是,尽管有必要,火还是从土壤中去除氮 - 一种对树木生长至关重要的营养素。氮主要通过称为固定的过程返回系统,其中土壤微生物从大气中吸收氮并将其转化为植物可用的形式。

“一个很大的假设是,固氮生物体可以补充因火依赖系统中火灾而失去的氮,”该研究报告的主要作者,Odum生态学院的学生Julie Tierney说。

这就是她,Wurzburger和他们的同事开始调查作为由美国国防部战略环境研究和发展计划资助的五年研究的一部分 - 负责管理数十万英亩的长叶松东南部军事设施 - 与美国能源部和美国环境保护局合作。

这项研究是在佛罗里达州的埃格林空军基地和佐治亚州的本宁堡进行的,这些土地在20世纪30年代被国防部收购之前用于农业,放牧和林业。

Wurzburger和她的团队建立了54个2.5英亩土地,24个在本宁堡,30个在埃格林。这些包括不同老树的种植和自然再生林分,从2年到227年不等,并且具有不同的回火间隔,从1.5到20年。

对于每个地块,他们计算了与生态系统的豆类(如靛蓝或草原三叶草)或生活在土壤中的细菌固定的氮的数量。他们还考虑了来自雨水和来自农田的含肥粉尘等来源沉积在地块上的大气氮。然后,他们计算了火灾中的氮损失量,比较了每个火灾事件发生前后的土壤和植被样本。

虽然根据场地位置,林分年龄和火灾频率存在差异,但总体上他们发现氮输入与输出相比存在显着不足。平均而言,通过固定和大气沉降补充仅有38%的火灾中的氮气。但令他们惊讶的是,他们还发现,尽管有这些损失,土壤中仍有大量的氮,并且没有树木生长减少的证据。

“我们得出结论,火可能会消除过量的氮,”Wurzburger说。 “今天存在的大多数长叶松已被种植,这些地区具有农业或放牧或火灾排斥的遗留影响。我们的研究表明,所有这些东西,以及氮沉积,都在生态系统中放置了过多的氮。因此,也许我们应该将火作为一种管理工具来消除历史积累的氮,并帮助这些生态系统恢复到天然的贫氮状态。

了解火灾和历史干扰在长叶生态系统中的相互作用是很重要的,原因有几个,包括碳封存和生物多样性保护:长叶稀树草原可以包含40平方米以上的植物,并且含有许多稀有物种。植物和动物,包括联邦濒危的红色啄木鸟。

“在过去的几十年中,已经进行了大量的努力来重新种植长叶松并恢复这个重要的濒危物种生态系统,”现在普林斯顿大学的蒂尔尼说。 “为了告知管理层的决策,我们需要了解该系统的生物地球化学发生了什么,这些因素会限制这些树木的生长。这项研究首次对这些系统的氮输入和输出进行了严格的测试。它让我以一种新的方式思考依赖火的生态系统。“

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