土地利用策略 营养条件导致橡树衰退

佐治亚大学生态学家领导的新研究首次揭示了土地利用干扰和营养条件如何在橡树林的衰退中发挥作用。解决这一下降问题最有希望的策略是减少采伐。

橡树提供优质木材，支持复杂的食物网，并且能够抵御干旱和火灾。但近年来，橡树数量正在减少，而枫树和郁金香杨等树种却在增加。这项由NinaWurzburger领导并发表在《应用生态学杂志》上的研究首次评估了土地利用历史和更多氮的存在如何创造不利于橡树而有利于其竞争对手的条件。

树木的遗留影响

在这项研究中，研究人员检查了北卡罗来纳州西部考维塔水文实验室近一个世纪以来采用的新数据和土地利用策略。

奥德姆生态学院副教授Wurzburger表示：“这项长期记录可以追溯到近90年前，这是一座信息金矿。”“它使我们能够比较三种不同的土地利用策略，并询问森林如何因这些干扰而发生变化。”

考维塔盆地占地1,626公顷，是考维塔长期生态研究计划的所在地，美国林务局的科学家在20世纪30年代在此设立了永久性地块，此后一直定期监测。该盆地在20世纪初被选择性地记录，为该团队的研究提供了第一组土地利用数据。1958年至1968年，一部分土地被清理、烧毁并改作农业用途，然后被废弃。第三种土地利用情景是20世纪70年代发生的明显削减。

除了现有数据外，维尔茨堡还在科维塔收集了有关刺槐的新数据，刺槐是一种本土物种，在受到干扰后会大量繁殖，但在被其他树种击败之前只持续了几十年。具体来说，她研究了刺槐的存在(可以固定土壤中的氮)是否会创造不利于橡树而有利于其竞争对手的营养条件。

一个相关因素是树木如何根据与其相关的真菌类型获取营养。树木要么与丛枝菌根(AM)真菌相关，要么与外生菌根(ECM)真菌相关，流行的理论表明，每种真菌都创造了比其他类型更利于自身的土壤养分条件。橡树和山核桃树是主要的ECM树种，枫树和郁金香杨树是AM树种。

“如果AM树在森林中占据主导地位，它往往会促进快速的氮循环，这对自身有利，因为它的真菌更喜欢自由利用的氮，”Wurzburger说。“如果ECM树占主导地位，它会抑制氮循环，使营养物质与有机物结合。ECM真菌具有分解有机物并从中开采氮的能力，但它们会消耗树更多的碳。这种策略并不有利如果土壤中有大量可用氮。”

研究结果表明，土地干扰后刺槐树的大量存在(尽管是短期的)创造了有利于枫树和郁金香杨等AM物种的营养条件，但不利于橡树和山核桃等ECM物种。这些影响可以持续数十年。

“30年前、50年前甚至90年前在森林中生长的刺槐树仍然对现在的树木产生影响，”她说。

火灾系数

使土壤更有利于橡树生长的一种策略是火。燃烧有助于去除不适合火的枫树和郁金香杨树，并将氮气返回到大气中。维尔茨伯格表示，现在正在衰落的橡树林在数千年中可能会相对频繁地被烧毁。

“橡树和山核桃树确实是耐火树，”她说。“我们现在生活在一个反常的时期，在这片土地上，火灾并不普遍。在乔治亚州南部，规定的燃烧确实很容易被接受，特别是在沿海平原的长叶松系统中。土地管理者很清楚“火灾对那些适应火灾的生态系统有好处。但在阿巴拉契亚山脉，实施规定的火灾更困难，而且它的好处也很少被人认识到。”

维尔茨堡表示，排除火加上添加更多的氮意味着在整个东部，枫树和郁金香杨树的主导地位不断增强，而橡树和山核桃树却受到了损害。这使得土地管理成为最有潜力保护橡树林的策略。

但研究结果显示，在所有土地利用情况下，科维塔的橡树都在减少。农业废弃的情况完全有利于枫树和郁金香杨，因此它们现在在森林中占主导地位。砍伐之后，森林里现在有一半是橡树和山核桃树。

选择性砍伐带来的变化最小——枫树和郁金香杨现在占森林生物量的三分之一，但这一数字是20世纪30年代的两倍。

该研究的结果对于如何在维护橡树的同时采伐木材也有影响。刺槐对橡树的影响并不总是负面的。维尔茨伯格说：“历史上存在刺槐时，选择性砍伐低处的树木是橡树增加的唯一情况。”“这表明橡树的再生可能有一个最佳点——没有太多的光照，只有足够的氮气来帮助它们抵御竞争对手。”

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