2021-09-24 17:45

气候变化正在测试本地植物对火灾的适应力,从灰森林到凤仙花

Burnt trees, with some new growth at the ba<em></em>se of trees.

在森林大火之后的日子里,从黑色树干上冒出的绿芽是一个标志性的形象,这要归功于许多本土植物在最强烈的火焰中都能存活下来的非凡能力。

但近年来,澳大利亚森林火灾季节的长度、频率和强度都有所增加,并将在气候变化的影响下进一步恶化。预计干旱和热浪也将增加,气候变化也可能影响病虫害爆发的发生率,尽管这很难预测。

我们的生态系统将如何应对这一系列威胁?在我们最近发表的论文中,我们试图回答这个问题——结果并不好。

我们发现,虽然许多植物确实能够很好地抵御某些类型的火灾,但干旱、热浪和害虫的组合可能会在未来把许多适应火灾的植物推向边缘。毁灭性的黑色夏季大火让我们尝到了未来的滋味。

火适应植物的例子:粉红色的法兰绒花开花繁茂(左上),geebung(右上)的新叶子发芽(右下),banksia球果的种子释放(左下),和一个老人banksia幼苗(右下)。

当火灾变得更加频繁时会发生什么?

灰森林是澳大利亚最具标志性的森林之一,是地球上一些最高的开花植物的家园。当这些森林发生严重火灾时,成熟的树木被杀死,森林完全由从死亡的树冠上掉落的种子再生。

然而,这些再生树直到15岁才会可靠地结出种子。这意味着,如果在此期间再次发生火灾,树木将无法再生,灰森林将崩溃。

这将对这些树木中储存的碳以及这些森林为动物提供的栖息地造成严重后果。

自2003年以来,澳大利亚东南部经历了多次火灾,这意味着整个地区有大片重新生长的灰森林,尤其是维多利亚州。

黑色夏季的森林大火烧毁了这些年轻森林的一部分,近10,000个足球场的灰森林面临崩溃的危险。值得庆幸的是,大约一半的区域通过人工播种程序恢复了。

灰烬变成灰烬:左边是维多利亚中部高地未燃烧的灰烬森林;右边是在阿尔卑斯国家被多次严重的森林大火烧毁的灰森林 公园的部分。如果不加以干预,这个地区将不会遭受损失 木材以灰为主,并将向灌木或草地过渡。

当火灾季节变长时会发生什么?

更长的火灾季节意味着物种更有可能在历史正常时间以外的时间燃烧。这可能会对植物种群造成毁灭性的后果。

例如,与夏季火灾相比,冬季火灾等非季节性火灾可以推迟Woronora胡子石南的成熟,因为它们需要释放和发芽种子。这意味着当火灾发生在非季节时,该物种需要更长的无火间隔。

火后开花的标志性植物凤梨花是另一种受到类似威胁的植物。新的研究表明,当夏季室外发生火灾时,gymea lily不怎么开花,并且改变了它的种子化学成分。

虽然这种重新发芽的物种可能在短期内持续存在,但持续的反季节火灾可能会通过减少其繁殖和种群规模产生长期影响。

过季火灾可能会对吉木百合产生长期影响。

当干旱和热浪变得更加严重的时候

在黑夏大火之前,澳大利亚东部经历了有记录以来最热最干燥的一年。干旱和随之而来的热浪引发了大面积的树冠死亡。

极端的干旱和高温可以直接杀死植物。死亡植被的增加可能会增加火灾的强度。

另一个问题是,通过应对干旱和热胁迫,植物可能耗尽它们储存的能量储备,而这些能量储备对火灾后重新长出新的叶子至关重要。能量储备的耗尽可能会导致一种被称为“再生衰竭综合症”的现象,适应火灾的植物在火灾后不再有再生新叶子的储备。

因此,火可以给已经遭受干旱和热胁迫的新生植物最后一击。

2019年干旱胁迫桉树林。

干旱和热浪也可能是种子的大问题。许多物种依靠火灾引发的种子萌发在火灾后生存,如许多品种的金叶、银叶和一些桉树。

但干旱和热应激可能会减少释放的种子数量,因为它们限制了开花和种子的发育,导致森林火灾,或触发植物过早释放种子。

例如,在澳大利亚易发火灾的生态系统中,需要40℃到100℃之间的温度来打破土壤中种子的休眠并触发发芽。但在热浪期间,土壤温度可能会高到足以打破这些温度阈值。这意味着种子可以在火灾前释放出来,而在火灾发生后它们就无法发芽了。

热浪还会使种子的DNA变形,从而降低种子的质量。这可能会降低种子在火灾后萌发的成功率。

Burnt banksia
许多本地植物,如班克西亚,依靠火来发芽。

昆虫呢?火或干旱后新叶子的生长对昆虫来说是美味的。如果火灾后发生虫害,他们可能会把正在恢复的植物的叶子全部摘掉。这种额外的压力可能会把植物推向极限,导致它们死亡。

这种现象在桉树干旱后更典型地观察到,虫害昆虫的重复落叶(叶子损失)引发了恢复树木的枯死。

当威胁堆积如山时

我们预计,包括大多数桉树物种在内的许多植被群落将在短期内保持复原能力。

但即使在这些恢复力强的森林中,我们也希望看到某些地区物种类型的变化,以及植被结构的变化(如树木的大小)。

2019-2020年森林大火后一年的桉树重新发芽。

随着气候变化的进展,许多容易发生火灾的生态系统将被推到历史极限之外。我们的新研究只是一个开始——植物将如何反应仍然是高度不确定的,需要更多的研究来解开火灾、干旱、热浪和害虫的相互影响。

在测试我们的生态系统从火灾中恢复的极限之前,我们需要迅速减少碳排放。