美国Aqua卫星的星载中分辨率成像光谱仪(MODIS)拍摄于大火开始一个半小时后。图片来源：NASA
20世纪60年代，Phillip Tafoya还是一个小男孩。那时，新墨西哥北部圣克拉拉峡谷(Santa Clara Canyon)两侧的山脉布满了深绿色的黄松和冷杉。Tafoya的家乡，圣克拉拉普韦布洛(Santa Clara Pueblo)的居民数百年来都以这片森林为生，将她作为文化、食物、供暖和娱乐的来源。而如今，这一切几乎一去不返。十年前，新墨西哥州历史上最严重的火灾之一——拉斯孔查斯(Las Conchas)大火将普韦布洛及其周围156,000英亩的土地化为灰烬。在一些地方，快速移动的火焰是如此的猛烈，以至于一些与低级火共同进化的树种也几近葬身火海。
只留下了大片的树冢。这片土地上散布着死去的“枯木”，其周围，纵横交错的原木倒伏形成了厚厚的垫子，一种紫色的野花在幸免野火的空地上蓬勃生长。瘦小的山杨是唯一幸存者，在这片出奇明亮的裸露的土地上，它们散布四处、蓬勃生长。Tafoya是圣克拉拉普韦布洛的一个项目管理人，山腰散布着数千根倒下的原木，在炎热的六月，他坐在其中的一根原木上说道：“现在这里看起来和我小时候截然不同。曾经这里到处是树。你会在这里迷路。现在你一眼望去可以看到长长的路。你不可能再走丢。”
如果任其自然发展，大多数的山杨都会迫于日益炎热干燥的环境压力而被灌木取代。如果没有人为干预，Tafoya年幼时的森林可能永远不会再现。
所以他来到赫梅斯山脉(Jemez Mountain)东部帮助自然完成这项她自己不能完成的工作。Tafoya和他的小队将在一天结束后完成1,000株黄松和冷杉的人工种植工作，他们预计在年末达成的目标是在圣克拉拉普韦布洛播种超过23,000颗种子，在圣达菲国家森林(Santa Fe National Forest)播种超过24,000颗种子以及在班德里尔-美国国家纪念碑(Bandelier National Monument)播种7,840颗种子。该项目是美国林业局(the U.S.Forest Service)、美国国家公园管理局(the National Park Service)、大自然保护协会(the Nature Conervancy)、州立大学、当地普韦布洛人及其他机构合作项目的一部分，意欲在2022年末完成拉斯孔查斯火灾境内4,000英亩土地的复垦工作。这项工作非常关键，不仅是因为能复活这片森林，还因为它可以为濒危的赫梅斯山脉火蜥蜴、墨西哥斑点猫头鹰、阿伯特松鼠和其他物种建立一个能适应气候变化的栖息地。人类同样需要这片栖息地：健康的森林可以防止水土流失，保护包括圣克拉拉普韦布洛在内的下游社区的水源。
图片来源：Unsplash
这是首次将新科学应用于森林火灾后修复的项目之一，可以作为西部火灾后复垦的模板，随着气候变化，西部的火灾火势越来越大，火场温度也越来也高。“火灾规模越大，火势越凶猛，森林就越不可能完成自动修复。”新墨西哥州的林务员Laura McCarthy说。但是在气候的“第二十二条军规”中，这些环境条件在推动修复需求的同时也加剧了修复难度。包括新墨西哥大学森林生态学家Matthew Hurteau和新墨西哥州立大学生态学家Owen Burney在内的筹划修复项目的科学家们不得不为一个与森林最初形成时截然不同的气候条件做准备。美国国家环境保护局(Environmental Protection Agency)的气候指示表明，美国西南地区过去20年的平均气温比上个世纪的平均气温高2℉。气候中心2019年的一份报告显示，美国西南部地区温度上升速度仅次于阿拉斯加，新墨西哥州温度上升速度是西南诸州之最。“我们为未来的气候做打算，模型显示它会更加炎热干旱”Burney说，“但是，就算是目前的种植条件也极具挑战性，因为火灾和气候已经使得情况愈发严峻。”
被火改造
火是西南部森林的一项自然且必要的特征，它清除了低矮灌木并保证树冠有足够的空隙让光线透过，到达森林地面。北美黄松就是为火而生的，厚厚的树皮，没有低矮的树枝让火苗攀附，深扎于土壤的根系可以利用焦土下的水分和养分。但是一个世纪以来要求将火灾扑灭在萌芽阶段的政策积累了大量瘦削的树木，自从1990年代中期开始，它们成为了规模更大、温度更高的野火的燃料。经过数十年的研究，前美国地质勘探局(U.S.Geological Survey)森林生态学家Craig Allen还发现，在过去20年间因气候变化而愈发炎热干燥的环境导致了大量树木的死亡和越来越频繁、越来越猛烈的野火。
在野火肆虐的土地上，森林往往一去不返：仅仅依靠风力无法带种子穿过大片寸草不生的土地。Allen和他的同事们在2018年的一项研究中发现，在持续到2013年的长达18年的干旱期间，八场野火在新墨西哥州和亚利桑那州留下了大片贫瘠的土地，有些面积达到了1,900个足球场的大小，研究员写道“这是前所未有的规模”。美国林业局估计，到2015年，西南部159,418英亩的黄松都需要重新种植。其他的新近研究警告说，在本世纪末，这片地区会因为严重的野火而失去30%到50%的原生森林。
由于担心失去这些标志性景观，Hurteau、Burney和西南地区的其他森林专家多年来一直在研究如何战胜气候变化，给这些森林一个抗争的机会。圣克拉拉复植小组的每位成员们都背着一个开顶的背包，里面是小腿高的黄松和冷杉的幼苗，Burney的实验室在赫梅斯山脉抗逆性最强的标本中选取种子，培育出这些幼苗。这些被摘取的种子的母株高大、健康，生长在炎热的南坡或者其他难以生存的地方。为了将它们的基因优势后代培育成超级树，Burney在黄松幼苗身上进行了温室实验，以寻求如何让它们更顽强，能在成长中适应越来越炎热干燥的环境。
他发现如果他直到幼苗萎蔫都不给它们浇水，它们就会建立起一个聪明的防御机制：它们会在木质部分配更多的“吸管”来运输水，这种组织用于从根部向上运输水和养分。这使得树木能够充分利用它们能吸收到的水。目前采集到的不够完备的数据显示，赫梅斯山脉干旱条件下的树苗平均存活率在67%左右，而2015年的一项研究发现，传统浇水方式下苗木存活率仅为25%，这已经有了很大的提升。Burney说，但是其他的因素也会影响存活，比如梅花鹿和麋鹿的采食。
树苗的种植方式对于它们耐受干旱的能力也同样重要。和很多木材公司成行种植苗木的方式不同，成员们采用集群种植的方式，并在两个集群之间留有空地。Jens Stevens说：“目标是让树岛自己填充集群之间的间隙”，它们产生的种子会被风吹到树丛之间的空地，他直到最近还在美国地质勘探局新墨西哥景观野外观测站(USGS’s New Mexico Landscapes Field Station)以生态研究员的身份参与这个项目。这项模仿自然森林再生的技术称为“成核”。这个方式也能为减少未来野火带来的损害提供保障：树丛之间的空地是天然的防火屏障，即使一小片树林毁于火灾，其他树林存活下来的可能性也会更高。
研究员还发现种植在坡上的树木具有超强的种子传播能力。Hurtean说，在水平的地面上，从锥形球果中掉落的种子一般最多滚落到距离母株100码远的地方。但是在斜坡上，加上风力辅助，种子可以冲到更远处。圣克拉拉普韦布洛的森林开发与修复管理人Chad Brown选择了种植地址，他补充道，在阴坡原木的阴影里种植对新树而言也是一个良好的开端。“西北面的光照弱，所以那里的土壤含有更多的水分。”他一边说一边触摸新种植的幼苗周围的土壤。
机会渺茫
就算万事俱备，一棵幼苗能否能长成大树仍不是定数。和大部分年幼的有机体一样，婴儿期的树木最为脆弱；一场火就能够轻易地消灭它们。倒下的原木可以为幼苗提供荫蔽，也可能成为助推火势的燃料毁灭它们。由于专家们预测2021年将会出现可怕的野火季，所以Tafoya和他的队员精心种植的树木很可能会面对这种情形。
图片来源：Unsplash
现美国林业局野火和燃料国家级研究项目的负责人Stevens说，团队可能无法挽救每一片烧焦的森林，但是只要种子供应、基金和劳动力允许，我们就会在尽可能多的火疤上战略性地种植小片的树丛，这起码会给一些赫梅斯的森林一个浴火重生的机会。“一棵树可以自己繁殖出1,000棵树，”他说，“只要让其中的一小部分长成大树，他们就会自己完成剩余的部分。”植树并不容易，但是所有栉风沐雨都是值得的，他补充道。“我发现种树是一项非常令人满意的工作，”他在检查最近种植在班德里尔-美国国家纪念碑的火疤上的树苗时说，“你种下的树可能会在你离世后长久存在。”
Hurteau创建了一个尚处于同行评议阶段的计算机模型，他说这会简化未来的种植项目并提高存活率。森林管理者可以使用这个包含了当地气候数据、土壤湿度、斜坡朝向以及其他因素的模型寻找树苗成活率最高的地点。他希望这些新工具，以及不断从复垦项目中汲取的经验教训，将有助于提高存活率，并让西南地区的土地管理者扩大这项重要工作的规模。
为了满足新墨西哥州日益增长的火灾复垦需求，Hurteau,Burney,McCarthy和其他人正在建立一个被他们称为遍及全州的“修复管道”。在美国西部，这是首个此类项目，从州立学院和大学的工人培训项目到在其他地区复制Burney的森林再生苗圃，它无所不包，这些关键步骤都是为了满足灾后森林复垦的庞大需求。Hurteau说:“我们的想法是在该州开展一项全面的业务，并从不同的项目中汲取教训。”
在圣克拉拉峡谷高处的种植地点，Tafoya,Brown及其他工作人员带着电子地图，把更多的树苗埋在枯木的阴影之下。一颗树苗的种植流程：每个植树者用一个类似锄头的工具在地上挖出一个6英寸深的狭窄的洞，从背包里拿出一棵树苗，放进洞里，然后把挖出来的泥土扫回植株周围，以形成一个能够捕获水分的小洼地。虽然整个程序耗时不足2分钟，但是植树者需要超前考虑数十年。他们设想这些土地在未来又会重回森林，他们的子孙后代可以再次体验到他们年幼时的景观，这是为气候变化而重塑的未来。“这会花费很长时间，”Tafoya说，“我盼望着下雨。”
撰文：April Reese是新墨西哥州圣达菲科学和环境的自由撰稿人和编辑。
翻译：张欣怡
审校：曾小欢
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
本文是中国数字科技馆(www.cdstm.cn)原创内容，转载请注明出处和作者，否则我们将依法追究侵权责任。
[责任编辑：环球科学]
京公网安备11010502039775号
