自然干扰是如何维持多样性的

虽然火灾和洪水等自然灾害会对人类生命构成威胁，但在某些地方，这些事件有助于支持多样化的生态系统。例如，森林大火让橡树等物种茁壮成长，并支持丰富的昆虫种群，反过来又喂养了许多不同的鸟类。南伊利诺伊大学卡本代尔分校的迈克·艾霍兹博士研究了栖息地管理——包括允许或防止自然干扰——对鸟类种群的影响。了解这些复杂的相互作用有助于支持生物多样性的森林管理实践。

2019-2020澳大利亚野火烧毁了186,000平方公里的土地。本赛季，经常被媒体称为“黑夏天”，也看到了近6000建筑物和34人死亡的破坏。早些时候，2019年加州野火季节涉及燃烧超过一千平方公里。

像野火这样的自然灾害通常被视为负面事件，尤其是当它们像澳大利亚和加州那样备受瞩目时。这是可以理解的，因为这些事件可能对人的生命和财产构成威胁。政府为避免或减轻这类干扰付出了巨大的努力。不太为人所知的是，对于一些自然群落来说，干扰实际上有助于创建和维持生态系统。例如，对于一些草原和草原植物来说，火灾是它们生命周期中必不可少的一部分。

在世界各地，对自然干扰的抑制正在对生态系统造成前所未有的变化。从最小的昆虫到最高的树木，这对每一种动植物都有不可预见的影响。潜在的结果是生物多样性的广泛丧失。这不仅发生在直接受人类活动影响的环境中;随着意想不到的后果扩散，这种影响也蔓延到其他领域。

为了保护和支持多样化的生态系统，迫切需要更好地理解人类行为——包括防止火灾和洪水等自然干扰——是如何影响自然世界的。

改变森林
也许生态系统中一些最重要的生物是最不显眼的。节肢动物，包括昆虫、蜘蛛和蜈蚣，是动物王国中数量最多的动物。它们在生态系统中的众多角色之一是作为其他动物的食物，包括许多种类的鸟类;例如，众所周知，啄木鸟以树皮昆虫为食。

Mike Eichholz博士是南伊利诺斯州卡本代尔大学的鸟类生态学家，他对以昆虫为食的鸟类和它们的猎物之间的关系很感兴趣。广义地说，一个更多样化的节肢动物群落能够养活更多种类的鸟类。在某一特定区域发现的节肢动物与生长在该环境中的植物有着不可分割的联系。在依赖自然干扰的生态系统中，当这些干扰被人类活动抑制时，植物群落会发生巨大的变化。当植物发生变化时，它们所支持的节肢动物也会发生变化。

在依赖自然干扰的生态系统中，当干扰被抑制时，植物群落会发生戏剧性的变化。

Eichholz博士和他的同事希望当天然骚乱受到限制时发现节肢动物和鸟类群体发生的事情。最近的工作，Eichholz博士和他的团队比较了南伊利诺伊州南部的不同类型的林地。在美国的这个地区，过去几十年已经看到由于抑制繁乱，特别是森林火灾而导致森林组成逐渐变化。

在一个被称为“中植化”的过程中，该地区耐荫的树种，如枫树和山毛榉，已经越来越有能力超越并取代那些更喜欢干燥条件和更开阔树冠的树木，如橡树和山核桃。枫木和山毛榉被称为末期演替物种。演替是指随着时间的推移，群落中物种的变化，例如，形成成熟的森林。然而，橡树和山核桃是演替中期的物种，通常在森林演替被野火等干扰打断的地方发现。

Eichholz博士和他的团队对橡树和山核桃为主的林地与枫树和山毛榉为主的林地中节肢动物的种类和数量进行了详细的研究。研究人员怀疑，就数量和多样性而言，橡树/山核桃地区的节肢动物比枫树/山毛榉林地的节肢动物要多。这是因为橡树和山核桃的叶子对节肢动物来说更美味，因为与其他物种相比，这些树不太依赖化学防御来避免捕食。此外，橡树和山胡桃树的树皮往往有很深的皱纹，以防止过热;这些沟也为许多节肢动物提供了理想的家园。以树皮上的昆虫为食的鸟类在这类树上更常见。

寻找节肢动物
为了验证这些想法，Eichholz博士和他的同事在2014年和2015年的夏天对南伊利诺斯州肖尼国家森林的一些不同地点进行了研究。在2014年的研究中，总共选择了22个地点。有些树以橡树和山核桃树为主，而另一些树则以枫木和山毛榉树为主。在一个月的时间里，研究人员用一种叫做树枝剪的方法在这22个地点收集了节肢动物(用长柄剪刀剪掉装在塑料收集袋里的树枝)。结果支持了研究人员的预测:与枫树和山毛榉相比，在橡树和山核桃树上发现了更多的节肢动物。

在第二项研究中，于2015年7月进行，选择了六个地点。三个地点由橡木和山核桃占主导地位，而另外三个是枫树和山毛榉。这次，团队将昆虫陷阱设置在躯干周围的总共54个单独的树木。9天后，对捕蝇夹中的节肢动物进行了鉴定和计数。

研究人员发现，在研究时（7月），山核桃树确实支持更多的节肢动物，而不是枫树和山毛榉。超过70％的节肢动物从山核桃树收集属于Hymenoptera（包括蚂蚁，蜜蜂和黄蜂）或正交（蚱蜢，蝗虫和蟋蟀）。已知这些节肢动物弥补了鸟类饮食的重要组成部分饲料在树皮栖息的昆虫上。有趣的是 - 与研究人员的预测相反 - 橡木，枫树和山毛榉树的节肢动物丰富的差异很小。这表明树皮纹理以外的东西可能负责不同的节肢动物群体。

这两项研究都发现，生活在山核桃树上的节肢动物数量最多，多样性也最大。这表明这些树的叶子对昆虫来说是最美味的——甚至周围的落叶层也可以容纳更多的物种。

森林管理应旨在减缓培养过程，允许像橡木和山核一样的物种继续茁壮成长。

管理干扰可以支持多样性
Eichholz博士和他的同事们的研究支持了这样的观点:一些依赖火的树木物种支持更多的节肢动物。这些节肢动物存在于橡树和山核桃等树的树皮和叶子中，是以昆虫为食的鸟类和哺乳动物的重要饮食部分。可悲的是，由于人类对食虫鸟类栖息地的干扰，食虫鸟类在世界许多地区已经在减少。如果节肢动物继续向树木转移，那么在本研究中所研究的森林中，节肢动物也可能处于危险之中。

Eichholz博士认为，森林管理的目标应该是减缓中间化过程，让橡树和山核桃等物种继续繁荣。这些树，由于节肢动物数量丰富，能够更好地养活一个健康的鸟类群落。虽然Eichholz博士和他的同事收集的数据表明，山核桃树比橡树更能支持大量的节肢动物，但两棵树的环境相似。因此，旨在保护一个物种的森林管理也将使另一个物种受益。

如果向山毛榉和枫树等末期物种的转移继续不受控制，Eichholz博士认为，以树皮栖息的节肢动物为食的鸟类数量将会减少。像啄木鸟和坚果草这样的物种在生态系统中扮演着重要的角色，包括通过控制昆虫数量来维持树木的健康。失去这些物种可能会带来不可预见的生态灾难性后果。

从生态学的角度来看，控制中生态化的理想方法可能是允许干扰发生——例如，通过控制火灾——但在实践中，这将很难以安全和社会可接受的方式实现。Eichholz博士建议，应在高危地区探索替代解决方案。例如，树木砍伐，如果经过精心规划和管理，可以达到与自然干扰相同的效果。

生态系统内部的关系是复杂、微妙的，人们对它们的了解也只是部分的。虽然Eichholz博士和他的同事们的工作集中在鸟类和节肢动物上，但它也表明了进一步研究所有生态系统关系的复杂性的价值。了解自然世界的一小部分是如何运作的，将有助于保护整个世界。