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研究与创新

火与蝴蝶:一场自然灾害的启示

躺在干草上的蝴蝶
一只斑蝶。图片来源:梅根·泰特。

编者按:这是一个客人的邮件艾丽卡·亨利,北卡罗来纳州生物科学系博士后研究员。这篇文章是系列文章的一部分,重点介绍了NC State帮助我们理解、缓解和应对危机的方法气候变化的影响.

我一直都知道,以一种抽象的方式,一个物种可能会灭绝。2017年夏末,这种可能性似乎可能成为现实。

我研究的蝴蝶濒临灭绝。迈阿密蓝调(白求恩白鹤)曾经在佛罗里达的海滩护堤和巴特拉姆的灌木丛中繁衍生息(巴氏箭毒)在佛罗里达州东南部大部分地区下伏的迈阿密岩脊上的松岩地森林里飞来飞去。现在,几乎所有这两种蝴蝶的栖息地都消失在迈阿密市。迈阿密蓝军被留在基韦斯特以西25英里的少数几个岛屿上,在日落景色之外。巴特拉姆的磨砂发纹稍微好一点。在飓风“厄玛”之前,这些灰白色蝴蝶的种群——它们有着独特的橙色斑点——可以在大松树岛、大沼泽地国家公园和迈阿密戴德县的一些未开发的森林地带找到。

当飓风“厄玛”袭击下佛罗里达群岛时,我正在罗利完成分析并撰写论文章节。我在Keys工作了六年,从事与蝴蝶保护有关的研究。我已经搞清楚了这个星球上有多少迈阿密蓝调(答案:数万),并进行了一项实验,测试如何最好地恢复松岩地带的栖息地,为巴特拉姆的灌木丛发纹(答案:燃烧它)。2017年9月5日,星期二,飓风伊尔玛是5级飓风——所有的蝴蝶和我的研究都在早上8点国家飓风中心的中心。

两张照片。左边的照片是一片茂密的森林。右边的照片显示了被破坏的灌木丛生长。
大松树-基松树-洛克兰德飓风伊尔玛前(左)和飓风伊尔玛后(右)。图片来源:梅根·泰特。

飓风与灭绝

主要飓风对这些物种不是新的威胁。但是飓风袭击的背景是。

这些蝴蝶下的景色不仅在变化,气候也在变化。随着大气中二氧化碳的增加和气候变暖,飓风变得越来越大,风暴成为主要飓风的可能性也越来越大。这就提出了一个问题:我们能做些什么来防止像迈阿密蓝鲸和巴特拉姆灌木丛的毛发已经摇摇欲坠的边缘物种飓风驱动的灭绝?这不是我八年前开始研究钥匙时要回答的问题,但飓风“厄玛”改变了这一点。

在飓风之前,大松树岛上巴特拉姆的灌木丛发纹种群遇到了麻烦。作为毛虫,这些蝴蝶以松林巴豆为食,这是一种常绿灌木,在松林中生长旺盛,每3-7年就会燃烧一次。没有火,依靠燃烧和再生循环的物种就会灭绝。大松树岛频繁失火意味着它的植物和蝴蝶数量——比如巴豆和巴特拉姆——急剧下降。

森林火灾的第二十二条军规

大松树上的松岩地森林已经有十多年没有被烧毁了,原因是人类。在开阔的空间里,很少有邻居在大沼泽地国家公园的中心很容易发生火灾。但是,几乎不可能烧毁被房屋包围的森林。

然而,问题是,这些森林没有火灾的时间越长,最终的野火就越危险,威胁房屋和其他重要基础设施的可能性也就越大。这是一个困扰整个生态系统火灾管理的问题。气候变化使得在已经进化到依赖火的地貌中管理火变得更加困难。佛罗里达群岛气温升高,雨季缩短,这意味着植被在夏季的几个月内保持干燥。干燥的植被加上降水量的减少和夏季微风的增多,使得很难找到一扇条件正好可以生火的窗户。所以这片森林又一年没被烧毁。长得更茂盛。而最终的野火——这是不可避免的——变得更加危险。

灌木丛在沼泽松林中燃烧
佛罗里达州林业局规定的燃烧。图片来源:佛罗里达鱼类和野生动物。

作为我论文的一部分,我最想回答的问题是如何最好地管理这些森林,使蝴蝶和人类能够在大松树上共存。

我想知道,我们是否可以使用机械清除林下植物的方法(即使用重型设备覆盖生长在树下的植物)作为火灾的替代物,以及这对巴豆植物和巴特拉姆的灌木条纹有何好处。所以我设计了一个实验。我们机械地清理了地块,计划焚烧地块,把地块单独留下作为未经处理的对照。在实验之前,我对植物进行了标记和计数,并调查了成年蝴蝶和毛虫。天气不好,我的火堆也没烧起来。但我在机械清理后又回去了,重新测量了标记的植物,并标记了新出现的植物。我重新调查了蝴蝶和毛毛虫。然后Irma就成功了。

毁灭中的机会

2017年9月10日,Irma在佛罗里达群岛呼啸而过,成为4级飓风。她在距Big Pine Key以西10英里的Cudjoe Key登陆。这把大松树钥匙,和我的实验,在风暴的东眼墙,飓风最残酷的部分,最高的风和最大的风暴潮。大松树礁完全被海水覆盖,最大的阵风估计为每小时160英里。树木被劈成两半,整栋房屋被冲向大海,废墟覆盖了整个岛屿。这是毁灭性的。

但这也是一个机会。

因为我之前已经建立了一个栖息地管理实验,我现在完全准备好看看风暴之前我们所做的管理是如何与飓风的影响相互作用的。所以我回到了Irma之后的九个月,重新测量了标记的植物,并重新测量了蝴蝶和毛虫。

飓风厄玛对大松树上的巴豆来说是个坏消息。平均而言,只有30-40%的标记巴豆植株存活下来。然而,在风暴前机械清理的地块中,存活率高于未处理的地块。如果随着巴豆种群从风暴中恢复,这种模式继续保持下去,这将是一个明显的迹象,即必须进行背景管理,以维持受到灾难性飓风日益增加的可能性威胁的稀有物种种群。

换句话说,研究结果表明,在保护受威胁的栖息地方面,人类的干预可以帮助减轻气候变化的一些影响。也许像我们这样的干预措施也可以解决与推迟规定烧伤相关的野火问题——尽管这是其他研究人员要回答的问题。

但在为时已晚之前帮助保护受威胁的栖息地是很重要的。

坏消息,好消息

厄玛是巴特拉姆在大松木钥匙上擦洗头发的最后一根稻草。风暴过后,我们再也没有见过一只成年或毛毛虫。幸运的是,这个物种没有灭绝。大陆上也有其他人口,在经常燃烧的地方。虽然飓风是蝴蝶在岛上灭绝的最终原因,但风暴前缺乏消防管理才是真正的原因。我测量到,在Irma之前,巴豆种群以每年20%的速度下降,蝴蝶也以同样快的速度消失。如果在风暴来临之前栖息地的状况更好的话,我毫不怀疑那个岛上还会有巴特拉姆的灌木丛发纹。

我仍然保持乐观,因为我知道我们可以采取行动防止灭绝。

飓风“厄玛”导致巴特拉姆灌木丛条纹种群的局部灭绝,对迈阿密蓝鲸和其他脆弱物种来说是一个警示。如果风暴再往西40英里,今天可能就没有迈阿密蓝调了。

人们经常问我,我的工作是否令人沮丧,不停地思考那些濒临灭绝的物种。可能是的。但我仍然保持乐观,因为我知道我们可以采取行动来防止灭绝——我知道许多物种都有能力快速适应变化。

我的研究表明在适应火势的栖息地维持历史上的火势,或者寻找火势的功能替代品,有可能提高一个物种吸收主要飓风的肠道冲击力的能力。这还有一个额外的好处,那就是提高了靠近易着火森林的房屋的安全性。我们还可以保护和管理稀有物种目前存在和繁衍的地方,这样它们就不会像迈阿密蓝军那样,在少数几个岛屿上毫无防备。

气候变化并没有使这一切变得容易,而且可能会使更多的物种处于我所研究的蝴蝶的位置。但如果我们在尽可能多的地方保持大量的人口,我们至少会给他们一个让我们吃惊的机会。

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