火災と植生のフィードバックと代替安定状態

火災、植生、気候の関係は、火災レジームと呼ばれるものを形成します。火災レジームの中で、火災生態学者は多様な生態系と火災の関係を研究します。火災が植生に与える影響だけでなく、植生が火災の挙動に与える影響も研究します。非常に燃えやすい植生と燃えにくい植生の隣接したタイプの研究は、これらの植生タイプがどのように隣り合って存在し、火災イベントの有無によって維持されるかについての洞察を提供しました。^[1]生態学者は、閉鎖林冠林と草原などの異なる植生タイプ間の境界を研究し、気候と土壌の肥沃度が植生タイプにこれらの境界をどのように形成するかについて仮説を立てました。^[1]火災地理学の分野の研究では、火災が優勢な植生タイプの維持に重要な役割を果たしていること、および火災と異なる関係を持つ異なる植生タイプが同じ気候条件で隣り合って存在できることが示されています。^{[2]これらの関係は}、火災-植生フィードバックや代替安定状態と呼ばれる概念モデルで説明できます。

植生は、非常に燃えやすい（好火性）ものと燃えにくい（嫌火性）ものとに分けられます。^[1]火災と植生のフィードバックは、火災と優勢な植生タイプの関係を表します。非常に燃えやすい植生タイプの例としては、草原が挙げられます。頻繁な火災は、正のフィードバックループで草原を優勢な植生として維持します。これは、頻繁な火災により、その地域に定着しようとしている木が枯れる一方で、各火災の間隔で新しい草が定着し、燃料として成長し、再び燃えるためです。^[3]したがって、草原エリアで頻繁に火災が発生すると、草が優勢な植生として維持され、木の侵入を許しません。対照的に、閉鎖林冠林では、燃料がより密度が高く、日陰になり、したがってより湿気が多く、容易に発火しないため、火災はそれほど頻繁ではなく、それほど深刻ではありません。優勢な森林植生の閉じた樹冠は、特定の種の成長を制限し、日陰に耐性のある植物の成長を可能にします。

代替安定状態の生態学的理論は、異なる生態系がどのように共存し、撹乱の結果としてどのように変化するかを説明します。火災生態学に応用されたこの理論は、可燃性の植生と難燃性の植生がどのように共存し、火災とのさまざまな関係によって維持されるかを説明します。^[3]各植生タイプの火災の頻度と強度が乱されなければ、優勢な植生タイプが維持され、安定していると見なされます。^[1]この理論は、火災の抑制、火災の激しさの増加、侵入種の導入、およびその他の管理撹乱によって、優勢な植生が別の植生タイプに急速に移行する方法についても説明します。^[1]植生タイプの移行を引き起こす可能性のあるこれらの影響は、不安定化遷移と呼ばれます。

火災と代替安定状態の理論は、ここ数十年、世界中の多くの場所で研究されてきました。火災レジームと代替安定状態の研究には、多くのレベルでの調査が必要です。数千年にわたる植生パターン、火災の証拠、気候に関する古生態学的研究、人為的燃焼に関する研究、火災抑制、放牧、林業などの管理の影響に関する研究などです。^[4]

代替安定状態と火災の例は、カリフォルニア州北西部のクラマス山脈に見ることができます。ヨーロッパ人が入植する前のこの地域の火災レジームは5～75年の間隔で発生し、カルク族を含むネイティブアメリカンは景観管理に火を使用しており、現在も使用しています。^{[5] [6]この地域では、}硬葉低木地、針葉樹林、植林地針葉樹林の3つの主要な植生が一般的で隣接しています。 ^[5]硬葉植生は中～高の低木と高木で、発熱性であると考えられており、火災後も木質塊茎の再発芽や種子の火災後も生き残るなど、多くの火災適応により、火災後すぐに回復します。^[5]閉鎖針葉樹林には、中～高の針葉樹の上層と日陰に耐性のある下層が含まれます。針葉樹が優勢な森林は火災の頻度が低く、低度から高度の火災イベントが発生する可能性があります。強度の高い災害は、優占植生をすべて枯死させる林分置換災害となる可能性がある。^[7]この地域の植林地は商業的に価値のあるダグラスモミを栽培し、密集して均一に分布しており、通常、広葉樹はなく、下層には草や低木がある。^[5]これらの植林地は、近隣の混合針葉樹林よりも燃えやすい。^[1]

強度の高い火災によって針葉樹混交林の一部が枯死した場合、まずは硬葉樹林が定着し、火災との自己強化的なフィードバックによって新たな安定状態を作り出すことができる。^[1] そのため、強度の高い火災は、針葉樹混交林と硬葉樹低木地帯との間の不安定な遷移であると考えられる。逆に、硬葉樹林で火災の間隔が長い場合、針葉樹が定着し、より燃えにくい針葉樹混交林に状態が切り替わり、強度が低く頻度の少ない火災によって維持される可能性がある。そのため、硬葉樹低木地帯での火災抑制は、火災に依存する硬葉樹低木地帯を針葉樹混交林に切り替えさせるため、不安定な遷移であると考えられる。針葉樹林の造成により、混合針葉樹林よりも発熱性が高い代替安定状態が生まれ、より頻繁かつより深刻な火災が発生し、近隣の混合針葉樹林に影響を及ぼす可能性があります。以前の硬葉低木林または混合針葉樹林に針葉樹林を造成し、火災の深刻度が増すという関連効果も、この代替安定状態モデルに不安定な遷移を引き起こします。

タスマニア南西部の代替安定状態に関する最近の研究では、土壌の肥沃度と地形が火災、植生、強化フィードバックと関係する役割が取り上げられている。^[4]タスマニア南西部の研究地域には、荒野、灌木地、湿性硬葉樹林、熱帯雨林の 4 種類の植生が生息している。^[8]熱帯雨林のパッチワークは、より燃えやすい植生のパッチワークに囲まれている。熱帯雨林は谷や南向きの斜面に位置しており、燃えにくいことがわかった。^[8]地形と火災の両方が、これらの代替安定状態を維持する役割を果たしている。土壌の栄養分は、燃えやすい地域では減少し、火災の頻度が低い森林地帯に蓄積することがわかった。^[4]

代替安定状態理論と研究によって実証されているように、火災排除やその他の管理慣行は、不安定化遷移を通じて近隣の植生タイプに影響を与えます。^[5]土地管理者と一般市民は、長期にわたる火災抑制や火災後の植林などの管理慣行が、近隣の火災に依存する生態系に及ぼす不安定化効果を考慮する必要があります。^[5]