擇伐作為林業(yè)經(jīng)營(yíng)的重要方式之一，其對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性、結(jié)構(gòu)和功能的影響一直是林學(xué)家和生態(tài)學(xué)家的研究熱點(diǎn)。闊葉紅松林( Pinus koraiensis) 是我國(guó)東北地區(qū)地帶性森林植被，是溫帶針闊混交林的典型代表。自 20 世紀(jì) 50 年代，我國(guó)開(kāi)始對(duì)闊葉紅松林進(jìn)行擇伐，旨在不影響森林主體功能的前提下，定期重復(fù)采伐成熟的林木和樹群，保證森林經(jīng)營(yíng)獲得最大收益。而關(guān)于受干擾后森林恢復(fù)狀態(tài)的科學(xué)評(píng)估對(duì)林業(yè)經(jīng)營(yíng)以及如何可持續(xù)利用森林資源具有重要意義。
鑒于此，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所天然林生態(tài)課題組成員在長(zhǎng)白山區(qū)分別選取未經(jīng)過(guò)擇伐干擾（原始林）、輕度擇伐（10~20%強(qiáng)度）和中度擇伐（20~30%強(qiáng)度）干擾的3種林型共11塊樣地為研究對(duì)象，測(cè)定了群落生產(chǎn)力、土壤碳儲(chǔ)量和土壤/凋落物持水能力等9種生態(tài)系統(tǒng)功能，綜合運(yùn)用均值法、多閾值法和單功能法度量了生態(tài)系統(tǒng)的多重功能，對(duì)比分析了氣候因子、干擾強(qiáng)度、植物屬性和土壤微生物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多重功能的相對(duì)貢獻(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1）群落生產(chǎn)力、地被物生物量和持水力在三個(gè)林型中沒(méi)有顯著差異（圖1A），經(jīng)過(guò)擇伐森林中土壤有機(jī)碳密度、土壤持水力、土壤有效氮、有效磷和有效鉀等功能指標(biāo)甚至已超其初始狀態(tài)（原始林），表明該區(qū)域曾受擇伐干擾的次生林具有較強(qiáng)的自我恢復(fù)力。2）擇伐后次生林在恢復(fù)過(guò)程中，物種多樣性和林分結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。例如，盡管受中度干擾森林具有較低的功能性狀多樣性和林分結(jié)構(gòu)多樣性（圖1B），但其比原始林擁有更高的物種、譜系和土壤微生物多樣性。3）植物屬性（如分類、譜系、功能性狀和林分結(jié)構(gòu)多樣性）對(duì)不同多重功能指數(shù)同時(shí)具有或正或負(fù)的影響，土壤細(xì)菌多樣性和林分結(jié)構(gòu)多樣性對(duì)多重功能具有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)力，而氣候因子的影響相對(duì)較小（圖2）；4）地上和地下生物多樣性在干擾對(duì)多重功能的調(diào)節(jié)作用中存在相反路徑（圖3）。該研究表明合理?yè)穹タ赡苁沽值刭Y源得到充分利用，促進(jìn)保留木生長(zhǎng)和提升生態(tài)系統(tǒng)整體功能，并且能提高樹種和土壤微生物多樣性，是調(diào)控森林生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的有效手段。
以上研究成果以“Divergent above-and below-ground biodiversity pathways mediate disturbance impacts on temperate forest multifunctionality”為題在線發(fā)表在Global Change Biology 雜志上。天然林次生組原作強(qiáng)研究員為文章第一作者，郝占慶研究員和王緒高研究員為通訊作者。該研究得到了中科院先導(dǎo)項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和青促會(huì)等項(xiàng)目的資助。
圖1 不同（擇伐）干擾水平對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)功能（A）、物種多樣性及群落結(jié)構(gòu)（B）的影響
（CWP，群落生產(chǎn)力；AGBW，林下資源量；SOD，土壤有機(jī)碳密度； BL，凋落物層生物量；WHCS，土壤層持水力；WHCL，凋落物層持水力；AN，土壤有效氮；AP，土壤有效磷； AK，土壤有效鉀）
圖2 氣候因子、干擾強(qiáng)度、植物屬性和土壤微生物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多重功能的相對(duì)貢獻(xiàn)
圖3 干擾強(qiáng)度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多重功能的直接和間接影響
