近日,省林科院“珍贵树种与森林提质增效科技创新团队”联合北京林业大学,在国际生态学知名期刊《Journal of Plant Ecology》发表题为“Structural diversity drives forest biomass along altitudinal gradients in subtropical forests”的研究论文。该研究基于115个亚热带森林样地(含279个树种、7000余株树木)的翔实数据,首次系统阐明:树木的大小、高度差异(即结构多样性)是决定森林碳储量沿海拔梯度变化的首要且稳定的驱动因素,其核心作用显著强于并独立于传统关注的物种多样性及环境因子。此项成果是团队长期深耕“林分结构优化与森林功能提升”方向的一重要理论突破,为亚热带森林的提质增效提供了关键科学依据。

研究综合运用层次分割与结构方程模型,解析了结构多样性、生物多样性(物种、系统发育、功能)、林分密度、土壤及气候因子对森林生物量的复杂影响网络。结果表明,在所有海拔梯度上,结构多样性对生物量的直接正向贡献最为强烈且稳定。相比之下,物种多样性、系统发育与功能多样性以及土壤肥力,均主要通过提升结构多样性来间接促进生物量积累;而林分密度则通过抑制结构多样性间接降低生物量。这清晰揭示了结构多样性在生态系统中的核心中介角色,解释了为何在复杂的自然森林中,生物多样性与生物量的直接关系常常表现不稳定。

研究进一步厘清了各因素间的复杂关系。除了结构多样性的主导作用,发现在统计学上分离了结构多样性的强大效应后,物种丰富度本身对生物量显示出微弱的直接负效应,这可能是高密度群落中种间竞争的体现。说明物种多样性对森林生物量的主要贡献并非直接作用,而是通过促进形成结构更复杂的森林来实现的(即强烈的间接正效应)。同时,生物多样性与土壤肥力的积极效应随海拔升高而减弱,而结构多样性的促进作用则稳定存在,证明了其普适性。在高质量人工林培育、森林经营及生态修复中,相较于单纯追求物种数量,构建与培育异龄、复层、优配树种混交的林分结构,是更有效提升森林碳汇能力和生态系统功能的途径。

基于此,研究团队提出对生态敏感区的人工林的管理建议:对于单一树种或简单结构林分,应通过择伐、间伐等抚育措施,主动调整林木大小分布,打破单一结构,并引入优配乡土树种,逐步诱导其向结构复杂的近自然森林过渡。
本研究结论基于无干扰、受长期保护的保护区林地得出,为同类型区域的森林管理提供了关键科学依据。团队未来的研究将在此基础上,进一步探究森林多目标经营及干扰背景下,如何通过适应性管理最优地提升结构多样性,以服务区域森林功能提升的战略需求。
该项成果由江西省林业科学院“珍贵树种与森林提质增效科技创新团队”与北京林业大学生态与自然保护学院共同合作完成,郭志文博士为论文第一作者,王襄平教授为通讯作者,唐军博士、赖国桢博士、刘丽婷研究员均对研究做出了重要贡献。
论文DOI地址:https://doi.org/10.1093/jpe/rtaf100