我組在溫帶天然林生產(chǎn)力維持機制研究上獲新進展
森林作為陸地生物圈的主體，不僅蘊藏著豐富的生物多樣性，而且具有較高的生產(chǎn)力。森林生產(chǎn)力是森林生態(tài)系統(tǒng)維持與發(fā)展的根本動力，探討維持森林生產(chǎn)力的內(nèi)在生物學要素和外在生態(tài)條件，是當今生態(tài)學和林學研究的重要內(nèi)容之一。鑒于喬木形成的生物生產(chǎn)力在森林生產(chǎn)力中占主體地位，且易于測定、量化和尺度推演，許多研究使用喬木的生產(chǎn)力代表生態(tài)系統(tǒng)凈第一性生產(chǎn)力，即森林綠色植物在單位時間和單位面積上所積累的有機干物質(zhì)的能力。在天然林中，生產(chǎn)力在局域尺度上同時受到生物（如生物多樣性，林分結(jié)構和初始生物量等）和非生物因子（如土壤養(yǎng)分）的共同影響，不同因子與生產(chǎn)力之間可能呈線性或非線性關系，且不同因子間存在一定的相關性，導致很難量化、區(qū)分和比較單個因子對生產(chǎn)力的影響；影響生產(chǎn)力維持的潛在機制包括：生態(tài)位互補（ niche complementarity hypothesis），生物量比率假說（mass ratio hypothesis），土壤肥力假說（soil fertility hypothesis）和綠湯假說（green soup hypothesis）。以往的研究多集中于探討單個或兩個機制對生產(chǎn)力的影響，目前尚不清楚不同機制的相對貢獻及隨群落演替的變化規(guī)律。
中國科學沈陽應用生態(tài)研究所天然林生態(tài)組原作強副研究員及其合作者基于長白山溫帶森林樣地（次生林和老齡林）10年的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用基于機器學習和分類回歸樹的推動回歸樹模型（BRT）量化了生物多樣性（包括分類，譜系和功能多樣性），林分結(jié)構特征（包括基于胸徑的香農(nóng)-威納指數(shù)和變異系數(shù)），功能性狀組成（functional trait composition），初始生物量和土壤養(yǎng)分對生產(chǎn)力的相對貢獻。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：生產(chǎn)力在次生林中受與葉片磷相關的性狀組成，初始生物量，土壤有機質(zhì)和物種均勻度密切相關，在老齡林中則主要受初始生物量的影響。該研究結(jié)果表明1) 植被數(shù)量（vegetation quantity）對溫帶天然林生產(chǎn)力的影響大于植物質(zhì)量（vegetation quality）；2）次生林中生產(chǎn)力主要受性狀組成，而非生物多樣性的影響；3）土壤養(yǎng)分對次生林的影響遠大于老齡林；4）性狀組成和土壤養(yǎng)分對生產(chǎn)力的相對貢獻隨著森林群落演替而降低，生物多樣性和植被數(shù)量的相對貢獻則隨之升高。
以上研究成果以Abiotic and biotic determinants of coarse woody productivity in temperate mixed forests 為題發(fā)表于Science of The Total Environment上。原作強副研究員為文章的第一作者，郝占慶研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃 (2016YFC0500300), 國家自然科學基金 (41671050, 31730015 & 31722010)和中國科學院青年創(chuàng)新促進會（2017241）的支持。
圖1 次生林（PBF plot）和老齡林（BKF plot）中不同因子對生產(chǎn)力的相對貢獻
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