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成都生物所揭示青藏高原砍伐迹地不對稱恢複驅動機制
发表日期: 2021-07-15 作者: 熊勤犁 文章來源:
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 “世界屋脊”和“地球第三極” 青藏高原位于特提斯地區,自東向西橫跨9個自然帶,有高等植物13,000余種。這些複雜的自然帶與種類繁多的物種,使青藏高原成爲全球生物多樣性保護的36個熱點地區之一。青藏高原的森林主要分布于東部和東南部的金沙江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江、雅砻江、大渡河、岷江等大江大河的上遊和源頭區,一般分布在海拔2,000米至4,100米的地帶。該區域森林是遏制土地沙化和土壤流失、涵養水源、固存碳、調節氣候的重要保障,是關鍵生態屏障,對維持生態建設核心地區(三江源三江並流區以及橫斷山區)的生態系統穩定起到至關重要的作用,維系我國生態安全。 

 但是,作爲我國第二大林區——西南林區的主體,青藏高原森林一直是我國過去50年來重要的商品木材的來源。由于長期過量采伐,該區域森林消失面積已占區域森林面積的50%60%。大規模皆伐不僅減少森林資源,更影響到諸如調節氣候、水源涵養土壤保持及生物多樣性和碳彙等生態系統服務功能的發揮。青藏高原正承受著過量采伐帶來的苦果:氣候惡化、水土流失、地質災害頻發、土壤環境惡化、物種組成及其多樣性發生根本變化。 

 森林砍伐顯著改變林地生態過程,與原始森林地表相比,迹地微環境大幅改變,如溫濕度變幅增大、風力加大、直射光增多、土壤蒸發量增大,土壤持水能力衰退,肥力衰退。而土壤微生物群落作爲這一過程的重要參與者,一方面受到砍伐的直接影響,另一方面,其變化又影響到元素循環、養分供給、病蟲害等,從而影響到植物群落生長。最終,在微環境和土壤微生物的共同作用下導致林下植物群落結構和豐度發生顯著改變。但是目前尚無針對青藏高原亞高山森林砍伐後土壤微生物和林下群落變化的長期監測,因此對其生態過程變化缺乏研究。無法回答,砍伐後生態系統中林下植被群落如何變化?砍伐後微生物群落如何變化?二者恢複過程有何關系?驅動其恢複的主要影響因子有哪些?如果這些問題無法准確回答將對可持續亞高山森林管理和保護戰略的發展構成嚴重挑戰,從而導致該區域生態屏障功能降低,危及到我國生態安全。  

 为解决以上问题,中國科學院成都生物研究所生物多样性与生态系统服务领域地表过程与生态系统管理项目组潘开文研究員、熊勤犁等与安特卫普大学(University of Antwerp)李玲娟等,以青藏高原東緣主要的硬葉常綠闊葉林——川滇高山栎(Quercus aquifolioides Rehd. et Wils.)林爲研究對象,系統地揭示川滇高山栎砍伐後恢複過程中土壤微生物和林下植被群落在生長季的動態變化過程及其驅動因子。相關研究人員對未砍伐(對照)和砍伐後3個不同時期(砍伐後1年,10年和20年)的川滇高山栎林中的土壤微生物和林下植被進行量化研究,通過結構方程模型(SEM)等對影響其群落結構的主要驅動因子進行了研究。研究結果表明砍伐後土壤性質和微生物群落結構顯著改變(p < 0.05),放線菌和叢枝菌根真菌(AMF)增加,但其他微生物亞群減少。砍伐後林下植被的生物量增加和群落結構發生變化。 真菌(18:1ω7c18:1ω9c)和革蘭氏陰性菌(18:2ω7ccy19:0)豐度在砍伐後和林分恢複期間有規律顯著變化(p < 0.01),表明它們可作爲監測砍伐後高山栎林複蘇情況的指示生物。SEM模型揭示,恢複過程中,枯枝落葉和凋落物通過土壤間接增加了微生物豐度及林下植被生物量。但高山栎作爲優勢種、建群種,其恢複卻抑制了林下植被群落多樣性及生物量。同時,微生物群落對林下植被恢複只有輕微的促進作用。在高山栎植被恢複過程中,凋落物質量和土壤氮元素在重塑林下植物和土壤微生物群落中發揮了重要作用。砍伐後的高山栎林生境變得不太適合砍伐前的林下植被的擴張和恢複,但它有利于某些微生物群落生長和恢複。 

 本研究使我們認識了高山栎砍伐後林下植被和土壤微生物群落結構非同步不對稱恢複過程;同時揭示了驅動這一變化的主因是凋落物質量和土壤氮素含量。該研究不僅爲亞高山硬葉常綠闊葉林砍伐後修複管理提供理論基礎,也爲今後青藏高原森林可持續經營管理提供一些研究思路。 

 該研究獲得國家自然科學基金(31700544),科技部重點研發計劃“中國-克羅地亞生物多樣性和生態系統服務聯合研究”(2020YFE0203200),四川省重點研發項目(20ZDYF1629),西部之光西部青年學者項目(2016XBZG_XBQNXZ_B_005),中國科學院山地生态恢复与生物资源利用重点实验室,生态恢复与生物多样性保育四川省重点实验室开放课题(kxysws1901),中國科學院科研仪器设备研制項目(YJKYYQ20190064),和中國科學院青年創新促進會(2021372)支助。近日以“Driving forces for recovery of forest vegetation after harvesting a subalpine oak forest in eastern Tibetan Plateau”爲題發表于期刊Environmental Science & Pollution Research 

 原文鏈接 

樣地圖,熊勤犁攝

  砍伐後林下植被和微生物群落結構變化 

  砍伐後林下植被及微生物群落變化驅動力 


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