亚热带次生林演替驱动下生态系统多功能性的区域尺度动态格局

《Ecological Indicators》：Succession-driven dynamics of ecosystem function and multifunctionality at regional scales: Evidence from subtropical secondary forests

本研究针对亚热带次生林如何通过演替过程维持生态系统多功能性的管理难题，以江西典型常绿阔叶林为研究对象，基于2006-2016年三期国家森林连续清查数据，系统解析了木材生产、碳储量和生物多样性三大功能的演替轨迹及其互作关系。研究发现随演替推进，木材生产和碳储存功能显著增强，而生物多样性保持稳定；中后期演替阶段多功能性阈值响应存在显著差异。该成果为优化次生林恢复策略提供了关键科学依据，对实现森林可持续经营具有重要指导意义。

　　

在亚热带地区，次生林作为自然林被大规模砍伐后重建的关键生态系统，其生态和经济重要性日益凸显。然而，如何通过科学管理促进正向演替并维持生态系统功能，仍是当前林业领域面临的重大挑战。以往研究多聚焦单一生态系统功能，对多功能协同机制及其随演替过程的动态变化认识不足。特别是在人为干扰强烈的亚热带常绿阔叶林区，原生林被次生林替代的现象普遍存在，系统揭示这些重建生态系统的演替轨迹，对优化恢复策略和细化可持续经营实践具有重要理论价值。

近期发表于《Ecological Indicators》的研究论文《Succession-driven dynamics of ecosystem function and multifunctionality at regional scales: Evidence from subtropical secondary forests》为解决上述问题提供了新见解。该研究由中国林业科学研究院资源信息研究所张可欣、刘宪钊等科研人员完成，他们基于江西省2006、2011和2016年三期国家森林连续清查数据，对167个常绿阔叶林固定样地进行了系统分析。

研究团队采用组合指数法将样地划分为早、中、晚期三个演替阶段，重点评估了木材生产（林分蓄积量）、碳储存（碳储量）和生物多样性（Shannon-Wiener指数）三大关键生态系统功能。通过均值法和多阈值法量化生态系统多功能性，并运用Pearson相关性分析揭示了功能间的权衡协同关系。这种多维度分析方法为理解演替过程中生态系统功能的动态变化提供了全面视角。

关键技术方法概述

研究依托国家森林连续清查系统的固定样地网络，采用标准化的森林资源调查规程。通过树种特异性生物量方程计算碳储量，运用Shannon-Wiener指数评估生物多样性，采用组合指数法定量划分演替阶段。统计分析包括单因素方差分析、Tukey事后检验和相关分析，全面解析了功能间相互关系及阈值效应。

3.1 不同演替阶段生态系统功能差异

研究结果显示，木材生产和碳储存功能随演替推进呈现显著增强趋势。晚期演替阶段的木材生产和碳储存能力显著高于早、中期阶段，而生物多样性在各演替阶段间未呈现显著差异。这一发现表明，亚热带次生林在向顶极群落发展过程中，其物质生产和碳汇功能逐步提升，但物种多样性在演替早期即已达到相对稳定状态。

3.2 生态系统功能相对收益的时空动态

在2006年，不同演替阶段的功能收益呈现明显分异：晚期演替林在木材生产和碳储存方面收益最高，中期表现中等，早期则显示较低的木材生产但中等的碳储存收益。随时间推移，中、晚期演替系统各功能收益保持稳定，而早期演替林则表现出动态变化特征——木材生产从低收益逐步提升至中等水平，生物多样性则呈现先升后降的单峰模式。这种动态变化反映了演替早期生态系统功能的不稳定性。

3.3 生态系统功能间相互作用关系

功能间关系分析揭示了有趣的演替规律：木材生产与碳储存在所有演替阶段均保持稳定的协同关系。生物多样性与其他功能的关系则呈现阶段特异性：在早、中期演替林中，生物多样性与其他功能呈正相关，而与碳储存的关系在特定时期出现协同峰值；晚期演替林则表现为中性关系。这表明功能间相互作用随演替进程发生显著变化。

3.4 生态系统多功能性的阈值响应

晚期演替阶段的生态系统多功能性显著高于早、中期阶段。阈值分析显示，随着功能阈值提高，中期演替林的多功能性下降最快，晚期次之，而早期演替林能在较高阈值范围内维持多功能性。在2006年，早、中、晚期演替林失去全部多功能性的阈值分别为31%、26%和34%；到2016年，这些阈值变为37%、30%和38%。这一发现对制定差异化管理策略具有重要启示。

研究结论与意义

该研究证实了演替进程对亚热带次生林生态系统功能的塑造作用。木材生产和碳储存功能随演替推进而增强，生物多样性保持相对稳定。特别是生物多样性-碳储存关系在早、中期演替阶段发生显著转变，而晚期演替林功能关系保持稳定。研究还发现中期演替林多功能性对阈值变化最为敏感。

这些发现对亚热带次生林管理具有重要指导价值：首先，促进森林向晚期演替发展有助于提升生态系统多功能性；其次，针对不同演替阶段应采取差异化策略——在早中期适当延缓演替速度，而在中后期加速推进，可能更有利于多功能性的维持。研究提出的阈值分析方法为评估森林生态系统服务提供了新思路，而基于演替阶段的分类管理框架则为实现森林可持续经营提供了科学依据。

该研究的区域尺度视角成功揭示了亚热带次生林演替的整体规律，但由于生态过程的长期性和环境异质性，后续研究需结合更长时序观测和多尺度分析，进一步揭示演替机制。同时，整合植物功能性状与环境驱动因子，将有助于发展更具预测能力的生态系统管理模型。