森林结构特征作为自然森林地上碳储存量和木本植物物种丰富度的指标及中介因素

《Ecological Indicators》：Forest structural attributes as indicators and mediators of aboveground carbon storage and woody plant species richness in natural forests

森林结构属性对碳储存和物种多样性的影响：基于中国六大自然森林类型的研究，发现结构复杂性（树径、树高、基面积、密度）显著预测树碳储存和木质物种丰富性，并中介二者关系。环境因素（土壤养分、地形）主要影响土壤碳储存。研究强调结构指标在多功能森林管理中的监测价值，提出通过维护垂直分层和多样性提升碳与生物多样性协同效益。

　　森林结构属性在生态系统功能和生物多样性中的作用是可持续森林管理的重要议题。随着全球对生物多样性保护和气候变化缓解的关注不断加深，森林恢复成为应对这些问题的关键策略之一。然而，传统的森林管理方法往往以木材产量为主要目标，忽视了森林结构的复杂性及其对生态完整性的影响。这种单一目标的管理方式可能削弱森林的长期生态韧性，并限制其提供多种生态服务的能力。因此，探索如何通过森林结构来同时维持和增强生态系统功能与生物多样性，成为当前森林管理研究的重要方向。

本研究通过分析中国六个主要森林类型中的大型森林动态样地，揭示了森林结构与生态系统功能及生物多样性之间的关系。这些样地覆盖了从冷温带针叶林到热带山地雨林的广泛生态梯度，提供了丰富的数据来源。研究团队采用多种方法，包括植被调查、土壤采样以及统计建模，评估了森林结构和环境条件对碳储存和物种丰富度的影响。研究发现，森林结构的复杂性在不同森林类型中都表现出对树木碳储存和木本植物物种丰富度的显著预测作用，而表层土壤碳储存则主要受环境因素的影响，尤其是土壤养分状况。

在分析中，研究团队发现，森林结构的多个指标，如树干直径和高度的变化、林分基面积以及树干密度，对树木碳储存和物种丰富度均具有积极影响。这些结构特征不仅能够独立地促进碳储存和生物多样性，还能在两者之间起到中介作用，增强它们的正向关联。这一发现表明，森林结构是评估生态系统功能和生物多样性的重要指标，具有可测量性和管理相关性。通过识别对管理敏感且可远程观测的结构指标，研究为监测森林多功能性以及在自然森林景观中整合生物多样性与碳储存目标提供了理论依据。

此外，研究还发现，环境因素如土壤氮、磷含量和pH值在影响表层土壤碳储存方面具有重要作用。土壤养分的可获得性与微生物活动密切相关，从而影响有机质的稳定性和碳的积累。然而，这些环境因素对树木碳储存和物种丰富度之间的关系影响较为有限，说明森林结构在这些功能之间的协调中扮演着更为关键的角色。这一结果强调了森林结构作为生态系统功能和生物多样性之间桥梁的重要性。

研究进一步指出，森林结构的复杂性有助于提高光能利用效率和资源分配效率，从而促进生物量积累和物种共存。这种结构特征在不同森林类型中的作用可能有所不同，例如在温带和亚热带森林中，树干直径和高度的变化对碳储存和物种丰富度的影响更为显著。而在冷温带针叶林中，由于物种丰富度较低和林分结构较为单一，森林结构对这些功能的影响相对较小。这表明，在不同的森林类型中，需要采取针对性的管理措施，以优化森林结构并实现碳储存与生物多样性的协同提升。

研究还探讨了森林结构与生态系统功能之间的相互作用，发现它们在不同森林类型中对碳储存和生物多样性的影响具有一定的层次性。树冠层的结构特征主要决定了树木碳储存的水平，而土壤碳储存则更多受到环境条件的制约。这种差异对于森林管理具有重要的指导意义，因为森林结构可以通过林业实践进行一定程度的调控，而土壤条件则可能需要更长时间的自然过程或人为干预才能改善。因此，在森林恢复和保护规划中，应优先考虑结构优化，同时关注土壤条件的长期变化。

研究的局限性在于，其数据主要基于观测而非实验，这意味着结果更多是相关性而非因果关系。此外，研究集中于自然森林生态系统，未涉及次生林或人工林，未来研究应扩展到更多类型的森林，以验证结构-功能关系的普遍性。同时，研究未能涵盖碳储存和生物多样性的动态变化，许多森林过程，尤其是土壤和物种互动，具有时间依赖性，因此建立能够整合时间变化的预测模型仍然是森林生态系统科学研究的重要挑战。

总体而言，本研究为森林多功能性的实现提供了新的视角，表明森林结构是连接生态系统功能与生物多样性的关键因素。通过识别不同森林类型中结构与功能之间的稳定关系，研究为森林恢复和保护策略的制定提供了科学依据。未来的研究应进一步探索结构与功能之间的机制路径，包括功能性特征、干扰历史、演替阶段以及物种相互作用等因素，以增强结构指标在生态系统监测和管理中的应用价值。在气候变化和生态退化日益加剧的背景下，关注森林结构的管理实践，有助于在维护生态完整性的同时，提升森林对人类社会的多重效益。