受采矿威胁的走廊森林的植被结构与碳储量——该森林连接着印度奥里萨邦的Similipal-Satkosia老虎保护区

《Trees, Forests and People》：Vegetation structure and carbon stock of the corridor forest threatened with mining, linking the Similipal-Satkosia Tiger Reserve, Odisha, India

本研究评估了印度奥德沙锡利帕尔-萨特科西亚走廊热带森林的植被组成、生物量和碳储量，发现该区域拥有128种树木、47种灌木和56种草本植物，树密度365.47±13.96株/公顷，Shannon多样性指数2.32， Above-ground biomass（AGB）为130.5±22.9 Mg/ha，碳储量62.9±34 Mg C/ha。研究揭示该森林走廊具有高生物多样性和碳汇潜力，但面临采矿和人类活动威胁，亟需通过Wildlife Protection Act和生态敏感区（ESZ）保护机制实施可持续管理。

　　### 热带森林的生态价值与保护需求

热带森林在地球生态系统中扮演着至关重要的角色，尤其是在碳汇和应对气候变化方面。这些森林虽然只覆盖了全球陆地面积的约7%，却占据了全球森林碳储量的近68%。这种高度的碳储存能力使得热带森林成为全球碳循环中的关键组成部分。它们不仅通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，还将其储存在植物生物量和土壤有机质中。这种碳储存功能对于减缓全球变暖具有重要意义。然而，近年来由于人类活动的加剧，这些森林正面临前所未有的威胁，包括砍伐、道路建设、采矿以及基础设施扩张等。这些活动导致热带森林面积以每年0.8%至2%的速度减少，破坏了森林的生态完整性，并削弱了其作为碳汇的功能。

在印度，特别是奥里萨邦地区，热带森林的保护和可持续管理显得尤为迫切。该地区拥有重要的生物地理区域，如Similipal和Satkosia老虎保护区，它们之间的森林走廊是连接这两个生态热点的关键区域。Similipal-Satkosia走廊森林不仅具有丰富的生物多样性，还对当地生态系统服务的维持至关重要。这一区域的森林生态结构和物种组成为研究森林健康状况、生物多样性保护以及碳汇能力提供了重要参考。

### 研究背景与意义

Similipal-Satkosia走廊森林位于印度东部高止山脉，连接了Similipal和Satkosia两个重要的老虎栖息地。该地区的森林类型多样，形成了一个生态稳定的区域。然而，该区域同时也是重要的矿产带，尤其是铁矿和铬矿资源，这使得它成为采矿活动的热点区域。过去三十年，印度有约5000平方公里的森林土地被合法清除用于采矿，而仅在Singhrauli地区的煤矿开采就导致了365平方公里的密林消失。此外，奥里萨邦的森林自2001年以来经历了超过20%的损失，这与该地区采矿活动的扩张密切相关。

这种森林与矿产资源的重叠不仅威胁了生物多样性，也影响了森林的碳储存能力。热带森林的生态完整性与人类活动之间的矛盾，使得保护这些森林成为全球气候行动和生物多样性保护的关键议题。国际协议如《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）、《京都议定书》（Kyoto Protocol）以及《减少毁林和森林退化造成的排放》（REDD+）均强调了森林保护在全球气候变化中的重要性。然而，当前的挑战在于如何在发展需求和生态保护之间找到平衡，尤其是在采矿和基础设施建设等经济活动不断扩张的背景下。

### 研究方法与数据采集

本研究采用了系统的生态调查方法，以评估Similipal-Satkosia走廊森林的植被组成、树种生物量和碳储量。研究区域被划分为一个约400平方公里的森林走廊，覆盖了Similipal和Satkosia老虎保护区之间的多个森林和野生动物管理区。为了确保数据的代表性，研究团队在该区域内布置了一个2平方公里的网格，并通过分层随机抽样方法选择了137个网格进行详细调查。这些网格涵盖了不同类型的森林栖息地和不同的退化程度，从而能够全面反映该区域的生态状况。

在每个选定的网格中，研究团队布置了1公里长的样带，并在样带上设置了不同大小的圆形样方。为了确保数据的准确性，相邻样方之间的最小距离保持在200米以上。通过这种方式，研究人员能够获取关于植被结构和物种组成的详细信息。此外，为了评估幼树和幼苗的再生能力，研究团队在树种样方内设置了5米半径的样方，以统计灌木和草本植物的分布情况。通过对所有样方的数据进行分析，研究人员能够计算出不同树种的频率、密度和优势值，并据此评估其生态重要性。

在生物量和碳储量的估算中，研究团队采用了基于实地测量和遥感数据的方法。他们使用了特定树种的体积方程，并结合木材比重计算了生物量。为了提高估算的准确性，还采用了遥感技术，如Sentinel-2光学遥感数据，来评估植被覆盖度。通过计算归一化植被指数（NDVI），研究人员能够进一步分析植被结构与生物量之间的关系，并通过线性回归模型评估其空间分布特征。这种方法不仅提高了数据的可靠性，也为后续的生态评估提供了重要的技术支持。

### 研究结果与分析

研究结果显示，Similipal-Satkosia走廊森林拥有丰富的树种组成，共记录了128种树种，涵盖99个属和42个科。其中，豆科（Fabaceae）、桑科（Moraceae）和茜草科（Rubiaceae）是主要的树种科，它们在该地区的分布较为广泛，反映了这些科植物的生态适应性。尽管树种多样性较高，但森林群落的结构呈现出明显的偏向性，其中三个树种——Shorea robusta、Terminalia elliptica和Buchanania lanzan——占据了总树密度的56%以上。这可能与这些树种的生态适应性、再生能力以及对人为干扰的耐受性有关。

在植被结构方面，北部和东部的网格显示出较高的物种丰富度和密度，而南部和东部的退化森林则表现出较低的生物多样性。这种分布模式表明，森林的结构复杂性和物种组成受到人为干扰的显著影响。此外，幼树和幼苗的密度（2980.36 ± 113.8个/公顷）远高于成年树木，这表明该区域的森林具有良好的再生能力。然而，仅有45%的树种表现出良好的再生状态，这提醒我们，即使在某些区域，森林的长期稳定性仍面临挑战。

在灌木和草本植物的组成方面，研究团队记录了47种灌木和56种草本植物。灌木的密度和多样性分别为808.78 ± 30.9个/公顷和2.42，显示出该区域的植被结构较为复杂。而草本植物则以豆科和锦葵科为主，表明这些植物在该区域的适应性较强。值得注意的是，研究团队还发现，NDVI与生物量之间存在一定的关联性，尽管其相关性系数较低（r2=0.29），但这种关系仍提供了有价值的生态信息。

### 生物多样性与碳储量的关系

本研究进一步探讨了生物多样性与碳储量之间的关系。通过分析物种丰富度、密度和生物量之间的相关性，研究团队发现，物种丰富度与生物量之间存在显著的正相关（r2=0.56，p<0.005），而物种丰富度与树木密度之间的相关性更为紧密（r2=0.82，p<0.005）。这些结果表明，生物多样性不仅影响森林的生态功能，还与碳储存能力密切相关。因此，保护生物多样性是维持森林碳汇功能的关键。

此外，研究团队还发现，不同类型的森林对碳储量的贡献存在差异。混合森林的碳储量最高，达到了71.1 ± 16.3 Mg C/ha，而退化的森林区域则表现出较低的碳储量。这说明，森林的完整性对碳储存能力具有重要影响。因此，在保护森林时，不仅要关注其面积，还要关注其生态结构的完整性。

### 人类活动对森林的影响

本研究还分析了人类活动对森林生态的影响。五个主要的人类干扰变量——树木砍伐、树木修剪、步道密度、人类活动和牲畜活动——在137个网格中表现出较大的空间差异。其中，树木修剪显示出与物种丰富度的显著负相关（r=-0.194，p=0.024），而树木砍伐、步道密度、人类活动和牲畜活动则与物种丰富度的相关性不显著，但表现出一定的负趋势。这些结果表明，树木修剪对森林生态的影响更为直接，而其他干扰因素的影响可能较为间接。

通过非度量多维尺度分析（NMDS）和主成分分析（PCA），研究团队进一步揭示了人类活动对森林群落结构的影响。NMDS结果显示，森林群落的组成在不同干扰程度下呈现出明显的梯度变化，而PCA分析则表明，主要的干扰变量能够解释森林群落结构的大部分变化。这些分析方法不仅帮助研究人员识别了关键的干扰因素，还为制定有效的森林保护策略提供了科学依据。

### 保护与管理的建议

鉴于Similipal-Satkosia走廊森林在生物多样性保护和碳储存中的重要性，研究团队提出了多项保护与管理建议。首先，应加强对该区域的法律保护，将其纳入《野生动物保护法》（1972年）和生态敏感区（ESZs）的保护框架中。这将有助于减少采矿和其他人类活动对该区域的破坏，确保其生态功能的持续性。

其次，研究团队建议采用社区参与式管理策略，如联合森林管理（JFM），以促进当地社区与森林保护之间的协调发展。这种模式不仅能够提高森林的保护效果，还能为当地居民提供可持续的生计来源。此外，生态旅游、非木材林产品（NTFP）采集以及生态服务补偿机制等措施，也可以有效缓解森林保护与经济发展之间的矛盾。

最后，研究团队强调，未来的研究应进一步探索高精度遥感技术，如LiDAR和合成孔径雷达（SAR），以提高生物量估算的准确性。这些技术能够更全面地反映森林的结构特征，从而为森林管理提供更科学的数据支持。同时，应加强政策制定和实施，确保森林保护措施能够有效应对日益加剧的人类活动压力。

### 研究结论与展望

本研究揭示了Similipal-Satkosia走廊森林在生态和碳储存方面的双重重要性。该区域不仅具有较高的树种多样性，还表现出良好的再生能力，这使其成为保护濒危物种和维持生态系统服务的关键区域。然而，持续的采矿活动和基础设施扩张对该区域的森林生态构成了严重威胁，可能导致森林连通性的破坏和生物多样性的丧失。

因此，研究团队呼吁采取更加严格的保护措施，以确保该区域的生态完整性。这包括将该走廊森林纳入受保护区域网络，以及加强法律框架对其的保护。同时，应推动社区参与式管理，以实现生态保护与可持续发展的平衡。未来的研究应进一步关注生物量和碳储量的动态变化，以及人类活动对森林生态系统长期影响的机制，从而为制定更有效的保护策略提供科学依据。