通过混合种植本地树种（Mytilaria laosensis和Michelia macclurei）来提高中国南部的物种多样性

《Trees, Forests and People》：Enhancing Species Diversity through Mixed Plantations of Native Tree Species Mytilaria laosensis and Michelia macclurei in Southern China: Enhancing Species Diversity through Mixed Plantations

物种组成与多样性在混交林与单一林中的差异及长期影响研究。通过对比Mytilaria laosensis和Michelia macclurei单一林与混交林的物种相似性、主成分分析及四个传统多样性指数，发现混交林在物种丰富度（SR）、香农指数（H?）方面显著优于单一林，且随着样地面积扩大呈现幂律分布特征。再生个体的地面直径（GD）与多样性指数呈负相关，GD<5cm时多样性下降最快。研究强调合理选择本土树种及混交模式对提升森林生态系统稳定性至关重要。

　　### 引言：森林种植模式与生态功能的关系

随着人类活动的加剧和全球气候变化的影响，森林的结构和类型经历了显著的变化。过去三十年间，全球范围内约有1230万公顷的天然林被改造为人工林，这一转变在一定程度上促进了木材、纸浆、能源和食品等资源的供应，从而推动了森林经济的发展。然而，人工林的建立和管理也对生态系统产生了深远的影响，包括减少生物多样性、削弱生态系统服务功能、加剧土地退化以及降低景观的生态价值。相比天然林，人工林往往缺乏物种多样性，这使得它们在面对环境变化、病虫害和极端天气事件时表现出较低的生态适应性和稳定性。因此，如何在人工林管理中提升物种多样性，已成为当前生态学研究的重要课题。

人工林的种植模式和树种选择是影响其生态功能的关键因素。混交林被认为可能在提升地下植被多样性方面发挥重要作用。混交林中种植的树种在形态特征、物候特性（如耐阴性）和生长速率等方面存在差异，这些差异有助于在垂直方向上形成不同的光照和荫蔽条件，从而创造多样化的微生境。这些微生境对多种物种的萌发、再生、存活和生长至关重要，最终可能促成半自然或接近自然的森林结构。然而，当前大多数研究主要关注人工林的地上部分，特别是所种植的树种，对地下植被的组成和多样性关注较少。此外，对于混交林是否比单一树种林更能促进物种多样性，目前尚无明确结论。

因此，本研究旨在通过分析广西南部地区种植的两种本土树种——Mytilaria laosensis 和 Michelia macclurei 的人工林，探讨混交林在促进物种多样性方面的有效性。研究假设：（1）混交林与单一树种林在超过20年的种植条件下，会形成多种物种共存的格局，且混交林与单一树种林的物种组成相似性高于单一树种林内部；（2）混交林的物种多样性高于单一树种林的平均水平；（3）再生过程是持续的，个体大小与物种多样性之间存在紧密联系。通过建立固定样地并收集数据，本研究希望为人工林的合理树种选择和种植模式提供科学依据，从而推动人工林向半自然森林结构的转变，实现生物多样性的保护与恢复。

### 材料与方法：研究区域与样地设置

本研究的实验区域位于广西南部高凤林场的界牌分站，地理坐标为东经108°21′-108°24′，北纬22°56′-24°00′。该地区属于典型的亚热带湿润气候，具有明显的雨季和旱季，年平均温度为19.3°C，年降水量约为2056毫米，主要集中在4月至9月。年蒸发量在1205至1620毫米之间，相对湿度超过80%。研究区域总面积为4718.21公顷，植被覆盖率为87.3%。地形以丘陵为主，海拔范围在60米至200米之间，主要土壤类型为红壤，次之为紫色土。土壤质地从壤土到轻黏土不等，土壤层厚度适中，具有良好的水肥保持能力。该地区以人工林为主，管理方式采用轮伐制度。主要种植的树种包括快速生长的桉树和松树克隆、Magnolia sumatrana 变种 glauca、马尾松（Cunninghamia lanceolata）、Mytilaria laosensis、Michelia macclurei 以及 Castanopsis hystrix。

为了更好地理解人工林中物种组成和多样性的驱动因素，我们在这些人工林中建立了三个固定样地，分别为140米×40米、70米×50米和70米×40米，样地的大小和形状依据小区域的实际情况进行调整。首先，利用GPS技术确定样地的大致边界，然后使用全站仪（型号NTS-372R10，南测绘仪器公司，广州）沿着等高线精确划分样地边界，并将样地划分为10米×10米的小样方。每个小样方通过全站仪记录个体树木的坐标（x, y, z），包括胸径（DBH）≥1.0厘米且高度≥0.5米的树木。分叉的树干被单独计数。最后，所有树木均被标记，并记录其高度和冠幅。对于非种植的树种，若胸径≥1.0厘米，则测量其基径（GD）；若胸径<1.0厘米但高度≥0.5米，则也测量其基径。此外，我们还记录了草本植物、藤本植物和非生物环境因子的数据。这些数据采集工作覆盖了样地内的几乎所有现存树木个体。

### 结果分析：物种组成与多样性特征

研究结果表明，混交林与单一树种林之间的物种组成相似性高于单一树种林内部的相似性。这表明混交林在一定程度上促进了物种的共存，可能有助于提升生态系统的稳定性。随着样地面积的增加，混交林、M. laosensis 纯林和 M. macclurei 纯林的物种丰富度（SR）和香农多样性指数（H?）呈现出幂律分布的趋势，而物种丰度则随面积增加呈线性增长，同时均匀度（E_H）逐渐下降。这一现象表明，随着样地范围的扩大，生态系统中的物种组成趋于稳定，但物种之间的分布不均性可能增强。

在再生层方面，M. laosensis 纯林的再生个体较为稀疏，而其他两种森林的再生个体则更为密集。再生个体的基径（GD）普遍小于5厘米，表明小树个体在人工林中占据主导地位。物种丰富度和香农指数随着GD的增加而迅速上升，随后增长放缓，最终趋近于零。然而，GD与均匀度之间的关系较为微弱。在四种传统多样性指数中，混交林的三个指数均高于M. laosensis 纯林和两种纯林的平均值。这一结果表明，混交林在促进物种多样性方面具有显著优势，可能在人工林管理中扮演重要角色。

### 讨论：混交林与单一树种林的生态影响

混交林的建立对人工林的生态功能具有深远的影响。一方面，混交林能够通过其多样化的树种结构，创造更多的微生境，从而支持更广泛的物种组成。另一方面，混交林可能通过其较高的物种多样性，增强生态系统的稳定性和抗干扰能力。然而，单一树种林在某些情况下也可能表现出一定的生态适应性，尤其是在特定的环境条件下，如土壤肥力较高或气候条件适宜时。

物种组成和多样性在人工林中受到多种因素的影响，包括种植模式、树种选择以及土壤环境等。研究发现，混交林的物种组成和多样性在一定程度上优于单一树种林，这可能与其复杂的树种结构和多样化的微生境有关。此外，混交林中的物种多样性还受到再生个体的影响，再生个体的多样性往往能够显著提升整个生态系统的多样性水平。然而，单一树种林的再生个体数量较少，且其基径普遍较小，这可能与其生长方式和环境适应性有关。

研究还发现，随着样地面积的增加，物种丰富度和香农指数呈现出不同的变化趋势。物种丰富度和香农指数在初始阶段增长迅速，随后增速减缓，最终趋于稳定。这一现象表明，随着样地范围的扩大，生态系统中的物种组成趋于成熟，但其多样性可能受到空间限制的影响。均匀度则表现出不同的变化趋势，可能受到主导物种的影响。在混交林中，均匀度较高，而在单一树种林中，均匀度较低，这可能与其树种结构和环境条件有关。

### 结论：混交林在人工林管理中的重要性

综上所述，混交林在人工林管理中具有重要的生态价值。它不仅能够促进物种的共存和多样性，还能够通过其复杂的树种结构和多样化的微生境，增强生态系统的稳定性和抗干扰能力。然而，单一树种林在某些情况下也可能表现出一定的生态优势，尤其是在特定的环境条件下。因此，人工林的管理应结合具体的生态需求和环境条件，选择合适的树种和种植模式，以实现生态效益和经济效益的平衡。

本研究的结果表明，混交林在提升物种多样性方面具有显著优势，尤其是在促进再生个体的多样性方面。因此，我们建议在人工林管理中增加混交林的比例，以实现生态系统的可持续发展。同时，研究也指出，单一树种林的物种组成和多样性存在较大差异，这表明在人工林管理中，树种选择和种植模式的优化对于提升生物多样性至关重要。未来的研究应进一步探讨混交林中不同树种的生态功能及其对物种多样性的影响机制，以期为人工林的可持续管理提供更加科学的依据。