基于性状的物种选择用于生态恢复：以蕨类植物为主的热带景观案例研究

《Journal of Applied Ecology》：Trait-based species selection for restoration: A case study from tropical landscapes dominated by bracken

本研究通过种子添加实验，分析热带火灾后蕨类主导地区23种树苗的功能性状，发现种子大小、叶性状和传播者对幼苗建立、存活和生长至关重要。尽管老林中常见物种可能不适应扰动环境，但基于性状的预测模型有效指导了恢复物种选择。

　　在热带地区，森林砍伐和火灾等人类活动是导致生态系统退化和生物多样性丧失的主要因素之一。特别是在火灾后，许多地区被非森林植被，如蕨类植物中的“蕨类属”（*Pteridium* spp.）所占据，这些植物会抑制其他树种的自然恢复过程，从而阻碍森林的次生演替。为了有效恢复这些退化区域的森林生态系统，研究人员开发了一种基于功能特征的策略，用于指导生态修复项目的物种选择，并在玻利维亚的高山森林中进行了验证。

### 一、研究背景与意义

森林砍伐不仅改变了景观结构，还影响了生态系统的稳定性和生物多样性。在火灾后的退化环境中，*Pteridium* spp.往往形成一层厚厚的枯叶和腐殖质，遮挡阳光，限制其他植物的生长。此外，*Pteridium* spp.还产生多种次生代谢产物，这些物质具有毒性和致癌性，对动物和人类健康构成威胁。因此，恢复这些退化区域的森林，需要针对性的生态修复策略。

传统的生态修复方法通常依赖于参考森林中的物种丰度，认为那些在原始森林中常见的物种更容易适应退化环境。然而，这种方法可能并不总是有效，因为退化环境中的生态条件与原始森林存在显著差异。例如，许多树种在退化区域的种子传播受限，且在这些环境中难以成功建立种群。因此，有必要探索更有效的物种选择方法，以提高修复项目的成功率。

### 二、研究方法与实验设计

研究人员在玻利维亚的高山森林中选择了23种常见的树种，进行了种子添加实验，以评估其在*Pteridium* spp.主导的退化区域中的幼苗建立、存活和生长情况。实验区域位于Chulumani村附近，海拔在1850至2300米之间，该地区的森林因火灾而退化，形成了以*Pteridium esculentum* subsp. *arachnoideum*为主的植被。为了模拟自然种子传播过程，研究人员将种子直接撒播在实验区域，并定期监测幼苗的生长情况。

在实验过程中，研究人员还测量了这些树种的多种功能特征，包括最大树高、叶面积、比叶面积（SLA）、叶干物质含量（LDMC）、茎比密度（SSD）、种子大小和传播方式。这些特征被用来构建预测模型，以评估哪些物种更有可能在*Pteridium* spp.主导的退化环境中成功建立种群。

为了进一步验证这些功能特征对幼苗性能的预测能力，研究人员还分析了未种植的物种，并利用这些数据预测它们在退化区域的恢复潜力。此外，他们还研究了原始森林中物种的丰度是否能够有效预测其在退化区域的幼苗表现。

### 三、研究结果与发现

实验结果显示，有六个功能特征显著影响了树种在*Pteridium* spp.主导区域的幼苗表现。其中，种子传播方式、种子大小和最大树高是最重要的预测因子。具体而言，鸟类传播的种子更容易在退化区域成功建立，而种子较大的树种则表现出更高的存活率和生长速率。此外，幼苗阶段的比叶面积（SLA）和叶干物质含量（LDMC）也与幼苗的生长表现密切相关。

值得注意的是，尽管在原始森林中某些物种较为常见，但它们在退化区域的幼苗表现并不理想。这表明，物种的丰度并不能直接作为选择修复物种的依据。研究人员还发现，虽然成年植物的功能特征在一定程度上能够预测幼苗的性能，但幼苗自身的特征在预测能力上更为精确。例如，成年植物的叶面积、SLA和LDMC等特征与幼苗的性能具有较高的相关性，而幼苗的这些特征在预测其生长和存活方面表现出更强的解释力。

### 四、讨论与应用前景

研究结果表明，基于功能特征的方法在指导生态修复项目方面具有显著优势。特别是，鸟类传播的、种子较大的、成年树高较低的物种更有可能在*Pteridium* spp.主导的退化区域中成功恢复。这为生态修复项目提供了科学依据，使修复者能够根据特定的生态条件选择最适合的物种。

此外，研究还指出，成年植物的功能特征在某些情况下可以作为幼苗性能的预测工具，但它们的预测能力仍受限于环境条件的变化。因此，在生态修复过程中，应优先考虑幼苗阶段的功能特征，以更准确地评估物种的适应性。

为了促进森林恢复，研究人员建议在退化区域引入人工的鸟栖木，以增强种子传播的机会。同时，应结合直接的种子添加和幼苗移植，以提高幼苗的存活率。这些措施有助于打破*Pteridium* spp.对森林恢复的限制，同时也能增强生态系统的多样性和稳定性。

### 五、研究的局限性与未来方向

尽管研究取得了一定的成果，但仍然存在一些局限性。例如，实验仅限于特定的退化区域，未来需要在更广泛的热带地区进行验证。此外，研究主要关注了种子传播方式、种子大小和成年树高等特征，但其他潜在的功能特征，如幼苗的形态特征和营养储备，也可能对恢复潜力产生重要影响。因此，未来的研究可以进一步探索这些特征的作用，以更全面地指导生态修复项目。

同时，研究还指出，持续清除*Pteridium* spp.可能并不经济，且容易导致生态系统的进一步退化。因此，生态修复应更注重选择能够适应*Pteridium* spp.环境的物种，而不是试图完全清除这种植物。这为未来的修复策略提供了新的思路，即在不影响生态平衡的前提下，利用适应性强的物种促进森林恢复。

### 六、结论与建议

本研究为热带地区生态修复提供了重要的理论支持和实践指导。通过分析种子传播方式、种子大小和成年树高等功能特征，研究人员能够更有效地预测哪些物种在退化区域中具有更高的恢复潜力。这不仅有助于优化修复项目的设计，还能提高修复工作的效率和成功率。

对于实际应用，建议在修复过程中优先考虑鸟类传播的、种子较大的、成年树高较低的物种。同时，应结合环境条件，如土壤肥力和光照强度，选择最适合的物种组合。此外，引入人工的鸟栖木和促进种子传播，可以显著提高修复效果。

总之，基于功能特征的生态修复方法为应对热带地区森林退化问题提供了一种科学、有效的解决方案。这种方法不仅能够提高修复项目的成功率，还能促进生态系统的长期稳定性和生物多样性。未来的研究和实践应进一步推广这一方法，以实现更广泛的森林恢复目标。