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本文是关于北美花旗松(Douglas-fir)对欧洲森林生物多样性影响的综述。通过系统回顾文献,发现多数研究显示其影响不显著,但由于研究稀缺,难以定论。还指出研究存在的知识空白,对森林管理和未来研究有重要参考意义。
1. 引言
气候变化给林业带来巨大挑战,气温上升、降水模式改变,威胁现有树种生存,增加经济损失风险,如挪威云杉(Picea abies)受干旱和树皮甲虫侵害严重。为增强森林对气候变化的适应力,将单一树种林转变为混交林成为策略之一,同时考虑引入耐旱、速生的非本土软木树种,北美花旗松(Pseudotsuga menziesii)因较高耐旱性和经济价值受到关注。然而,非本土树种可能影响本土生物多样性,目前关于花旗松对欧洲森林生物多样性影响的研究较少。本文旨在综述花旗松对欧洲森林生物多样性的影响,探讨其潜在机制,找出知识空白。
2. 欧洲花旗松的分布与造林
花旗松于 1826 - 1828 年引入欧洲,二战后广泛种植,成为重要的造林树种。在欧洲种植的主要是沿海变种,法国和德国的花旗松森林面积占欧洲总面积的 75% 以上。欧洲对花旗松的管理多为同龄林,常采用皆伐或渐伐系统。混交林(如欧洲山毛榉与花旗松混交)比纯林更具经济优势,但山毛榉会抑制花旗松生长,需要针对性管理。
3. 花旗松对欧洲生物多样性影响的系统综述
为评估花旗松对本土生物多样性的影响,进行了系统综述。采用 PICO 框架,在 Web of Science 和 Scopus 数据库搜索相关文献,并用引文搜索补充,最终筛选出 32 篇相关研究。研究设计分为树尺度、林分尺度和景观尺度,分别研究不同尺度下生物多样性的变化。
4. 结果与讨论
4.1 测量花旗松对本土生物多样性影响的研究设计
研究分析生物多样性的尺度包括树尺度、林分尺度和景观尺度。树尺度研究关注单棵树上生物多样性;林分尺度研究对比不同林分类型(纯花旗松林、纯本土树种林、混交林等)的生物多样性;景观尺度研究则评估区域内花旗松对整体生物多样性的影响,但相关研究较少。
4.2 花旗松引入后的总体及分类群特异性响应
从 32 项研究中提取了 1936 个花旗松对生物多样性的影响数据。多数研究聚焦于一个分类群,节肢动物是研究最多的类群。总体上,78.6% 的影响不显著,12% 为正面影响,9.4% 为负面影响。不同分类群受影响程度不同,节肢动物研究最多,其在不同尺度和森林层次的响应也有所差异,如树冠层和树干层的响应不同,林分尺度下不同环境层的响应也不同。
4.3 驱动花旗松影响生物多样性的机制
花旗松影响生物多样性的机制包括非生物因素(如土壤性质、光照条件改变)、生物因素(如植物或猎物群落相互作用、食物网动态变化)和调节因素(如季节变化、林分结构、森林管理实践)。这些因素相互作用,影响地上和地下生物多样性。
- 4.3.1 地上生物多样性
- 鸟类:纯花旗松林鸟的数量和活动较低,可能因食物资源有限。微栖息地等非生物因素对鸟类种群很重要,不同树种林分的结构差异影响鸟类多样性和丰度。季节和森林管理等调节因素也会影响鸟类群落,如冬季花旗松林猎物减少,合理的森林管理可减轻对鸟类的负面影响。
- 节肢动物:花旗松通过多种机制影响节肢动物群落动态。非生物因素如微栖息地可用性、凋落物覆盖和冠层郁闭度,生物因素如食物可用性都起作用。例如,花旗松上树栖蜘蛛多样性较高,而其树干上节肢动物多样性低于云杉。随着花旗松成熟,其树皮结构变化为物种提供栖息地。地面节肢动物受花旗松凋落物等因素影响,同时食物可用性影响节肢动物群落结构。季节和森林管理等调节因素也很重要,如冬季花旗松冠层节肢动物密度降低,合理的森林管理可提高冠层节肢动物多样性。
- 植物:将花旗松引入欧洲山毛榉林会导致植物物种组成变化,耐氮和杂草类物种增加,同时影响光需求不同的植物。林分年龄、间伐实践和立地条件影响冠层 openness,进而影响植物多样性。合理的森林管理可调节花旗松对植物多样性的影响。
- 4.3.2 地下生物多样性
- 花旗松影响地下生物多样性,包括土壤动物、真菌和微生物。非生物因素如土壤或凋落物特征起重要作用,例如花旗松凋落物分解快,影响土壤真菌群落。地下生物量和根系分泌物等生物因素也影响真菌群落,林分年龄可能是调节因素。土壤动物在花旗松下活动较低,可能与凋落物层特征和土壤湿度有关。土壤微生物群落受养分可用性影响,在养分贫瘠的立地,花旗松下土壤微生物呼吸速率和生物量较低。
4.4 知识空白与未来研究
目前研究存在诸多知识空白。许多分类群未被研究,如蝙蝠;部分分类群研究较少,如土壤微生物。花旗松影响生物多样性的机制大多未被测试,森林管理实践对其影响也需深入研究。此外,花旗松在本土森林中的临界比例以及物种丰富度是否是评估其生态影响的充分指标都有待明确。未来研究应涵盖更多分类群,设计长期实验,研究调节因素,确定花旗松的临界比例,并考虑功能多样性等指标。
4.5 本研究的局限性
本研究采用的系统综述方法存在局限性,“投票计数” 法统计属性差,易产生偏差。由于样本量小,无法进行元分析。此外,花旗松的自然再生、归化和入侵性等方面未在本研究中涉及,但对全面了解其生态影响很重要。
5. 结论
目前关于花旗松对欧洲森林生物多样性影响的研究较少,多数研究结果不显著,难以得出明确结论。未来研究需涵盖更多分类群,关注调节因素,研究不同比例花旗松对生物多样性的影响,确定影响阈值,为森林管理提供科学依据,指导花旗松在混交林生态系统中的合理应用。