半干旱松林疏伐与禁牧对林下植被的长期促进效应及其生态服务功能

为解决半干旱地区森林管理对林下植被的影响机制问题，以色列魏茨曼科学研究所团队通过14年野外控制实验，研究了疏伐强度(300/200/100 trees ha-1)与禁牧对灌木盖度和草本生物量的影响。研究发现67%疏伐使草本生物量翻倍至~10 kg ha-1，灌木盖度提升至~4%，且降水滞后效应显著。该研究首次证实半干旱森林疏伐可持久促进原生植被恢复，为干旱区森林多功能管理提供科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，半干旱地区的森林管理面临独特挑战。这些地区原本以灌木和草本为主的自然植被，在人工造林后常因冠层遮蔽导致林下植被衰退，进而影响生物多样性和生态系统服务功能。虽然温带和热带森林研究已证实疏伐能促进林下植被恢复，但半干旱松林中这一机制是否适用仍属未知。更棘手的是，干旱区水资源本就有限，疏伐后土壤微环境变化可能进一步加剧水分胁迫。这种"疏伐悖论"——即理论上应促进植被恢复的管理措施，在干旱条件下可能适得其反——成为困扰生态学家的难题。

以色列魏茨曼科学研究所的Stav Livne-Luzon团队在《Forestry: An International Journal of Forest Research》发表的研究，通过长达12年的野外实验给出了答案。他们在以色列Yatir森林（年均降水280 mm）建立了21个0.5公顷实验样地，设置3种疏伐强度（保留300/200/100 trees ha^-1）和分半禁牧处理，采用标准化采样法监测灌木盖度和草本生物量动态，结合混合效应模型分析环境因子影响。

关键技术包括：1）建立长期控制实验平台（LTER网络站点）；2）分层随机采样（灌木采用30×4 m样带，草本采用20×20 cm样方）；3）树木年轮生长监测（D1型胸径带）；4）基于物种特异性异速生长方程的生物量换算；5）考虑时间自相关的ARMA(1,0)模型分析。

研究结果

疏伐与禁牧对森林灌木和草本的影响
数据显示，尽管2009年疏伐初期因机械干扰导致灌木盖度短暂下降，但到2015年已恢复至基线水平。最显著的变化发生在67%疏伐（100 trees ha^-1）样地，灌木盖度从~2%升至~4%，草本生物量从~5 kg ha^-1倍增到~10 kg ha^-1。有趣的是，未疏伐对照样地的草本也呈现密度依赖性增长，说明草本响应主要受资源可利用性驱动，而非疏伐行为本身。

年降水量对林下植被的影响
统计分析揭示出降水响应的非对称性：灌木对当年降水无显著响应，而草本生物量与上年降水呈显著正相关（P=0.006）。这种滞后效应可能与种子库动态有关——丰水年积累的种子资源可在次年集中萌发。在极端干旱年（降水<200 mm），灌木盖度可降至0.5%以下，凸显水分限制的关键作用。

半干旱松林的生物量分配格局
通过异速生长方程将各功能型生物量统一量化发现：乔木生物量（19,069-76,402 kg ha^-1）占绝对优势，灌木（86-290 kg ha^-1）是草本的20倍。但在67%疏伐样地，灌木和草本合计可贡献总生物量的8‰-11‰，显著高于未疏伐样地的1‰-4‰。这种结构性变化使森林更接近原生灌丛的组成特征。

讨论与意义
该研究突破了"疏伐悖论"的认知局限，证明即使在年降水280 mm的极端条件下，适度疏伐仍能通过改善光资源获取促进林下植被恢复。但值得注意的是，12年后灌木盖度（4%）仍仅为周边自然灌丛（19%）的1/4，暗示生态恢复存在上限。研究还修正了传统认知：1）禁牧效应不显著可能源于补偿性生长机制；2）灌木-草本关系呈现动态平衡，在连续丰水年表现为竞争，在干旱年转为中性。

这项工作的科学价值在于：首次量化了半干旱森林疏伐的长期生态效应，为联合国生态系统恢复十年（2021-2030）计划提供了实证案例。实践层面，研究建议将疏伐强度控制在67%以内，既可维持乔木碳汇功能，又能促进林下生物多样性，实现"碳储-多样性"协同增效。未来研究需关注气候变化下这种平衡的可持续性，特别是干旱频率增加可能导致的系统转型风险。