商业疏伐与林窗创建对自然更新与人工林林下群落动态的长期影响研究

推荐：为解决人工林与天然林结构差异及生态系统管理目标实现问题，研究人员在加拿大东部开展商业疏伐(CT)与林窗创建对林下群落的12年追踪研究。通过分区分裂设计比较4种疏伐强度与3种林窗大小的组合效应，发现500?m2 大林窗显著促进不耐阴物种(如Rubus idaeus)定居，而疏伐影响微弱。该研究为近自然林业经营提供关键实证，发表于《Forest Ecology and Management》。

　　

在北美东部森林管理中，人工林与天然林的结构差异长期困扰着生态学家。传统皆伐后的人工林往往形成单一龄级结构，而自然干扰（如云杉芽虫爆发）塑造的天然林则呈现异龄化特征。这种差异导致人工林生态功能退化，促使魁北克省推行"近自然林业"，试图通过模拟自然干扰的疏伐和林窗创建来弥合差距。然而，这些措施对林下植物群落的长期影响仍不明确——林下植被作为森林生物多样性的核心载体，其响应机制直接关系到管理措施的有效性。

加拿大研究人员在阿巴拉契亚山中部生态区展开了一项历时12年的创新研究。团队选取4个38-48年前皆伐后的林分（2个自然更新的香脂冷杉林和2个人工种植的白云杉林），设计四水平疏伐（无疏伐、下层疏伐、50CTs/ha和100CTs/ha）与三水平林窗（无林窗、100?m²
和500?m²
）的组合实验。通过分层采样记录40个样点的物种组成，并创新性地将群落轨迹分析(CTA)应用于垂直结构量化，从分类、功能性状和三维结构多维度评估林下响应。

研究采用分区分裂设计，在7424?m²
实验单元内设置处理组合。植被调查在2008年（处理前）及处理后1、2、12年进行，记录0-500?cm四个垂直层的物种出现率。功能性状数据来自TOPIC数据库，计算群落加权均值(CWM)和功能多样性指数(FRic/FDis)。通过主响应曲线(PRC)分析分类组成变化，线性混合效应模型检验处理效应，CTA量化垂直结构异质性。

3.1 分类组成与多样性时间动态
Hill指数(N1)显示500?m²
林窗处理下多样性先升后降，12年后仍显著高于对照。PRC分析揭示大林窗使Rubus idaeus等不耐阴物种持续优势，而 Clintonia borealis等耐阴种在无林窗区占优。值得注意的是，疏伐处理间无显著差异，表明白云杉人工林对林窗的响应强度是自然林的1.7倍。

3.2 处理后12年的性状响应
PCA分析显示人工林站点功能异质性更高，与多茎微型高位芽植物(SF_multi)和外来种相关；天然林则与深根系(RSD)和高碳氮比(C/N)性状关联。这反映人工林土壤扰动历史促进了短命杂草的定殖。

3.3 功能多样性动态
FRic在500?m²
林窗处理下随时间递增，12年达峰值。FDis分析显示天然林在无林窗区功能离散度更高，而人工林仅在大林窗中与之持平，表明土壤翻耕可能削弱了群落功能冗余。

3.4 处理后12年的结构多样性
垂直层分析显示500?m²
林窗促进人工林0-200?cm层不耐阴灌木增殖。CTA轨迹长度在人工林林窗处理中增加40%，方向性分析表明大林窗形成更直线的垂直组成梯度，证实其创造的结构复杂性可持续至少12年。

该研究证实林窗规模而非疏伐强度是驱动林下群落变化的关键因素。500?m²
林窗通过允许直射光到达地表，促进不耐阴物种建立持久群落，这种效应在经历过整地的白云杉人工林中尤为显著。研究创新性地揭示：垂直结构异质性可通过CTA方法量化，为评估森林管理效果提供新维度。实践意义上，建议在人工林中谨慎使用大林窗，避免形成以悬钩子属为主的顽固植被层；而在天然更新林分中，500?m²
林窗可作为增强结构多样性的有效手段。这些发现为平衡木材生产与生物多样性保护的近自然经营提供了重要科学依据。