特殊树木对加州海岸红杉森林管理改进的贡献

《Forest Ecology and Management》：Contributions of exceptional trees to improved management of coast redwood forests in California

海岸红杉人工林中异常树木（高、冠大、主枝粗大）对生物质和碳储存的贡献研究。通过野外测量结合UAV激光雷达和优化分段算法，建立树近似对象（TAO）生物质估算模型，验证异常树木在次生林中占比仅2-5%，但贡献9-23%的生物质及14-36%的叶量。比较显示人工林树木高度较原始林低18-73%，生物量低30-70%，但异常树木集中分布于地形凹地且靠近水道，其心材占比达55-77%。研究提出通过永久保留异常树木（最大冠积率95%分位点）并规划更新树，可在兼顾林产的同时提升碳汇与生物多样性。

　　在本研究中，我们关注的是加州三个州管理森林中的海岸红杉（*Sequoia sempervirens*）森林，以探讨其与其它红杉森林在生物量和生产力方面的差异，并评估伐木活动和红杉分布对这些森林的碳储存和生物多样性保护的影响。这些森林分别称为Jackson Demonstration State Forest（JDSF）、Soquel Demonstration State Forest（SDSF）和Las Posadas State Forest（LPSF），它们在历史上的伐木活动和管理目标上各不相同。JDSF是这三个森林中面积最大的，曾经经历了长时间的木材采伐，而SDSF和LPSF则在不同的时间点经历了不同程度的砍伐和保护措施。通过在这些森林中选取40棵红杉树，它们被分组为15个邻里区域（其中4个在JDSF，11个在SDSF），这些树的年龄从84到1343年不等，高度从49到104米不等，以研究它们的生态功能和在森林中的作用。

红杉树在自然环境中扮演着关键角色，它们不仅是生物多样性的关键栖息地，也是碳储存的重要组成部分。然而，随着人类活动的增加，尤其是大规模的木材采伐，红杉森林的生态功能受到了显著影响。在加州，红杉森林的主要分布区域已经被超过95%的次生林所取代，这导致了红杉树的生物量和生产力下降。次生林的树密度较高，但单株树的体积和高度通常较低，这可能影响了它们的生态功能和碳储存能力。

为了评估红杉森林中的生态功能和生物量，我们采用了地面测量和无人机激光雷达（UAV lidar）技术相结合的方法。通过测量红杉树的直径、高度和冠层结构，我们能够估算它们的生物量和生长率。此外，我们还利用UAV lidar数据进行冠层分割，从而创建了精确的树近似对象（Tree Approximate Objects, TAO）模型，这些模型可以用于估算生物量和分析红杉树的分布情况。研究发现，与其它地区的红杉森林相比，加州的州管理森林中的红杉树通常较小、密度较高，且生物量较低。这表明，这些森林的生态功能和碳储存能力可能受到人类活动的显著影响。

在红杉树的生长过程中，某些树的生长速度和生物量远高于其他树，这些树通常被称为“例外树”（exceptional trees）。例外树通常具有较大的冠层和异常的上部枝干，它们在森林中起到了关键的生态作用，如提供栖息地和储存碳。然而，由于这些树的生长速度和生物量较高，它们可能更容易受到人类活动的影响，尤其是在次生林中。因此，研究如何选择和保护这些例外树对于维持红杉森林的生态功能和碳储存能力至关重要。

通过结合地面测量和UAV lidar数据，我们开发了一种新的方法来估算红杉森林的生物量。这种方法能够准确地识别例外树，并评估它们对森林整体生物量和生产力的贡献。研究发现，例外树的分布与地形特征密切相关，它们通常集中在地形凹陷处，靠近排水系统。这表明，地形因素在红杉树的生长和分布中起到了重要作用，尤其是在次生林中。

此外，我们还探讨了红杉森林的管理策略，以确保例外树能够被长期保留并发挥其生态功能。这包括选择部分例外树进行永久保留，允许它们自然生长和死亡，并为它们的替代提供“招募树”（recruitment trees）。这种策略可以提高红杉森林的生物多样性保护和碳储存能力，尤其是在这些森林被管理为木材生产的情况下。同时，我们也关注了例外树在不同森林类型中的分布情况，以及它们对每公顷生物量和碳储存的影响。

研究结果表明，例外树在高生物量森林中占比较大，而在低生物量森林中则较少。这提示我们，通过保护例外树，可以提高红杉森林的生态功能和碳储存能力。然而，由于例外树的生长速度和生物量较高，它们可能更容易受到人类活动的影响，因此需要采取适当的管理措施来保护这些树。

总之，本研究通过地面测量和UAV lidar数据的结合，评估了加州三个州管理森林中的红杉森林的生物量和生产力，并探讨了例外树的分布和其对森林生态功能的影响。研究结果为红杉森林的管理和保护提供了重要的参考，特别是在平衡木材生产与生态功能方面。通过选择和保护例外树，可以提高红杉森林的生物多样性保护和碳储存能力，为未来的森林管理提供科学依据。