《Forest Science》：Alternative Silvicultural Systems Maintain Multiple Values in Tall Eucalypt Forest
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加速发育更具异质性的森林结构是当今许多森林经营制度的重要目标，然而比较不同途径以产生结构复杂性的长期营林试验十分罕见。研究人员利用20世纪80年代末在澳大利亚东南部山地桉(Eucalyptus regnans)林中建立的重复营林试验，评估了七种不同营林处理——
加速发育更具异质性的森林结构是当今许多森林经营制度的重要目标，然而比较不同途径以产生结构复杂性的长期营林试验十分罕见。研究人员利用20世纪80年代末在澳大利亚东南部山地桉(Eucalyptus regnans)林中建立的重复营林试验，评估了七种不同营林处理——皆伐(clearfelling/clearcutting)、留种木(seed tree)、三种林窗大小(0.25、0.5和2 ha)及两种冠层保留水平(30%和50%)以及未采伐对照——下数十年林分发育响应。研究人员在分布于各营林处理的53个样地中比较了一系列林分结构与组成属性、非木材价值(如固碳量、总边材面积[stand water-use的代理指标])及生境特征。试验启动30年后，出现三组处理群组：①林窗(0.25–2 ha)处理以小径级山地桉占优势、金合欢属(Acacia)更丰富、断面积(basal area)相对较低；②皆伐与留种木处理山地桉断面积中等且径级分布最均匀；③冠层保留处理拥有所有处理中最大个体树木、最大断面积及径级大小不平等性(size inequality)最高。研究结果表明，替代性营林系统可用于加速大径级树木发育与复杂森林结构形成，并能比历史上应用于山地桉林的"标准皆伐—火烧—播种"营林方案支持更广泛的森林多重价值。
论文解读：《Alternative Silvicultural Systems Maintain Multiple Values in Tall Eucalypt Forest》
研究背景与意义
在澳大利亚维多利亚州中部高地(Central Highlands of Victoria)的山地桉(Eucalyptus regnans，又称王桉)林中，长期以来采用标准皆伐(clearfelling)—火烧(slash burn)—人工播种的集约化营林制度，模拟自然灾难性火灾以更新同龄林分，旨在最大化高价值木材生产。然而这种单一系统在景观尺度上导致森林结构均质化(homogenisation)，缺失了大径级树木(large trees)、遗留结构(legacy structures)、径级多样性及垂直分层，进而影响野生动物生境(如濒危的Leadbeater's possum依赖树洞 hollow-bearing trees与Acacia灌丛)、碳封存及流域产水。自然火干扰本会产生镶嵌状的异质性格局，而单一皆伐无法复现这种自然干扰机制(natural disturbance regime)。尽管保留采伐(retention forestry / variable retention harvesting)在部分地区被提倡，但缺乏长期多处理并行的对照数据来验证其对非木材价值的长期影响。为此，研究人员利用1980年代末建立的Tanjil Bren营林系统试验项目(Silvicultural Systems Project, SSP)，在造林30年后重新调查，系统比较七种营林处理对林分结构、组成、碳生物量、边材面积指数(sapwood area index, SAI，蒸腾耗水的代理指标)及树洞生境的影响，探讨替代性营林系统能否更好地模拟自然干扰、促进结构复杂性并维持多重森林价值。该研究成果发表于《Forest Science》(注：原文刊载于Springer Nature旗下Forest Ecosystems/生态学期刊，按用户要求标注)。
主要关键技术方法
研究人员在澳大利亚维多利亚州中部高地Tanjil Bren SSP试验地(1939年黑周五Black Friday火灾后形成的约50年生山地桉次生林，海拔650–1000 m，年均降水~1900 mm)，以1988–1990年实施的七种营林处理——未采伐对照(100%保留、0 ha林窗)、冠层保留30%(~16 m2 ha?1残存断面积)与50%(~24 m2 ha?1)、留种木(5%保留)、皆伐(0%保留，6–8 ha)、小林窗(0.25 ha、0.5 ha)及中林窗(2 ha)——为对象。2019年在各处理×立地准备(火烧或机械扰动，保留与对照仅机械或无处理)组合中随机布设53个20×20 m(400 m2)样地(距处理边缘≥20 m)。测定所有活死立木DBH(胸径)>5 cm、优势木高与冠幅、树蕨高度与种属、粗木质残体(coarse woody debris, CWD)线截法、枯落物、萌生桩；计算断面积(basal area)、每公顷株数、二次平均直径(quadratic mean diameter, QMD)、基尼系数(Gini coefficient for DBH)、DBH??(每公顷最大50株平均胸径)；利用已有异速生长方程估算地上生物量(aboveground biomass, AGB，含活立木、枯立木snag乘0.77腐朽修正、树蕨、CWD)；基于维多利亚州森林资源清查数据拟合广义线性混合模型(二项分布、logit连接、plot水平随机截距)预测每株桉树产树洞概率并加和得每公顷树洞数；以边材面积指数(sapwood area index, SAI)作蒸腾耗水代理；采用线性混合效应模型(收获单元为随机效应)进行单变量差异检验，PCA(主成分分析)降维展示处理多元响应，NMDS(非度量多维标定)与PERMANOVA分析物种组成差异，Tukey法多重比较。
研究结果
Structural Metrics(结构指标)
PCA显示处理沿干扰强度梯度分化。冠层保留与对照聚类一起，具显著更大的DBH??(均值≈108 cm，约为其他处理两倍)、更高QMD与基尼系数(径级不平等性高)、最大活立木断面积(无显著差异但与对照相当，甚至略超)；径级分布呈宽偏态。小林窗与中林窗处理断面积最低、株数最高、DBH??最小，径级分布均匀偏细。皆伐与留种木处理居中，具中等断面积与最均匀的径级分布。枯立木断面积、枯落物无处理间差异。
Compositional Metrics(组成指标)
各处理下林下木本植物物种丰富度与Shannon多样性无显著差异；NMDS/PERMANOVA未检测到处理间物种组成差异(p>0.05)。对照Acacia spp.断面积显著低于所有采伐处理；Pomaderris aspera断面积各处理无差异；树蕨(Dicksonia antarctica与Cyathea australis)株数各处理相似(~27年生为主)，但对照树蕨生物量是采伐处理数倍(最高达20倍)。
Functional Metrics(功能指标)
桉树总边材面积指数(SAI，蒸散/水分利用代理)：小林窗与对照最低(~3 m2 ha?1)，皆伐与留种木最高(~8 m2 ha?1)，中林窗与保留处理介于其间。
Hollow-Bearing Trees(树洞宿主大树)
基于SFRI数据拟合山地桉树洞发生概率模型：logit(p)=?31.49+6.23×ln(DBH)，plot随机截距σ=1.1；DBH<75 cm时p<1%，~100 cm时~6%，150 cm时~50%，250 cm时~95%。应用至样地：小林窗与中林窗树洞密度极低(<1个/ha)，皆伐与留种木中等，保留处理与对照最高(因保留有大径级母树)，保留处理树洞密度可达皆伐6倍以上。
Biomass(生物量)
保留处理与对照总生物量(551–654 Mg ha?1)约为小林窗/中林窗的2–3倍，活立木生物量为对照的97%–120%、总生物量为84%–101%；保留处理采伐后30年断面积与生物量已恢复至甚至超过对照水平。树蕨生物量对照(29.7 Mg ha?1)>>50%保留(5.8 Mg ha?1)>>小林窗/皆伐(~1.2–1.4 Mg ha?1)。其余组分(枝、皮、叶、CWD)处理间无显著差异。
讨论与结论总结
研究人员指出，不同营林处理启动了不同的林分发育路径：林窗处理促进Acacia等耐阴/先锋种，桉树更新受限，适合产生早期灌丛生境但大径木与碳积累慢；皆伐/留种木产生同龄单优山地桉林分，结构均匀；冠层保留处理保留遗产大径木，加速其生长并允许新 Cohort 更新，兼具最大断面积、最高生物量、径级异质性与早期树洞生境，最接近自然火干扰后的镶嵌格局。立地准备方式(火烧vs机械)对30年后的结构组成影响不显著，机械扰动可替代再生火烧以减少烟尘与保留木灼伤风险。保留采伐系统能在数十年内恢复采伐移除的生物量，并较皆伐更早提供树洞生境与结构复杂性，有助于在景观尺度通过镶嵌应用多种营林处方(emulate natural disturbance heterogeneity)实现多重森林价值——包括碳储存、水源涵养、生物多样性生境及部分木材产出。对于Leadbeater's possum保护，单独未干扰老林(对照)因Acacia消失不再适宜，而在具现存树洞木区域造≤2 ha小林窗可促Acacia脉冲更新，在无树洞区域用保留采伐可同步促进大径木发育与Acacia萌发，景观尺度需组合不同处方形成时空镶嵌。研究结论为：Alternative silvicultural systems (gap cuts and overstorey retention) can accelerate development of large trees, structural complexity, and habitat features (e.g., hollow-bearing trees), achieve aboveground biomass and basal area comparable to unharvested controls within decades, and support a broader range of forest values than the historic clearfell–burn–sow prescription in mountain ash (Eucalyptus regnans) forests; diversifying silvicultural prescriptions across the landscape can emulate natural disturbance heterogeneity and contribute to forest restoration objectives.
