加拿大东部森林输电廊道植被功能多样性

《Environmental and Sustainability Indicators》:Vegetation functional diversity along power line rights-of-way in eastern Canadian forests

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月06日 来源:Environmental and Sustainability Indicators 5.5

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  在森林区域,输电权利带(right-of-way, ROW)改变了局地环境条件,形成三种植被带:廊道(corridor)、林缘(forest edge)与邻接森林(adjacent forest)。由于廊道定期实施植被维护以抑制乔木生长,其对植被功能多样性(f

  
在森林区域,输电权利带(right-of-way, ROW)改变了局地环境条件,形成三种植被带:廊道(corridor)、林缘(forest edge)与邻接森林(adjacent forest)。由于廊道定期实施植被维护以抑制乔木生长,其对植被功能多样性(functional diversity)的影响仍知之甚少。研究人员在加拿大魁北克省一条南北延伸约750 km的气候梯度上布设18个样点,调查了草本(forbs)、灌木(shrubs)与乔木(trees)的丰度与盖度,并基于反映生态策略、传粉者生境适宜性与生态系统功能的功能性状,分别计算各植被层与各位置的功能丰富度(functional richness, FRic)、功能离散度(functional divergence)、功能均匀度(functional evenness, FEve)与功能分散度(functional dispersion, FDis),以及香农-威弗指数(Shannon Weaver index)。线性混合效应模型(linear mixed-effects models)用于评估相对于ROW的位置、廊道特征、土壤变量与气候对各多样性指数的影响。结果显示,相对于ROW的位置是植被功能多样性的主要驱动因子,在15个模型中显著影响了8个,最强模型解释变异的52%,边际R2中位数为0.33;相比之下廊道特征影响较弱。灌木功能多样性在廊道中持续低于林缘与邻接森林,而林缘与邻接森林相近;草本群落响应主要受气候与位置交互作用驱动,乔木功能多样性响应较少。总体而言,输电ROW主要改变了林下植被的功能多样性,而林缘保留了与邻接森林可比的功能多样群落。上述发现增进了对广泛环境梯度下ROW管理植被响应的理解。
研究背景方面,全球电力需求增速达总体能源需求的两倍,输电网络不断扩张,线性基础设施在森林生态系统中常导致生境丧失与破碎化,但输电廊道(ROW)也被认为可支持多样植物群落并为传粉者等提供觅食与栖息生境。已有北美研究多依赖物种丰富度与盖度等分类学指标,对功能性状与功能多样性(functional diversity)关注不足;欧洲与美东北温带森林虽有涉及,但针对加拿大东部寒温带与北方混合林等大气候梯度下的实证稀少。ROW定期机械清理(4至10年周期,偶用选择性除草剂)改变光、土壤水分及演替动态,但位置效应、廊道属性(宽度、安装年限、维护间隔)与环境因子如何分层驱动草本、灌木、乔木三层功能多样性仍不清楚。为此,研究人员在魁北克水电输电网格覆盖的森林高地布点,比较廊道、林缘(距廊道边缘约20 m)与对照森林(距廊道约60 m)三层植被功能多样性,并量化ROW管理、廊道属性及气候土壤的作用。
主要技术方法上,研究人员在魁北克四生物气候域(云杉-苔藓、香脂冷杉-白桦、香脂冷杉-黄桦、糖枫-黄桦)沿750 km南北梯度选18个高地矿质土样点,每点垂直ROW布7个半径11.28 m圆形样圆(廊道3、林缘2、对照2);乔木层计胸径>9 cm个体,灌木层用半径3.99 m子样圆,草本层用1 m2小样方估盖度。融合TOPIC与TRY数据库获取比叶面积(specific leaf area, SLA)、株高、叶持久性、花色、花序型、花期等连续与分类性状,以Gower距离(Cailliez校正)构建功能空间,借FD包计算FRic、FEve、FDis、Rao二次熵(RQE)及香农-威弗指数。线性混合效应模型以生物气候域为随机截距、站点嵌套其中,固定项含ROW位置、廊道宽、安装年、海拔、维护间隔、干预类型、地形湿润指数、>5℃积温、季节降水、黏粒粉粒含量及位置×环境交互,用emmeans做事后比较。
研究结果部分,引言指出ROW管理创造早期演替开放生境,假设草本功能多样性廊道最高、ROW特征与环境驱动显著。方法节确定取样设计与性状选择依据。2.1研究样点表明样点跨越北纬45°34′至52°11′、海拔17–812 m,年均温4.6至?1.6℃、>5℃积温955–1738、季节降水430–639 mm。2.2功能性状选择列出SLA、高度、叶持久性、花色、花序、花期六类并关联生态策略与传粉服务。2.3功能多样性指数定义FRic为性状空间凸包体积,FEve为丰度在性状空间分布均匀性,FDis为物种至 centroid 加权距离,RQE兼顾丰度与功能差。2.4统计分析通过线性混合模型发现ROW位置在15模型中显著8个,最强边际R2 0.52、中位0.33;灌木FRic/FDis/FEve廊道最低且林缘≈对照,草本受位置×积温/降水交互显著,乔木因廊道无树仅比林缘与对照且差异小。
讨论与结论翻译:输电ROW相对于邻接森林的位置而非廊道自身属性,是加拿大东部森林草本与灌木功能多样性的主导驱动;廊道定期清理压缩灌木功能性状空间,但林缘在演替短暂窗口保留近内部林功能结构,草本响应由气候与干扰位置共同塑造,乔木层对ROW位置不敏感。研究将分类学视角推进至基于性状的过程理解,表明ROW作为新型生境其生态价值随纬度与管理周期变化,未来集成植被管理应在保障防火弧安全下,利用林缘缓冲与维护间隔调控维持传粉者花卉资源与时间连续性。该文发表于《Environmental and Sustainability Indicators》。
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