《Global Change Biology》：How Mixed Are Production-Oriented Planted Forests? A Global Review and Classification Approach
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混交人工林(MPF)日益被认为是协调森林生产力与生物多样性保护及生态系统服务（如气候适应与减缓）的潜在途径。它们可以通过多种方式实现混交，但缺乏标准化的程序来比较混合程度，阻碍了对其潜在效益的探索，使得“混交”一词过于笼统，无法支持研究间的有意义的比较或知情的
混交人工林(MPF)日益被认为是协调森林生产力与生物多样性保护及生态系统服务（如气候适应与减缓）的潜在途径。它们可以通过多种方式实现混交，但缺乏标准化的程序来比较混合程度，阻碍了对其潜在效益的探索，使得“混交”一词过于笼统，无法支持研究间的有意义的比较或知情的决策。本研究旨在(i)对以生产为目的建立的MPF（即排除以生物多样性为导向的森林）的特征进行全球文献综述，以及(ii)开发一个根据混合程度对生产导向型人工林进行分类的指数。研究人员系统筛查了文献，筛选出涵盖253个MPF林分的153项研究，并从中提取了与物种组成（如物种数量、遗传多样性、物种起源、功能组成）和结构/空间设计（如空间分布、年龄异质性、林下自然更新）相关的10项准则，获取了管理实践的详细信息。研究人员提出一种基于PROMETHEE II排序方法的多准则决策分析(MCDA)指数，用于按混合程度（标度为0–1范围）对MPF进行分类。该MPF多样性指数可作为基于多个指标相对优势的MPF设计分类工具。结果显示，全球大多数已发表的MPF在多样性梯度上处于低至中等位置（指数平均值=0.48），表明即使在有意多样化的生产导向型人工林中，也存在多样性差距。所提出的指数为MPF设计提供了透明且可比较的分类，通过强调多样性相关设计属性的差异，可支持政策和管理决策。
1 Introduction（引言）
混交人工林(MPF)在同一林分内组合多种树种，被视为增强商业林业系统应对气候变化韧性的基于自然的解决方案，同时可为生物多样性和生态系统服务提供协同效益。然而，MPF在增强韧性、碳储存、生物多样性保护等方面的能力受其混合水平影响。由于缺乏标准化的混合程度量化方法，不同研究间的比较及可靠评估受到限制。尽管MPF目前在全球人工林中占比很小，但随着全球木材需求预计到2050年增长50%，以及国际恢复退化森林景观的承诺，MPF作为平衡生产和保护目标的策略日益受到重视。当前将MPF简单定义为“两个及以上树种”的二元分类可能忽略重要的设计差异，例如两亲缘种按行种植与十物种结构化多样林分的生态系统服务差异显著。因此，本研究旨在：(i)对以生产为目的的MPF进行全球文献综述，涵盖商业和实验系统；(ii)基于综述，整合空间、时间、组成和管理属性，开发一个用于对生产性MPF混合程度进行分类的指数。
2 Materials and Methods（材料与方法）
2.1 Literature Review（文献综述）
研究人员在Web of Science平台以“mixed tree planting”“intercropping”“mixed plantation”等英文关键词进行检索，限定研究文章，共获得2646条结果。通过阅读标题和摘要，排除了温室/盆栽实验、非用材树种、非生产性用途（如城市绿化、林牧系统、恢复导向）以及无法明确是否用于生产的文献。时间范围限定为2004–2024年，仅纳入英文文献以保证可行性。初步筛选得到388篇论文，进一步分析后，排除缺乏林分基本信息的研究，最终纳入153篇论文，对应253个MPF林分。对于每篇文章，提取了包括研究主题、地理位置、气候带、林分密度、立地质量、主要目的、种植面积、株行距、实验或商业设计、主要树种数量、各树种比例、树种来源（乡土/外来）、遗传多样性水平、针叶/阔叶类型、固氮树种存在与否、林下管理措施等信息。部分缺失信息从支持材料和官方项目网站补充。
2.2 MPF Diversity Index（MPF多样性指数）
指数初始候选指标基于文献中公认与森林韧性、生产力和生态系统服务相关的、可测量的设计属性，选取了10个指标，分为物种组成和结构/空间设计两类。物种组成包括：物种数量（≥2种）、遗传多样性水平（按分类学距离分3级）、固氮树种存在与否、物种起源（仅外来、外来+乡土、仅乡土）、主要目的数量、功能组成（按气候区分不同标准）；结构/空间设计包括：空间分布（斑块/边缘、行状、随机混交）、各树种比例（等比例与否）、同龄管理（同龄/异龄）、林下自然更新（保留/抑制）。所有指标均为值越高代表多样性越好。
2.3 Construction of the Diversity Index Using Multi-Criteria Decision Analysis（基于多准则决策分析的多样性指数构建）
为将异质性的指标整合为单一比较指标，采用PROMETHEE II排序方法的多准则决策分析(MCDA)框架。对二值指标使用I型（通常）偏好函数，对顺序和连续指标使用V型（线性）函数。无差异阈值设为0，偏好阈值设为各指标经验全距。所有指标权重相等（各1/10）。敏感性分析对比了不同的权重方案（按类别等权、基于生态重要性加权），结果稳健（Spearman's ρ≥0.975）。对每个林分计算正排序流(φ+)和负排序流(φ?)，MPF多样性指数定义为净排序流φ=φ+?φ?，值越高表示林分在多个多样性维度上优于其他林分。使用最小-最大归一化将值映射到0–1范围；并基于(φ+，φ?)坐标进行层次聚类（Ward法），按可解释性保留低、中、高三个多样性等级。
2.4 Identification of the Most Influent Criteria: Action Profile and GAIA Plan（最有影响力指标的识别：行动剖面和GAIA平面）
为识别最具区分力的指标，计算了行动剖面（Action Profile），显示各多样性等级内每个指标的平均归一化值，其中高和低等级差异最大的指标被认为最具区分力。补充计算了GAIA平面（一种主成分分析），将林分和指标投影到二维平面，向量越长表示其对整体排序的影响越强。二者互补：行动剖面揭示各等级间的差异维度，GAIA平面识别对整体排序影响最大的指标。
3 Results（结果）
3.1 Literature Review（文献综述）
欧洲的MPF研究数量最多，尤其是西欧的阔叶-针叶混交林，其次为亚洲（主要在中国）。非洲和全球寒带地区的研究稀缺。尽管预期热带地区研究更多，但研究主要集中于温带气候区。按国家看，中国的研究数量最多，随后为德国、美国和巴西。最常见的树种为垂枝桦、欧洲云杉和欧洲赤松；最常见的属为松属、桦属、栎属和桉属。253个林分中，85.4%为实验设计，14.6%为商业设计。
3.2 Distribution of the MPF Index Based on PROMETHEE（基于PROMETHEE的MPF指数分布）
分析发现，67%的MPF林分仅包含两个树种，三个及以上树种的林分较少。仅12%的林分的管理措施保留林下自生树种（即未通过机械或化学除草系统抑制自然更新）。PROMETHEE II多准则分析得到每个林分的净排序流范围从?0.3502到0.3748。最小-最大归一化后，MPF多样性指数范围为0–1，平均值为0.4830，中位数为0.4828，标准差为0.1908，偏度为0.054，分布近似对称。
3.3 Hierarchical Clustering Classification（层次聚类分类）
基于(φ+，φ?)坐标进行层次聚类，采用欧氏距离和Ward法，确定了三个稳定聚类（轮廓宽度=0.45）。高多样性类（60个林分，23.7%）指数均值0.731，在年龄异质性、空间分布、功能组成、物种起源和林下自然更新方面得分较高（0.87–1.00），但物种丰富度均值仅为2.63，说明高指数可通过多个多样性维度实现。中多样性类（118个林分，46.6%）指数均值0.501，在遗传多样性（0.94）和比例均匀度（0.56）上得分较高，但空间分布（0.16）和年龄异质性（0.25）较低。低多样性类（75个林分，29.6%）指数均值0.257，几乎所有指标得分均低，特别是功能组成（0.13）、空间分布（0.00）、年龄异质性（0.01）和林下自然更新（0.23）。物种丰富度与指数的Spearman相关系数仅为0.245，表明指数捕捉了简单物种数之外的多维多样性。
3.4 Action Profile of Diversity Classes（多样性等级的行动剖面）
行动剖面显示，高多样性类在林下自然更新（1.00对比低类的0.23）、功能组成（0.97对比0.13）、物种起源（0.94对比0.47）、年龄异质性（0.92对比0.01）和空间分布（0.87对比0.00）上显著更高。这五个指标是实现高MPF多样性评分最有影响力的维度。低多样性类则在大多数指标上持续偏低，特别是在空间分布、年龄异质性、功能组成和林下自然更新方面，表明这些林分未能同时整合多个多样性维度。GAIA平面（前两个主成分解释47.8%方差）显示，遗传多样性、阔叶/针叶混合和固氮树种存在与否对整体排序贡献最大。
3.5 Global Average Profile—Radar Plot（全球平均概况——雷达图）
全球平均概况显示，遗传多样性的平均标准化值最高（0.91），其次为物种起源（0.72）和林下自然更新（0.63）。功能组成（0.52）和比例均匀度（0.49）中等。同龄管理平均值为0.34，即66%的MPF林分为同龄林，34%为异龄林。全球平均值最低的指标是物种数量（0.11）、目的数量（0.18）和空间分布（0.28），表明这些多样性维度在全球MPF林分中体现最少。
4 Discussion（讨论）
尽管采用MPF相比商业林业中的单一栽培可能是一重要进步，但仍有显著机会通过多样化增强林分的韧性和环境贡献。本研究中基于PROMETHEE的MPF指数提供了一个可复制的框架，超越单纯物种数量，将从文献中广泛认为与多功能性相关的多个混交设计属性综合起来，用于对MPF林分在不同社会生态背景下的混合水平进行分类。结果表明，全球大多数已发表MPF的指数值集中在低至中等区间，超过半数的MPF在所选指标上被大多数其他系统超越，表明即使名义上称为“混交“，实际中大多数生产性MPF仍更接近简化单作，而非整合多样性特征的异质人工林。
欧洲的MPF在科学文献中记录更充分，主要建立在温带地区；而热带地区尽管生物多样性高，商业林仍以单克隆大面积单作为主，MPF商业应用有限，尽管已有大量混交实验。这种对简化的商业人工林的依赖，错失了利用热带生态潜力的机会。行动剖面和GAIA平面的结果一致表明，自然更新、功能组成、物种起源、年龄异质性、遗传多样性、固氮树种等是区分MPF多样性水平的关键维度。这支持了森林多功能性依赖于生物多样性的多方面属性这一新兴范式，也说明促进乡土树种、保留自然更新、混交功能类群和创造结构复杂性的营林实践可有效提升MPF多样性。
然而，存在重要权衡：较高的混合分数可能意味着规划、管理和运营成本增加，需要更多技术知识、基础设施和长期投资，这可能成为决策者采纳的障碍。所提出的指数可作为决策支持工具，用于优先考虑纳入更多与韧性和生态系统服务潜力相关的混交属性的种植设计，超越仅基于物种数量的简单评估。补贴、碳和生物多样性信用以及生态服务付费等机制可能有助于改善MPF的财务可行性。森林认证体系（如FSC和PEFC）也可以在更大规模上应用该指数，以区分不同的种植设计并增加多元化系统的产品价值。
需要强调，即使采用更混合的方法，也不能保证环境结果一定改善；物种互补性选择、先前土地利用、景观属性、土壤和气候等因素均影响结果，监测和适应性管理仍然关键。该指数的局限之一是没有考虑叶片物候（落叶vs.常绿），这可能影响光照、凋落物分解和生境异质性。未来研究可探索指标权重与特定生态系统服务之间的实证关系，以便进行情境化修正。促进生产导向设计中的混合，并通过该指数提高系统分类和沟通的准确性及透明度，可为实现气候和可持续目标做出显著贡献。
