基于15年国家森林清查数据的韩国森林林分树种多样性变化影响因素识别

《Journal for Nature Conservation》：Identification of factors influencing changes in stand tree diversity in South Korean forests from 15?years of national forest inventory data

　　

摘要

生物多样性更丰富的森林在面临干扰时具有更强的韧性和维持基本功能的能力。本研究通过分析国家森林清查（NFI）数据，调查了影响韩国森林生物多样性变化的因素，重点关注15年（2006–2020）这一时期。响应变量为第5次国家森林清查（2006–2010）与第7次国家森林清查（2016–2020）之间样地树种多样性的差异。为确定与生物多样性变化相关的因素，我们构建了线性混合效应模型，以初始样地特征、环境条件和气候变量作为预测变量。结果表明，较大的初始树木大小、较低的初始林分密度和较低的初始树木多样性与未来样地树种多样性的增加呈正相关。在环境变量中，较暖的气候区、较高的年平均温度和较高的年降水量对样地树种多样性有正向影响，而包含年热湿指数的额外模型则表明，与干旱相关的水分亏缺可能在气候变化条件下限制这些增益。这些发现确定初始胸高断面积（QMD）和林分密度指数（SDI）是影响未来样地树种多样性改善的关键因素，且它们可以通过适当的森林管理措施进行调整。此外，我们的年龄特异性模型表明，初始QMD和SDI的影响随林分年龄而变化，这凸显了实施以年龄为目标的精准管理干预以提升生物多样性的必要性。总体而言，这些发现通过连接林分结构管理与基于生物多样性的稳定性，推进了当前的认知，从而为设计针对韩国森林的年龄特异性森林管理策略提供了循证基础。

引言

气候变化日益加剧的威胁促使研究者更深入地探讨森林生物多样性在维持森林功能生产力和稳定性方面的作用。较高的森林生物多样性通常与生态系统生产力提升相关，因为多样化的物种能更高效地利用资源，并维持更高水平的生物量和碳汇（Dem et al., 2025, Forrester and Albrecht, 2014, Forrester et al., 2018, Liang et al., 2015, Morin et al., 2011, Pretzsch and Schütze, 2021）。近年来的研究已将关注范围从生产力和碳储量扩展至生物多样性对稳定性和韧性的影响，这些是长期生态系统可持续性所必需的因素（Gao et al., 2021, García-Palacios et al., 2018, Helfenstein et al., 2025, Liang et al., 2016, Pickering et al., 2025, Pretzsch et al., 2013, Ruiz-Benito et al., 2014）。

森林生物多样性由随时间推移持续进行的生态和进化过程所塑造，涉及多种因素（Cop, 1995），所产生的生物多样性与森林适应环境变化和维持生态系统功能的能力密切相关（Muys et al., 2022, Thompson et al., 2009）。从内部来看，生物多样性受到树木物种引入、定殖、生长、竞争、死亡及树木物种重新引入等持续过程的影响（Amos-Binks et al., 2010, Gao et al., 2014, Luu et al., 2024）。除这些内部生态过程外，外部干扰（如火灾、风倒、干旱、虫害爆发和人为干预）也影响森林的空间和时间异质性，从而塑造森林生物多样性（Lindenmayer et al., 2012, Muys et al., 2022, Spanos and Feest, 2007）。因此，森林生物多样性由内部过程与对外部因素响应的相互作用所塑造，森林生态系统在结构特征和功能属性方面随时间表现出变异，反映了它们对环境压力的差异性响应。生物多样性较高的森林生态系统通常与环境胁迫下的更高稳定性和韧性相关（Bertrand and Morin, 2026, Liu et al., 2022, Müller et al., 2023, Pardos et al., 2021, Schnabel et al., 2019, Thompson et al., 2009）。

针叶林约占韩国森林总面积的37%，其次是阔叶林（约32%）和混交林（约27%）（KFS, 2024）。混交林通常支持最高的树种多样性，但在韩国所占面积相对有限。韩国赤松（Pinus densiflora）和黑松（Pinus thunbergii）合计约占韩国森林总面积的25.7%和针叶林总面积的68%。其他针叶树种如松脂松（Pinus rigida）、西伯利亚红松（Pinus koraiensis）和落叶松（Larix kaempferi），连同韩国赤松和黑松，合计占韩国森林总面积的35%以上和针叶林总面积的约96%（KFS, 2024）。这些观察表明，韩国森林的物种多样性较低。因此，与高生物多样性带来的稳定性相比，韩国森林倾向于对干扰表现出潜在的脆弱性。本研究旨在探讨提高森林生物多样性的策略，以增强森林生态系统的稳定性并保证生态系统服务的可持续供给。

关于韩国森林生物多样性的研究已涉及以下主题：森林生产力和碳储量（Koo et al., 2022, Lee et al., 2015, Park et al., 2019）、森林栖息地的变化及生物多样性变化的驱动因素（Choi et al., 2021, Kweon and Jo, 2024, Lim et al., 2018）、生物多样性评估与监测（Jeong et al., 2016, Kang and Kang, 2018, Lee and Kwon, 2013, Lee et al., 2024, Lee et al., 2022），以及生物多样性的社会经济价值评估和生物多样性相关法律（Ahn et al., 2008, Kim et al., 2012, Park and Youn, 2019）。Kweon和Jo（2024）近期发现，林分结构多样性是样地树种多样性的主要预测因子，表明保障林分生长和发展是提高森林生物多样性的有效途径。然而，很少有研究探讨以增强生物多样性作为手段来提高森林生态系统稳定性的方法。此外，利用大规模实地调查获得的经验数据来研究森林生态系统的生物多样性变化及其稳定性的研究仍然有限。

本研究的主要目标是确定能够改善生物多样性并进而增强韩国森林生态系统稳定性的主要因素。为建立分析基础，我们首先考察在韩国森林中，生物多样性增加是否确实与生态系统稳定性提升相关。在此基础上，我们研究林分特征、环境变量和气候因素如何影响森林生物多样性的时间变化。利用15年国家森林清查（NFI）数据，本研究旨在确定生物多样性变化的关键驱动因素，并探讨通过增强生物多样性来管理韩国森林的策略。

章节片段

研究区域与数据采集

国家森林清查（NFI）由韩国林务院于1971年建立（Byung et al., 2016），截至2020年已完成七个清查周期。第1至第4次清查的数据未纳入本研究，因为这些周期采用的清查系统与此后从第5次清查开始的系统不相兼容。自第5次国家森林清查（2006–2010）以来，韩国林务院已建立了约4000个固定样地，每个样地由

林分生物多样性与稳定性的关系

图2展示了作为林分生物多样性代理指标的树种丰富度（TSR）与作为林分稳定性代理指标的林分断面积变异系数（CV）之间的关系。趋势表明，在每个年龄组内，随着TSR的增加，CV呈下降趋势。图S1显示了SH7与CV之间的类似趋势。

影响生物多样性变化的因素

表2总结了从第5次清查到第7次清查的林分树种多样性差异（dBD）与潜在影响因素之间的关系。在最佳拟合模型中

讨论

本研究证明了韩国森林中林分生物多样性与林分稳定性呈正相关，印证了先前的研究（Gao et al., 2021, Griffin et al., 2009, Morin et al., 2014, Schnabel et al., 2019）。特别是，本研究分别就树种丰富度和香农指数在每个年龄组内考察了生物多样性与稳定性之间的正向关系。

结论

本研究证明了提高林分树种多样性对韩国森林林分稳定性具有正向影响，印证了先前关于这两个变量之间关系的研究。该关系在所有年龄组中均保持一致，无论以树种丰富度（TSR）还是香农指数（SH）衡量。本研究仅聚焦于树种多样性及其与稳定性的关系；未来研究还应在其他因素方面加以考察

CRediT作者贡献声明

权德九（Deogkyu Kweon）：撰写——初稿，可视化，验证，方法论，调查，正式分析，数据整理，概念化。赵章焕（Jang-Hwan Jo）：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，验证，监督，方法论，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明，不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

我们感谢圆光大学2025年对本研究的支持。

权德九|赵章焕

圆光大学森林科学与景观建筑系，大韩民国益山460 Iksan-daero路，54538