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成都生物所揭示青藏高原砍伐跡地不對稱恢復驅動機制

 “世界屋脊”和“地球第三極” 青藏高原位于特提斯地區,自東向西橫跨9個自然帶,有高等植物13,000余種。這些復雜的自然帶與種類繁多的物種,使青藏高原成為全球生物多樣性保護的36個熱點地區之一。青藏高原的森林主要分布于東部和東南部的金沙江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江、雅礱江、大渡河、岷江等大江大河的上游和源頭區,一般分布在海拔2,000米至4,100米的地帶。該區域森林是遏制土地沙化和土壤流失、涵養水源、固存碳、調節氣候的重要保障,是關鍵生態屏障,對維持生態建設核心地區(三江源、三江并流區以及橫斷山區)的生態系統穩定起到至關重要的作用,維系我國生態安全。 

 但是,作為我國第二大林區——西南林區的主體,青藏高原森林一直是我國過去50年來重要的商品木材的來源。由于長期過量采伐,該區域森林消失面積已占區域森林面積的50%至60%。大規模皆伐不僅減少森林資源,更影響到諸如調節氣候、水源涵養、土壤保持及生物多樣性和碳匯等生態系統服務功能的發揮。青藏高原正承受著過量采伐帶來的苦果:氣候惡化、水土流失、地質災害頻發、土壤環境惡化、物種組成及其多樣性發生根本變化。 

 森林砍伐顯著改變林地生態過程,與原始森林地表相比,跡地微環境大幅改變,如溫濕度變幅增大、風力加大、直射光增多、土壤蒸發量增大,土壤持水能力衰退,肥力衰退。而土壤微生物群落作為這一過程的重要參與者,一方面受到砍伐的直接影響,另一方面,其變化又影響到元素循環、養分供給、病蟲害等,從而影響到植物群落生長。最終,在微環境和土壤微生物的共同作用下導致林下植物群落結構和豐度發生顯著改變。但是目前尚無針對青藏高原亞高山森林砍伐后土壤微生物和林下群落變化的長期監測,因此對其生態過程變化缺乏研究。無法回答,砍伐后生態系統中林下植被群落如何變化?砍伐后微生物群落如何變化?二者恢復過程有何關系?驅動其恢復的主要影響因子有哪些?如果這些問題無法準確回答將對可持續亞高山森林管理和保護戰略的發展構成嚴重挑戰,從而導致該區域生態屏障功能降低,危及到我國生態安全。  

 為解決以上問題,中國科學院成都生物研究所生物多樣性與生態系統服務領域地表過程與生態系統管理項目組潘開文研究員、熊勤犁等與安特衛普大學(University of Antwerp)李玲娟等,以青藏高原東緣主要的硬葉常綠闊葉林——川滇高山櫟(Quercus aquifolioides Rehd. et Wils.)林為研究對象,系統地揭示川滇高山櫟砍伐后恢復過程中土壤微生物和林下植被群落在生長季的動態變化過程及其驅動因子。相關研究人員對未砍伐(對照)和砍伐后3個不同時期(砍伐后1年,10年和20年)的川滇高山櫟林中的土壤微生物和林下植被進行量化研究,通過結構方程模型(SEM)等對影響其群落結構的主要驅動因子進行了研究。研究結果表明砍伐后土壤性質和微生物群落結構顯著改變(p < 0.05),放線菌和叢枝菌根真菌(AMF)增加,但其他微生物亞群減少。砍伐后林下植被的生物量增加和群落結構發生變化。 真菌(18:1ω7c,18:1ω9c)和革蘭氏陰性菌(18:2ω7c,cy19:0)豐度在砍伐后和林分恢復期間有規律顯著變化(p < 0.01),表明它們可作為監測砍伐后高山櫟林復蘇情況的指示生物。SEM模型揭示,恢復過程中,枯枝落葉和凋落物通過土壤間接增加了微生物豐度及林下植被生物量。但高山櫟作為優勢種、建群種,其恢復卻抑制了林下植被群落多樣性及生物量。同時,微生物群落對林下植被恢復只有輕微的促進作用。在高山櫟植被恢復過程中,凋落物質量和土壤氮元素在重塑林下植物和土壤微生物群落中發揮了重要作用。砍伐后的高山櫟林生境變得不太適合砍伐前的林下植被的擴張和恢復,但它有利于某些微生物群落生長和恢復。 

 本研究使我們認識了高山櫟砍伐后林下植被和土壤微生物群落結構非同步不對稱恢復過程;同時揭示了驅動這一變化的主因是凋落物質量和土壤氮素含量。該研究不僅為亞高山硬葉常綠闊葉林砍伐后修復管理提供理論基礎,也為今后青藏高原森林可持續經營管理提供一些研究思路。 

 該研究獲得國家自然科學基金(31700544),科技部重點研發計劃“中國-克羅地亞生物多樣性和生態系統服務聯合研究”(2020YFE0203200),四川省重點研發項目(20ZDYF1629),西部之光“西部青年學者”項目(2016XBZG_XBQNXZ_B_005),中國科學院山地生態恢復與生物資源利用重點實驗室,生態恢復與生物多樣性保育四川省重點實驗室開放課題(kxysws1901),中國科學院科研儀器設備研制項目(YJKYYQ20190064),和中國科學院青年創新促進會(2021372)支助。近日以“Driving forces for recovery of forest vegetation after harvesting a subalpine oak forest in eastern Tibetan Plateau”為題發表于期刊Environmental Science & Pollution Research。 

 原文鏈接 

樣地圖,熊勤犁攝

  砍伐后林下植被和微生物群落結構變化 

  砍伐后林下植被及微生物群落變化驅動力

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