擇伐作為林業經營的重要管道之一，其對森林生態系統生物多樣性、結構和功能的影響一直是林學家和生態學家的研究熱點。闊葉紅松林（Pinus koraiensis）是我國東北地區地帶性森林植被，是溫帶針闊混交林的典型代表。自20世紀50年代，我國開始對闊葉紅松林進行擇伐，旨在不影響森林主體功能的前提下，定期重複採伐成熟的林木和樹群，保證森林經營獲得最大收益。而關於受干擾後森林恢復狀態的科學評估對林業經營以及如何可持續利用森林資源具有重要意義。
鑒於此，中國科學院瀋陽應用生態研究所天然林生態課題組成員在長白山區分別選取未經過擇伐干擾（原始林）、輕度擇伐（10~20%强度）和中度擇伐（20~30%强度）干擾的3種林型共11塊樣地為研究對象，測定了群落生產力、土壤碳儲量和土壤/凋落物持水能力等9種生態系統功能，綜合運用平均值法、多閾值法和單功能法度量了生態系統的多重功能，對比分析了氣候因數、干擾强度、植物内容和土壤微生物對生態系統多重功能的相對貢獻。結果發現：1）群落生產力、地被物生物量和持水力在三個林型中沒有顯著差异（圖1A），經過擇伐森林中土壤有機碳密度、土壤持水力、土壤有效氮、有效磷和有效鉀等功能名額甚至已超其初始狀態（原始林），表明該區域曾受擇伐干擾的次生林具有較强的自我恢復力。2）擇伐後次生林在恢復過程中，物種多樣性和林分結構表現出不同的變化趨勢。例如，儘管受中度干擾森林具有較低的功能性狀多樣性和林分結構多樣性（圖1B），但其比原始林擁有更高的物種、譜系和土壤微生物多樣性。3）植物内容（如分類、譜系、功能性狀和林分結構多樣性）對不同多重功能指數同時具有或正或負的影響，土壤細菌多樣性和林分結構多樣性對多重功能具有較强的預測力，而氣候因數的影響相對較小（圖2）；4）地上和地下生物多樣性在干擾對多重功能的調節作用中存在相反路徑（圖3）。該研究表明合理擇伐可能使林地資源得到充分利用，促進保留木生長和提升生態系統整體功能，並且能提高樹種和土壤微生物多樣性，是調控森林生物多樣性和生態系統功能的有效手段。
以上研究成果以“Divergent above-and below-ground biopersity pathwaysmediate disturbance impacts on temperate forest multifunctionality”為題線上發表在Global Change Biology雜誌上。天然林次生組原作强研究員為文章第一作者，郝占慶研究員和王緒高研究員為通訊作者。該研究得到了中科院先導項目，國家自然科學基金專案和青促會等項目的資助。
圖1不同（擇伐）干擾水准對森林生態系統功能（A）、物種多樣性及群落結構（B）的影響
（CWP，群落生產力；AGBW，林下資源量；SOD，土壤有機碳密度；BL，凋落物層生物量；WHCS，土壤層持水力；WHCL，凋落物層持水力；AN，土壤有效氮；AP，土壤有效磷；AK，土壤有效鉀）
圖2氣候因數、干擾强度、植物内容和土壤微生物對生態系統多重功能的相對貢獻
圖3干擾强度對生態系統多重功能的直接和間接影響
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