森林林下植被:研究現狀與未來趨勢
林下植被通常由維管植物(木本和非木本植物)和非維管植物(苔類、角苔類以及蘚類植物)組成,是森林的重要組成部分,在維持森林生態系統功能和生態服務方面發揮著獨特作用,同時也為昆蟲等動物提供食物、棲息地及避難所。森林經營管理措施(如間伐和撫育)能直接或間接改變林下植被的物種組成和生物多樣性,進而影響林下植被群落對氣候變化(如干旱和全球變暖),極端氣候事件(如高溫、火災、風暴及雨雪冰凍)以及其它逆境(如強光脅迫和病蟲害)的功能響應,即林下植被的抵抗力、適應力及恢復力。這一過程最終影響森林的生態功能,動態平衡及彈性。盡管林下植被在森林生態系統中起著重要作用,但仍有許多問題有待解決。因此,研究林下植被在森林生態系統功能與服務中的作用及其對經營管理措施和氣候變化的響應機理,能為退化森林生態系統重建和恢復提供科學管理方案,并為生態系統多尺度結構、空間格局與生態功能維持奠定關鍵理論基礎。
為此,中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)農林復合生態系統研究組劉成剛副研究員聯合國內外諸多學者,基于森林林下植被結構與功能,從生物多樣性(Biodiversity)、幼苗更新(Regeneration)、生物量及養分儲量(Biomass, nutrient content and storage)、碳氮耦合(Carbon-nitrogen coupling)、植物功能性狀及環境適應(Functional traits and environmental acclimation)、凋落物分解(Litter decomposition)、林下與林冠層互作(Under- and overstory interaction)以及林下植被對土壤化學(Soil chemistry)、土壤生物(Soil microbial community)以及水土保持(Soil and water conservation)的生態效應等主流方面,系統綜述了這些方面的研究現狀、存在問題及未來方向。同時,提出了在全球氣候變化的背景下,未來的研究應側重于多種氣候因素與區域尺度上的森林管理實踐共同驅動的林下植被與林冠樹木相互作用、植物-土壤互饋機制等,特別是涉及地衣苔蘚層和復雜的根際網絡。這些關系可通過應用同位素標記、高通量測序、有機質圖譜等先進技術來實現。另外,建議開發更多的無損監測技術,如3D激光雷達掃描和高光譜掃描技術,并結合生物多樣性地面調查一起定量描述林下植被動態,為長時間大規模研究提供便利。最后,我們希望這些新見解能夠更好地指導林下植被管理,讓其在森林生態系統生態屏障功能和生物安全保護方面發揮作用,實現森林生態效益和經濟效益的“雙贏”。
該文以“Forest understory vegetation study: current status and future trends”為題發表在Forestry Research上。版納植物園劉成剛副研究員,西南林業大學王行研究員及中國科學院沈陽應用生態研究所王慶偉研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發項目、江西省杰出青年科學基金、新疆大學博士啟動基金、貴州省科技計劃和自然科學基金等項目的資助,在此一并致謝。
林下植被結構與功能示意圖
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