桉树连栽的生物多样性效应及其对长期生产力的影响

Biological diversity is considered as having a close association with plant productivity, while the interrelation between them is rare studied in the forest ecological system. As one of three largest fast growing woods, eucalypt has been introduced to nearly 100 countries and regions. There are now in excess of 3.6 million ha of eucalypt plantations in China, about 1.86 million ha of which are in Guangxi province. About 60-70% of them is managed with continuous cropping system. There is a debate on negative effects of continuous cropping of eucalyptus plantation on biodiversity and productivity, such as biodiversity reduction and soil degradation. Based on our previous 15 years located research (including Ⅰ-Ⅲ generations and second rotation cycles) with Eucalyptus urophylla×E. grandis plantations, we plan to continuously monitor the effects of continuous cropping eucalypt plantations on the biodiversity (including plants, soil animals and soil microbe) with the third rotation cycles, and study the relationship between biodiversity and productivity under continuous cropping systems, through the long-term investigation, field control experiment, and biochemical analysis. Integrated with our previous 15 year studies, our study will provide fair and reasonable assessment on biodiversity effects and sustainability productivity in continuous cropping management of eucalypt plantations, and provide guidance for dispatching of forestry departments.

生物多样性与植物生产力间具有密切的联系，但森林生态系统（尤其是人工林生态系统）下生物多样性与生产力的相互关系研究相对较少。桉树作为著名的三大速生树种，已被引种到世界近百个国家和地区。中国有超过360万hm2的桉树人工林，仅广西就达186万hm2，其中60-70%桉树人工林采取连栽体制。桉树连栽引起的生物多样性减少、地力衰退和生产力下降，已成为社会各界共同关注的焦点。本项目拟在对尾巨桉Ⅰ-Ⅲ代林分连续15年（已完成2个轮伐期）定位监测的基础上，继续对第3个轮伐期的尾巨桉林开展研究，通过长期的群落生态学调查、野外控制实验以及室内化学分析，探讨尾巨桉连栽的生物多样性（包括植物、土壤动物和微生物多样性）效应及其对长期生产力的影响机制，并与前15年的研究结合形成一较为完整的研究体系，将能给连栽尾巨桉人工林的生物多样性效应和长期生产力的可持续性一个公正合理的评价，为林业部门的相关决策提供理供理论指导。

桉树发展对生物多样性和长期生产力的影响是一个世界性问题，一直处于激烈的争论中。目前关于桉树营林制度对生物、土壤和生态安全的影响研究极少，且多是基于小尺度、短时间的观测结果，无法科学诠释桉树营林制度对生物多样性、土壤质量和生态安全的影响。本项目通过在广西、广东、海南开展广泛的大尺度调查和长期小尺度定点观测相结合的实验研究，对1-6代桉树人工林的生产力、植物多样性、土壤理化性质、土壤微生物群落等进行了全面调查取样和系统分析，取得如下重大创新性成果：.（1）首次全面系统地论证了桉树林的生物多样性效应。研究发现，6代林的林下植物物种丰富度比1代的减少70%，Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数均减少90%以上，而且入侵植物的覆盖度高达90-100%；由栽培1-2代林下以木本植物功能群为优势逐渐过渡到以禾草植物功能群、入侵植物功能群为优势；林下植物功能群控制试验结果也证明木本植物功能群对土壤生态系统多功能性的维持能力最强；多代连栽必然导致严重的外来植物入侵。.（2）首次在大尺度、跨省区、多世代的观测研究上发现，随着桉树连栽代数的增加，土壤质量明显退化。与1代林相比，6代林的土壤有机碳、总氮、全磷分别减少16.12%、31.42%、41.17%；土壤微生物生物量碳、氮、磷分别减少8.87 %、24.34%、22.64%。.（3）首次在大尺度、跨省区、多世代的观测研究上证明，桉树短周期长期连栽必然导致林分生产力显著下降。连栽6代的桉树林分生产力比1代的减少50%；首次定量的揭示桉树林下植物多样性与木材生产的权衡关系。.（4）在广西凭祥中国林科院热带林业实验中心建立了42公顷桉树生态营林试验示范林，初步建立了桉树生态营林的理论和技术体系，对指导桉树林高质量发展具有重要的引领和指导作用。.（5）以现行的桉树营林制度长期经营桉树人工林，将导致木材产量的显著下降，同时，危及林地的生物和生态安全。我们认为，改革现行的桉树营林制度，实施生态营林是实现桉树人工林高质量发展的良策。