林分结构对物种多样性与生态系统功能关系的影响

Combining the current hot issues regarding "forest structure adjustment theory", this project discusses the effect mechanism of stand structure on the relationships between species diversity and ecosystem function in broad-leaved Korean pine forest in Changbai mountain. Counterfactual Decomposition Model of Machado & Mata (2005) was used to evaluate the effect of stand structure (including diameter structure, density structure, functional traits of dominant species, functional diversity) on the forest biomass and productivity in different successional stages. Combining niche complementary effect and the community successional theory, the research will test general model of hypothesis of species diversity-ecosystem function relationships (Loreau et al., 2001), and reveal the ecological driving force for forming specific path and path changes. Structural equation modeling was used to determine the relationships among species diversity, ecosystem function, stand structure and environmental factors, to select the key factor linking the species diversity and ecosystem function, to reveal the effect of stand structure on the relationships between species diversity and ecosystem function. The project will develop the evaluation model of species diversity-ecosystem function relationships, and forest structure adjustment theory that target synchronous enhance of species diversity and ecosystem function. The results will provide supports for sustainable forest management.

本项目针对当前“林分结构调整理论”的热点问题，探讨长白山阔叶红松林的林分结构对物种多样性与生态系统功能关系的影响机制。在不同恢复演替阶段，利用Machado & Mata（2005）提出的反事实分解模型量化林分结构（胸径结构、密度结构、优势种功能性状、功能多样性）对生物量、生产力等生态系统功能的影响。结合生态位互补效应和群落恢复演替理论，验证物种多样性与生态系统功能关系的一般性模式假说（Loreau et al.，2001），揭示不同路径的形成以及路径变化的生态驱动力。采用结构方程式模型检验物种多样性、生态系统功能、林分结构属性和环境因子之间的关系，筛选链结物种多样性与生态系统功能的关键因子，揭示林分结构对物种多样性与生态系统功能关系的影响机制。在多样性-生态系统功能关系评价模型的基础上，构建以物种多样性和生态系统功能同步提升为目标的林分结构调整理论，为阔叶红松林的可持续经营提供理论支撑。

本项目针对“林分结构调整理论”的热点问题，探讨了林分结构对物种多样性与生态系统功能的影响机制。（1）多样性决定了生态系统功能：物种多样性并不能直接增加森林生物量或生产力，而是通过促进功能多样性和系统发育多样性间接发挥作用；功能多样性对森林生产力具有直接的正效应，对森林生物量具有直接的负效应；功能多样性通过森林生物量对生产力产生间接的负效应，这些正负效应相互叠加、部分抵消，使得功能多样性最终表现为对森林生物量具有显著负效应，而对森林生产力不具有显著的影响。（2）多样性与生态系统功能关系的驱动机制：检验了生态位互补假说、生物量比率假说和植被数量假说的相对作用。研究显示功能多样性直接促进森林生产力，验证了生态位互补假说；速生-获取型性状能够提高森林生产力，而缓生-保守型性状则提高了森林生物量的长期积累，强调了性状组成在决定生态系统的能量贮存（生物量）与流通（生产力）上发挥重要作用，验证了生物量比率假说；森林生物量是生产力的最重要的决定因素，验证了植被数量假说。（3）林分结构影响物种多样性与生态系统功能：物种多样性和林分结构均对生产力有显著作用, 其中物种多样性均匀度指数与生产力显著负相关, 林分结构的香农指数与生产力显著正相关, 基尼系数与生产力显著负相关。在结构方程模型中, 林分结构对生产力的影响比物种多样性更强。林分结构对生产力的作用比物种多样性更大, 在森林经营管理中, 提高林分结构复杂性有助于促进生产力。（4）拓展了森林结构调整的理论基础：从功能性状和系统发育角度出发，为评价采伐活动对生态系统功能影响提供了新视角。中低强度的森林采伐活动有助于调整群落结构、减少个体竞争、促进保留木的径向生长，而高强度的采伐则会对森林的生态系统功能造成破坏，不利于资源的充分利用以及保留木的径向生长。为了保护生物多样性、促进生态系统功能，针阔混交林的采伐应控制在中等强度，不宜进行高强度采伐。