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成都生物所揭示青藏高原砍伐迹地不对称恢复驱动机制
发表日期: 2021-07-15 作者: 熊勤犁 文章来源:
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 “世界屋脊”和“地球第三极” 青藏高原位于特提斯地区,自东向西横跨9个自然带,有高等植物13,000余种。这些复杂的自然带与种类繁多的物种,使青藏高原成为全球生物多样性保护的36个热点地区之一。青藏高原的森林主要分布于东部和东南部的金沙江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江、雅砻江、大渡河、岷江等大江大河的上游和源头区,一般分布在海拔2,000米至4,100米的地带。该区域森林是遏制土地沙化和土壤流失、涵养水源、固存碳、调节气候的重要保障,是关键生态屏障,对维持生态建设核心地区(三江源三江并流区以及横断山区)的生态系统稳定起到至关重要的作用,维系我国生态安全。 

 但是,作为我国第二大林区——西南林区的主体,青藏高原森林一直是我国过去50年来重要的商品木材的来源。由于长期过量采伐,该区域森林消失面积已占区域森林面积的50%60%。大规模皆伐不仅减少森林资源,更影响到诸如调节气候、水源涵养土壤保持及生物多样性和碳汇等生态系统服务功能的发挥。青藏高原正承受着过量采伐带来的苦果:气候恶化、水土流失、地质灾害频发、土壤环境恶化、物种组成及其多样性发生根本变化。 

 森林砍伐显著改变林地生态过程,与原始森林地表相比,迹地微环境大幅改变,如温湿度变幅增大、风力加大、直射光增多、土壤蒸发量增大,土壤持水能力衰退,肥力衰退。而土壤微生物群落作为这一过程的重要参与者,一方面受到砍伐的直接影响,另一方面,其变化又影响到元素循环、养分供给、病虫害等,从而影响到植物群落生长。最终,在微环境和土壤微生物的共同作用下导致林下植物群落结构和丰度发生显著改变。但是目前尚无针对青藏高原亚高山森林砍伐后土壤微生物和林下群落变化的长期监测,因此对其生态过程变化缺乏研究。无法回答,砍伐后生态系统中林下植被群落如何变化?砍伐后微生物群落如何变化?二者恢复过程有何关系?驱动其恢复的主要影响因子有哪些?如果这些问题无法准确回答将对可持续亚高山森林管理和保护战略的发展构成严重挑战,从而导致该区域生态屏障功能降低,危及到我国生态安全。  

 为解决以上问题,中国科学院成都生物研究所生物多样性与生态系统服务领域地表过程与生态系统管理项目组潘开文研究员、熊勤犁等与安特卫普大学(University of Antwerp)李玲娟等,以青藏高原东缘主要的硬叶常绿阔叶林——川滇高山栎(Quercus aquifolioides Rehd. et Wils.)林为研究对象,系统地揭示川滇高山栎砍伐后恢复过程中土壤微生物和林下植被群落在生长季的动态变化过程及其驱动因子。相关研究人员对未砍伐(对照)和砍伐后3个不同时期(砍伐后1年,10年和20年)的川滇高山栎林中的土壤微生物和林下植被进行量化研究,通过结构方程模型(SEM)等对影响其群落结构的主要驱动因子进行了研究。研究结果表明砍伐后土壤性质和微生物群落结构显著改变(p < 0.05),放线菌和丛枝菌根真菌(AMF)增加,但其他微生物亚群减少。砍伐后林下植被的生物量增加和群落结构发生变化。 真菌(18:1ω7c18:1ω9c)和革兰氏阴性菌(18:2ω7ccy19:0)丰度在砍伐后和林分恢复期间有规律显著变化(p < 0.01),表明它们可作为监测砍伐后高山栎林复苏情况的指示生物。SEM模型揭示,恢复过程中,枯枝落叶和凋落物通过土壤间接增加了微生物丰度及林下植被生物量。但高山栎作为优势种、建群种,其恢复却抑制了林下植被群落多样性及生物量。同时,微生物群落对林下植被恢复只有轻微的促进作用。在高山栎植被恢复过程中,凋落物质量和土壤氮元素在重塑林下植物和土壤微生物群落中发挥了重要作用。砍伐后的高山栎林生境变得不太适合砍伐前的林下植被的扩张和恢复,但它有利于某些微生物群落生长和恢复。 

 本研究使我们认识了高山栎砍伐后林下植被和土壤微生物群落结构非同步不对称恢复过程;同时揭示了驱动这一变化的主因是凋落物质量和土壤氮素含量。该研究不仅为亚高山硬叶常绿阔叶林砍伐后修复管理提供理论基础,也为今后青藏高原森林可持续经营管理提供一些研究思路。 

 该研究获得国家自然科学基金(31700544),科技部重点研发计划“中国-克罗地亚生物多样性和生态系统服务联合研究”(2020YFE0203200),四川省重点研发项目(20ZDYF1629),西部之光西部青年学者项目(2016XBZG_XBQNXZ_B_005),中国科学院山地生态恢复与生物资源利用重点实验室,生态恢复与生物多样性保育四川省重点实验室开放课题(kxysws1901),中国科学院科研仪器设备研制项目(YJKYYQ20190064),和中国科学院青年创新促进会(2021372)支助。近日以“Driving forces for recovery of forest vegetation after harvesting a subalpine oak forest in eastern Tibetan Plateau”为题发表于期刊Environmental Science & Pollution Research 

 原文链接 

样地图,熊勤犁摄

  砍伐后林下植被和微生物群落结构变化 

  砍伐后林下植被及微生物群落变化驱动力 


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