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研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 结合树木群落组成与根系性状，研究土地利用历史遗留对森林演替的影响；
2. 深入分析了土地利用历史如何影响树木群落的组成和分布，特别是弃耕农地与不同管理模式下的森林群落的差异；
3. 重点探讨了根系功能性状和菌根共生在群落构建中的作用。
01
研究背景
人类驱动的土地利用变化是全球环境变化的重要因素之一。17至20世纪间，温带落叶林因农业活动被大规模清除，导致栖息地破碎化、生物多样性下降, 碳汇能力显著减弱。随着农地弃耕，许多地区的森林开始经历次生演替。然而，这些次生植被群落并非稳定不变，而是在不断演替的过程中，如不加以管理，可能自然演变成不同类型的生态系统。这一动态变化对于生物多样性保护和生态系统服务的管理具有重要意义。当前关于弃耕农地演替轨迹的研究多集中于地上群落的构建过程，如光照可用性、传播限制和竞争。然而，地下过程，尤其是植物资源吸收能力，也在演替中扮演着关键角色。根系作为植物与土壤之间的重要纽带，在植物功能和生态系统物质循环中具有核心作用。根据根经济谱(RES)理论，植物在根系资源的投资与回报之间存在权衡关系，根系的形态、生长和周转率彼此关联。因此，将根系性状纳入群落构建的研究具有重要的生态学意义。
细根是植物获取资源的主要器官，其形态、结构和生理性状具有高度可变性，并与菌根真菌密切相关。丛枝菌根(AM)和外生菌根(EcM)真菌通过不同机制促进植物的养分吸收，特别是在植物群落早期建立和农业废弃地的次生演替过程中发挥重要作用。随着全球农业废弃地面积的增加，弃耕农地在生态系统恢复和管理中的重要性日益凸显。基于此，本文采用基于性状的研究框架，结合地上树木群落的组成、丰度和地下根系性状，探讨土地历史利用遗留对正在演替中的森林的影响。
02
研究方法
研究在美国新罕布什尔州汉诺威的达特茅斯学院内的Fullington森林进行。建立了覆盖10 ha的连续网格; 对所有胸径大于1 cm的树木和灌木进行普查，记录其胸径、物种，并进行标记以便跟踪。利用ArcGIS Pro软件，将树木的全球位置转换为UTM坐标。将历史图像与当前的卫星图像进行地理参照，分析土地利用随时间发生的变化。基于历史记录和管理实践，将当前森林范围分类为弃耕农地森林、管理森林和未管理森林。使用R Studio进行计算分析物种丰富度、均匀度和基面积。采用非度量多维尺度分析(NMDS)和置换多元方差分析(PERMANOVA)评估不同土地利用类型之间的物种组成差异；计算基于群落加权平均值(CWM)的根系性状，评估不同类型之间的功能根性状差异；通过比较树干大小分布，评估其符合代谢理论还是群落均衡理论。最后，收集所有树种的菌根真菌关联和根系性状数据，分析其与土地利用类型之间的关联。
图 1｜达特茅斯Fullington森林地图
图 2｜达特茅斯Fullington森林地图
03
研究结果
图 3｜不同土地利用类型的物种丰度曲线图
图 4｜不同土地利用类型的物种多样性
图 5｜每个土地利用类型的基面积图
图 6｜每个土地利用类型中所有树木和灌木的树干大小分布图
图 7｜每个土地利用类型的非度量多维尺度(NMDS)图
图 8｜每个土地利用类型的树木群落与AM和EcM菌根真菌关联的比例条形图
图 9｜每个土地利用类型中基于群落加权平均值(CWM)的根系性状箱形图
Cite this article
Mejía, G.A., Su, C., Allen, D., Chaudhary, V.B., Ong, T.W., 2024. Land-use legacies affect the composition and distribution of tree species and their belowground functions in a succession from old-field to mature temperate forest. For. Ecosyst. 11, 100249.
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100249
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100249
关于本刊
《森林生态系统(英文)》（Forest Ecosystems）是由教育部主管、北京林业大学主办的林学、生态学类的开放获取学术期刊。主要收录森林生态系统、森林群落、森林环境、遥感、气候变化、大数据等相关研究领域的高质量、原创性研究论文和评论性文章。影响因子3.8，在中科院期刊分区表中居农林科学大类一区，林学小类一区。
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森林生态系统(英文)
微信号：Forest Ecosystems
https://www.sciencedirect.com/journal/forest-ecosystems
编辑：唐珊珊
审核：李杰
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