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研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 探究了树木结构和多样性(属级)在温带森林生态系统生物量碳储存中的作用；
2. 研究了森林生物量、树木结构和多样性在不同空间尺度上的关系；
3. 为原始森林碳储存和生物量管理提供了更深入的科学理解，并为应对气候变化带来的挑战提供有力的科学支持。
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研究背景
原始森林是由原生树种构成，未受到人类活动干扰的天然林地，是生物圈中极为重要的碳储存库。森林生态系统具有动态适应能力，能够感应并调整自身以应对气候变化和外界干扰，这种自适应过程不仅塑造了森林的物种组成，也对森林碳捕捉和储存能力产生了深远影响。不仅如此，在气候变化的推动下，自然干扰因素也愈加频繁与强烈，不断侵蚀着森林的结构完整性。树种多样性及结构组成是塑造森林生长特性和生物量累积能力的核心要素，共同作用于森林生态系统的生产力和复杂性。在不同空间尺度上观察树木结构，可以帮助我们了解个体树木如何应对整体林分中的条件变化。有研究指出，树木尺寸大小的不均匀分布对物种多样性和生物量具有显著影响。因此，研究树木大小范围有助于研究人员深入理解生物量在群落间的空间范围分布。
深入理解森林的结构复杂性和生物量分布，评估森林异质性，对于揭示森林碳储存的状态和稳定性至关重要。本研究聚焦喀尔巴阡山脉的原始森林，探究了树木结构和属级多样性在温带森林生态系统生物量碳储存中的作用，以及这些因素如何响应未来环境条件的变化。本文研究了森林生物量、树木结构和多样性在不同空间尺度上的关系，以及树龄、干扰、地形和气候等因素如何影响森林生物量的空间分布。
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研究方法
研究以生长于喀尔巴阡山脉的温带原始森林为研究对象。使用REMOTE Primary Forests Network的726个原始森林永久样地数据。研究采用了3个层次的空间尺度: 宏观尺度(景观水平，包括西部、东部和南部喀尔巴阡山脉)、中间尺度(林分，嵌套在景观内)和细尺度(样地或斑块，嵌套在给定林分内)。以胸高直径(dbh)和基面积(basal area; m2·ha−1)作为预测因子，使用物种和属级特定的异速生长方程计算活立木生物量。使用dbh和腐烂阶段计算枯立木材积和生物量。使用基面积指数和树种多样性指数评估森林结构的复杂性和树种多样性。
之后，使用树轮学记录来计算样地平均树龄和干扰严重性；开发了一系列的广义可加混合效应模型(GAMMs)，并将其分为两组: 第一组(Q1)测试3个层次尺度(样地、林分、景观)的变化；第二组(Q2)检查它们与站点特定生物和非生物因素的相互作用。采用赤池信息量准则(AIC)对GAMMs进行评估，并使用边际(固定效应)和条件(固定和随机效应)R²值评估模型中固定和随机效应的贡献。
图 1｜喀尔巴阡山脉研究区域，包含3个空间尺度上的726个样地: (a) 整体研究区域，(b) 景观划分(西部、东部和南部喀尔巴阡山脉)，以及 (c) 每个景观中的单独林分
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研究结果
图 2｜基于重要值指数(IVI)得分的每个景观(东部、南部、西部喀尔巴阡山脉)中各自森林类型中欧洲水青冈和云杉属树木的总生物量空间分布及其优势度
图 3｜广义可加混合效应模型(GAMM)。热图显示样地级总生物量(Mg·ha−1)、结构(基面积指数)和多度（属级）与树龄和干扰之间的相互作用
图 4｜广义可加混合效应模型(GAMM)。热图显示样地级总生物量(Mg·ha−1)、结构(基面积指数)和多度（属级）与树木大小指数、树木多样性和每种树木类型(活立木和死立木)之间的相互作用
Cite this article
Ralhan, D., Rodrigo, R., Keith, H., Stegehuis, A.I., Pavlin, J., Jiang, Y., Rydval, M., Nogueira, J., Fruleux, A., Svitok, M., Mikoláš, M., Kozák, D., Dušátko, M., Janda, P., Chaskovsky, O., Roibu, C.C., Svoboda, M., 2024. Tree structure and diversity shape the biomass of primary temperate mountain forests. For. Ecosyst. 11, 100215.
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100215
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100215
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4.1，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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