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研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 高密度纯林的种植策略能最大化寒温带樟子松人工林的林分生物量。
2. 林龄比树种丰富度或林分密度更能显著影响林分生物量。
3. 树种丰富度对林分生物量的影响随林龄而变化。
4. 树种丰富度的增加并不总是导致林分生物量的提高。
5. 在寒温带樟子松人工林中观察到了罕见的消极的选择效应。
01
研究背景
樟子松人工林在寒温带广泛分布，它们的林分生物量中储存了大量的碳。与热带的迅速分解不同，寒温带的低温环境使得林分生物量在进入土壤后能够长期稳定存在，甚至在某些情况下，这些生物量可以转化为泥炭和沉积物，并在永久冻土中封存达数千年之久。因此，提高樟子松人工林的林分生物量，有助于增加长期封存的碳，这对于应对气候变化具有极其重要的意义。
为了获得更多的林分生物量，林业员一直在探索不同的人工林策略。一种策略是种植混交林，而非纯林。以往的证据表明，树种丰富度对热带、亚热带和温带森林的林分生物量有积极的影响。这种积极影响通常归因于两种效应：（1）互补效应，即当树种利用的资源不同时，树种丰富度的增加会通过生态位分化和种间互补来提高林分生物量。（2）选择效应，即树种丰富度的增加可能导致高产树种在混交林中占据主导地位，从而提高林分生物量。许多研究表明，这两种效应同时有助于林分生物量的提升。
另一种策略是调节林分密度。一般来说，在较高的林分密度下单位面积的树木更多，这可能会使林分生物量更大。然而，竞争密度规则表明，高的林分密度会导致更多的竞争，每棵树分到的资源更少，每棵树积累的生物量小。因此，必须在数量更多的“小树”和数量更少的“大树”之间进行抉择。
不幸的是，目前关于优化树种丰富度和林分密度以最大限度地提高林分生物量的知识主要来自热带和亚热带，由于巨大的气候差异，很难推广到寒温带。因此，以下问题仍不清楚：（1）树种丰富度和林分密度如何影响寒温带樟子松人工林的林分生物量？（2）这些影响是否随林龄而变化？
02
研究方法
本研究实地调查中国漠河市1877个樟子松人工林样地，每个样地的大小为20×30米。在每个样地，记录了地理坐标、林分密度、林龄、树高、胸径和树种组成，并使用生物量膨胀因子法计算了每个样地的林分生物量。
本研究使用了多种统计分析方法。首先，采用多重比较评估了树种丰富度和林分密度对树高、胸径和林分生物量的影响。然后，采用对数回归确定了不同树种丰富度和林分密度水平下林龄与树高、胸径、林分生物量的关系。其次，采用线性回归模型来探究物种丰富度和林分密度对林分生物量的影响随林龄的变化。再次，采用结构方程模型来进一步阐明林分密度、林龄、树种丰富度、树高、胸径和林分生物量之间的关系。最后，将树种丰富度对林分生物量的净效应分解为互补效应和选择效应两部分，并分析互补效应和选择效应对林分生物量的影响。
图1｜研究区域位置和样地分布
03
研究结果
研究结果表明，高密度纯林的种植策略能最大化寒温带樟子松人工林的林分生物量，但这种策略会导致树种丰富度低和树木个体小。因此对于樟子松人工林来说林分生物量与树种丰富度存在权衡。随着林龄的增长，树种丰富度对林分生物量的影响从积极转变为消极，而林分密度的影响始终是积极的。总体而言，林龄对林分生物量的影响最大，其次是林分密度，然后是树种丰富度。研究揭示了寒温带樟子松人工林使林分生物量最大化的造林策略，并强调了：（1）寒温带樟子松人工林的林分生物量与树种丰富度存在权衡；（2）树种丰富度对林分生物量的净效应并不总是正面的，因为消极的选择效应可能会抵消积极的互补效应。
图2｜最大化树高、胸径和林分生物量的种植策略
图3｜不同树种丰富度和林分密度下树高、胸径和林分生物量随林龄的变化
图4｜树种丰富度和林分密度对树高、胸径和林分生物量的影响随林龄的变化
图5｜物种丰富度、林分密度和林龄对树高、胸径和林分生物量的相对重要性
图6｜不同树种丰富度和林分密度下的净效应、互补效应和选择效应
Cite this article
Chen, B.M., Liu, S.S., Yu, J.H., Huang, Y.Q., Yu, S., Liu, H.C., Zhang, T.Y., Liu, X.D., Jin, G.Z., Chen, W., He, X.Y., 2024. Stand biomass of Pinus sylvestris var. mongolica plantations benefits from high density monocultures in the boreal zone. For. Ecosyst. 11, 100222.
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100222
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100222
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1. Tree structure and diversity shape the biomass of primary temperate mountain forests
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100215
2. Integrating remote sensing and 3-PG model to simulate the biomass and carbon stock of Larix olgensis plantation
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3. No effect of invasive tree species on aboveground biomass increments of oaks and pines in temperate forests
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《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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