羅 佳， 張燦明， 牛艷東， 姚 敏

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 410004)

森林生態(tài)系統(tǒng)大樣地定位研究綜述

羅 佳1,2， 張燦明1*， 牛艷東1， 姚 敏1

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 410004)

通過對碳循環(huán)、生物多樣性、全球氣候變化等大樣地定位研究的熱點問題，以及國內(nèi)外森林大樣地定位研究進展的概述，為我國開展森林生態(tài)系統(tǒng)大樣地定位研究提供可借鑒的理論依據(jù)。

森林； 大樣地； 定位研究； 生態(tài)系統(tǒng)

森林生態(tài)系統(tǒng)大樣地定位研究是通過在具代表性的自然或人工生態(tài)系統(tǒng)地段建立長期定位觀測設(shè)施，對該固定大樣地森林生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)循環(huán)、動植物生產(chǎn)力、能量平衡和水循環(huán)等在人為干涉、自然條件下或自然干擾下的動態(tài)變化情況與過程進行長期定點監(jiān)測，以闡明生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律和變化機制。它是國際科研領(lǐng)域研究和揭示生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能變化規(guī)律而采用的最重要和最有效的手段，是認識生態(tài)系統(tǒng)化學(xué)物質(zhì)循環(huán)和能量平衡過程不可替代的研究方法[1-3]。我國具有熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶和寒溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)，也是生物物種資源最豐富、最多樣的系統(tǒng)[4]，對于維持物種多樣性、增強碳儲量和穩(wěn)定氣候環(huán)境以及保證自然資源的健康可持續(xù)發(fā)展與利用具有獨一無二的作用[5]。但是隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化的逐步推進，森林生態(tài)系統(tǒng)的破壞、物種的消失、水土流失以及世界大環(huán)境下的全球變暖等生態(tài)環(huán)境問題已引起人們的普遍關(guān)注。為解決這些問題，需要對森林生態(tài)系統(tǒng)進行全面的分析和研究，這就需要大量科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而通過在森林內(nèi)設(shè)置生態(tài)系統(tǒng)固定大樣地，定期調(diào)查與長期監(jiān)測，可以有效地解決這些問題。

森林生態(tài)系統(tǒng)大樣地定位研究主要在于了解森林的物種多樣性，以及在人類利用的情況下，對森林物種多樣性的影響，可以解決如何可持續(xù)利用森林資源等問題[6-7]。同時，對森林生態(tài)系統(tǒng)大樣地定位研究，也可以闡明森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與水熱條件，生物量與生產(chǎn)力，不同樹種的種內(nèi)和種間以及物質(zhì)與能量循環(huán)的關(guān)系，為森林資源的合理經(jīng)營利用提供理論依據(jù)，也為國民經(jīng)濟健康發(fā)展和我國生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)。本文概述了目前森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究熱點問題及其國內(nèi)外研究進展，旨在促進我國森林大樣地定位研究的科學(xué)健康發(fā)展。

1 森林大樣地定位研究熱點內(nèi)容

1.1 碳循環(huán)研究

森林生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中起著不可替代的作用。森林貯存和固定大氣中CO2的匯量最大，但是在森林遭到破壞后又是大氣中CO2的重要釋放源。森林碳儲量和釋放兩者之間的關(guān)系是森林大樣地定位研究的熱點。

西雙版納熱帶雨林20ha監(jiān)測樣地通過靜態(tài)箱式以及微氣象這兩種方法研究熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)碳通量[3]。長白山闊葉紅松林25hm2監(jiān)測樣地對溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)進行碳循環(huán)過程研究[3]。周國逸等對鼎湖山國家自然保護區(qū)內(nèi)固定大樣地進行南亞熱帶常綠闊葉林碳素分配和積累特征研究，并開展生態(tài)系統(tǒng)碳通量微氣象法觀測，通過對400多年的成熟林森林土壤(古老林地)的觀測，25年連續(xù)數(shù)據(jù)表明：在該森林0～20cm的土壤層中的有機碳貯存量正在以0.61tC/(hm2·a)的平均速度增加[8]。因此，成熟森林地下土壤可以持續(xù)積累有機碳，發(fā)揮著巨大的“碳匯”作用，雖然地上部分的生產(chǎn)力幾乎為零。

1.2 生物多樣性研究

森林生態(tài)系統(tǒng)中孕育著主要的陸地生物多樣性，而古林地則是擁有豐富生物多樣性的生境[9]。森林一旦被破壞，生物多樣性將隨之受脅迫，直至瀕危、喪失。生物多樣性的研究及保護成為生物學(xué)家、生態(tài)學(xué)家普遍關(guān)注的熱點問題。以大型固定樣地為主的森林生物多樣性監(jiān)測能為了解生物多樣性的變化及其影響，理解物種共存機制等提供詳細的數(shù)據(jù)。關(guān)于大樣地生物多樣性的研究，多集中在瀕危物種動態(tài)監(jiān)測、種群分布格局、種間關(guān)系等方面。自從1980年Robin Foster和Stephen Hubbell決定在巴拿馬Barro Colorado島建立第一個大型監(jiān)測樣地以來，相繼在15個國家及地區(qū)建立20個固定監(jiān)測樣地。樣地中定位和掛牌監(jiān)測的木本植物達到6500種，350萬株[10]。其中，長白山闊葉紅松林25hm2監(jiān)測樣地定位每個胸徑大于等于1cm的木本植物以確定每棵樹的空間分布，利用軟件在大樣地進行模擬分析，克服以往小樣地取樣的主觀性，大的取樣面積保證了生物多樣性研究的準確性[11]，研究了長白山北坡植物群落多樣性及其隨海拔梯度變化。

1.3 全球氣候變化研究

CO2濃度增加、氣溫升高、降雨等環(huán)境因子會對森林產(chǎn)生巨大影響，例如，幾乎所有喜濕潤樹種，都會由于降雨量減少或者旱期延長，物種的多度降低。建立森林大樣地可大尺度地長期定位研究森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與水熱條件關(guān)系。在長白山闊葉紅松林25hm2監(jiān)測樣地建成了我國第一座森林水文模擬實驗室，為研究森林降雨與徑流之間的相互關(guān)系提供了實驗手段，并進行了森林景觀邊界動態(tài)變化研究。Condit[12]通過研究發(fā)現(xiàn)熱帶森林樹種豐富度受到氣候變化的影響，16種對水分有嚴格要求的小樹和灌木因為連續(xù)25年降雨量減少的原因在樣地內(nèi)趨于消失。

2 國內(nèi)外森林大樣地定位研究進展

2.1 國外森林大樣地定位研究進展

早在19世紀中期，歐洲一些國家在農(nóng)林領(lǐng)域就開展了生態(tài)系統(tǒng)定位研究。1843年，英國構(gòu)建了全球第一個生態(tài)系統(tǒng)定位站——洛桑實驗站(Rothamsted Expermient Station)，主要進行土壤肥力研究以及肥料效益長期定位實驗。20世紀70年代后期，美國提出偉大的長期生態(tài)學(xué)研究Long-Term Ecological Research (LTER)項目。對森林生態(tài)系統(tǒng)進行定位研究則晚近一個世紀，森林大樣地的定位研究最早是在1975年建立在哥斯達黎加的被火侵入或是荒廢的13hm2的干旱森林，1983年馬來西亞建立了一個50hm2的固定樣地[13]。 此后，世界各國科學(xué)家們圍繞著各種科學(xué)問題在熱帶森林建立了各自的大樣地，從初期到90年代初發(fā)展到18個生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，其中涉及森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站8個。進入20世紀以來，生態(tài)系統(tǒng)的觀點逐漸為全世界接受以后，很多有名的生態(tài)定位站又相繼建立。進入20世紀以來，生態(tài)系統(tǒng)的觀點逐漸為全世界接受且生態(tài)定位觀測開始趨于網(wǎng)絡(luò)化，各種生態(tài)定位站和監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)相繼建立。近十年該網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)發(fā)展到從景觀水平到全球水平，成果頗盛。目前世界持續(xù)觀測60年以上的實驗站已有30多個。主要集中在歐洲、前蘇聯(lián)、美國、日本、印度等發(fā)達國家[6,14-16]。

2.2 國內(nèi)森林大樣地定位研究進展

我國森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究及監(jiān)測開始于20世紀50年代，在云南和四川開始了森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究，并且在云南西雙版納建立了我國第一個森林生態(tài)系統(tǒng)定位站，隨后在四川米亞羅建站。60～80年代，森林生態(tài)定位研究站規(guī)模不斷擴大和完善，并逐漸向網(wǎng)絡(luò)化初期發(fā)展，到目前為止，我國已建成森林生態(tài)系統(tǒng)定位站26個，分別屬于中國科學(xué)院、國家林業(yè)局及臺灣行政科學(xué)委員會。三者分別有7個、15個和4個[6,17-18]。在2004年，我國在中國云南的西雙版納開始籌建我國大陸第一個熱帶森林定位觀測的大樣地，但取樣面積最大不過1hm2，其實遠沒有達到所謂的最小面積。同時中國臺灣富山樣地已經(jīng)加入CTFS研究中心。隨后，在我國不同的氣候帶，中國森林生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了多個森林動態(tài)監(jiān)測大樣地，其中包括鼎湖山南亞熱帶常綠闊葉林20hm2監(jiān)測大樣地、長白山闊葉紅松林25hm2監(jiān)測大樣地等，這些大樣地逐漸成為我國生物多樣性監(jiān)測和研究的重要平臺。

3 展望

森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究熱點問題包括[19]：碳循環(huán)、生物多樣性、全球氣候變化等?；诤鲜∩仲Y源的研究現(xiàn)狀及其資源多樣性，為了更好地保護和利用好森林資源，通過建立森林生態(tài)系統(tǒng)大樣地深入對我省生態(tài)系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)和發(fā)展規(guī)律等進行長期定位觀測研究，為湖南森林資源保護和利用政策提供科學(xué)保證。湖南省林業(yè)科學(xué)院生態(tài)研究所對在西歐尤其在英國備受重視的古林地進行了研究，探討了英國制作古林地名錄清單的方法以及生物多樣性與古林地保護的關(guān)系[20]等方面的內(nèi)容。2012年，在八大公山國家級自然保護區(qū)核心區(qū)建立了面積25hm2以古林地為主要研究對象的大型固定樣地，作為全國林業(yè)系統(tǒng)建立的第一個古林地大樣地，建成及隨后的投入使用都將為亞熱帶古林地生態(tài)系統(tǒng)功能的評價提供技術(shù)支撐，同時為瀕危物種保護和提高自然保護區(qū)管理水平提供依據(jù)，為十八大提出的“美麗中國”保駕護航。

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(文字編校：楊 駿)

Theresearchreviewonlarge,long-termplotlocationofforestecosystem

LUO Jia1,2, ZHANG Canming1*, NIU Yandong1, YAO Min1

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China； 2.Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004, China)

This paper has overviewed the hot topics of large scale plot of forest ecosystem such as carbon cycling, biodiversity, climate change and so on，as well as positioning research progress at home and abroad.The paper aims to provide theoretical basis for further research on large scale plot location of forest ecosystem in our country.

forest; large, long-term plot; located research; ecosystem

2013 — 07 — 03

國家林業(yè)局948項目(項目編號:2009-4-46)。

羅 佳(1983 — )，女，湖南省長沙市人，博士生，主要從事生態(tài)學(xué)、水土保持學(xué)研究。

* 為通訊作者。

Q 948

A

1003 — 5710(2013)04 — 0079 — 03

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2013. 04. 020