樹種多樣性有多重要，數據說了算

　　在過去的36年里，中國實施了大量造林和種植方案。那么，什么樣的造林方案能將植被的固碳能力發揮得更好？近期《英國皇家學會學報B》在線發表的一項研究為你揭曉答案。

　　隨著溫室氣體效應引起的全球變暖和氣候變遷，研究全球碳循環調控機制，并遏制溫室氣體濃度的持續升高，是生態、氣候研究領域的一項核心任務。

　　森林生態系統能在較長時間內累積大量碳，是全球碳循環非常重要的組成部分，森林碳占陸地碳庫比例可達45%之多。因此，植樹造林成了寄托人類降低溫室氣體濃度、減緩氣候變暖趨勢的希望。

　　在過去的幾十年時間里，我國一系列重大生態工程，如天然林保護工程、退耕還林還草工程、防護林工程等，已經證明了人類有效干預能夠提高陸地生態系統的固碳能力。

　　在區域范圍內，中國東南部的亞熱帶森林是一個主要的潛在碳匯，在過去的36年里，中國實施了大量造林和種植方案。然而，什么樣的造林方案能將植被的固碳能力發揮得更好，又或者說，當下的造林方式在固碳能力方面是否存在弊端，卻沒能得到很好的解答。

　　近期，《英國皇家學會學報B》（Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences）在線發表的一項研究找到了答案。

　　樹種多樣性與碳儲存的關系

　　在19世紀，達爾文曾經表述過這樣一個觀點，如果人們在一塊土地上僅播種一個草種，同時在另一塊相像的土地上播種若干不同屬的草種，那么在后一塊土地上能夠生長更多的植物，收獲更大重量的干草。他的意思是說，有更高植物物種豐富度的群落會有更高的初級生產力。

　　在此后兩個世紀中，無數科學家針對生物多樣性和生態系統功能之間的關系進行了觀察、實驗、研究，直到現在，它仍是生態學領域內的一個重大的科學問題。而固碳能力就是生態系統重要的服務功能之一。

　　過去，不同物種多樣性程度的森林之間的固碳差異以及背后的機制尚不清楚。因此，厘清物種多樣性對森林固碳能力的影響及其機制，對于森林管理和保護具有非常重要的意義。

　　于是，從2008年起，中科院植物研究所馬克平團隊和德國、瑞士的生態學家組成的國際團隊試圖去厘清一個未被精確計算的問題，森林中存在的樹種數量到底如何影響其碳儲存的能力？

　　中國是世界上亞熱帶常綠闊葉林最典型且分布面積最大的國家，四川、江西、浙江等都是典型的分布區。由于該地區人口密集，森林破壞比較嚴重，原始林或老齡林已經很難找到。

　　這一次，為了找到答案，研究人員在浙江省開化縣古田山國家級自然保護區內不同演替階段（林齡）的森林中，建立了27個固定樣地，每個樣地面積為（30×30）米，每個森林群落的樹種為3種到20種不等，林分年齡22～116年，共進行了連續6年的全方位綜合監測。

　　每增一樹種，總碳儲量加6.4％

　　與以往研究不同的是，這一次，生態學家在一個森林群落中的監測項目更為全面，共有6個碳儲量和4個碳通量項目組成。分別是通過地上木本植物碳、地上草本植物碳、地表枯落物碳、枯死木碳、根系碳和土壤碳監測碳儲量；通過地上生物量碳增量、枯落物碳動態、枯死木碳動態和土壤呼吸監測碳通量。

　　中科院植物研究所副研究員、論文第一作者劉曉娟告訴《中國科學報》記者，過去樹木物種豐富度對森林碳循環重要性的研究主要集中在地上林木部分，很少涉及地表枯落物、枯死木和根系部分，有關土壤碳的監測也只是少數。因此，這項研究的數據獲取尤為珍貴。

　　監測結果顯示，所有樣地的平均碳儲量為每公頃149噸，其中，地上碳為每公頃56噸，地表碳為每公頃11.5噸，地下碳（土壤和根系）為每公頃80.5噸。而在這些固存的碳中，樹種豐富度帶來的碳庫存變化的影響力為28.5％，樹木年齡的影響力為29.4％。

　　劉曉娟表示，物種多樣性和林齡對碳循環的影響是相互疊加的。已有的研究已經證明了，隨著時間的推移，樹木會儲存更多的碳。所以，老齡林的碳儲量比幼齡林和中齡林更高這一結果是研究人員意料之中的。

　　這項研究更重要的數據結果由研究人員計算得到，即在研究區域每增加一個樹種，森林群落的總碳儲量就會增加6.4％。

　　為什么森林群落樹種多樣性可以改善碳儲存？要想回答這個問題，還必須回到物種多樣性對生態系統功能的作用機制的經典討論。

　　生物學上有一種機制叫作“生態位互補假說”。它指的是，同一群落中，物種間存在著生態位的差異，因而物種數多的群落中生物所占據的“功能空間”范圍更廣。因此，有更高物種豐富度的系統能更有效地利用各種資源，有更高的生產力；而且系統中物種之間的生態位差異愈大，物種豐富度對系統功能的作用愈強。

　　對應于這項研究，相關研究人員在接受英國氣候變化分析網站CarbonBrief的采訪時解釋，可能是不同的樹種在樹冠中占據不同的高度和空間，這意味著不同的樹冠能夠更好地捕捉進來的陽光，通過光合作用儲存碳。馬克平補充，地下根系也會因為分布在不同層次而更充分地利用資源。

　　此外，CarbonBrief在報道中還提到了一種解釋，“多樣化的森林吸引更多的動物，其中有許多是作為傳粉者幫助植物繁殖，而較高的授粉率能使森林更快地生長，從而更快地吸收二氧化碳”。馬克平表示，這是涉及物種多樣性與生態系統功能的研究中，目前比較受關注的物種相互作用和共存機制。

　　由單一純林變為混交林

　　過去，中國的人工林種植的一大特點是單一物種種植。以南方為例，種植面積較大的優勢樹種有杉木和馬尾松等。

　　研究假設中國單一樹種種植的人造林的碳儲量每年為30.3×106噸，初步估計價值為4億美元，按該研究推算，如果將這些人造林（0.89×106公頃）用10種樹種的混合林來代替，那么增加的碳庫存將額外產生3億美元的收益。

　　因此，這項研究將給人造林工程的決策和管理提供重要的數據依據和改進思路。

　　“人工林的經營可以有不同的策略，一種方案不可能適合所有的情況。”馬克平在采訪中談到，“有些地方從木材生產角度考慮想快速見效，也不能說營造速生林不對。但從長遠考慮，我們建議，植樹造林工作能夠多采用更多物種的混交林，而非快速生長的單一純林，這樣的效果會更持久、穩定，因為混交林在抵御病蟲害方面具有獨特的優勢。”

　　劉曉娟也表示，“與速生的純林相比，混交林在前期需要花費的采種育苗時間更長，生長更慢，死亡率也相對較高。但造林工程是項長期工程，十年以后，我們就會發現，混交林的碳庫存會遠遠高于前者，收益更大，而且天然林的自然景觀遠遠好過人工純林”。

　　她還提到，除了種植混交林，在保護自然林的過程中，管理者需要意識到，即便在林齡較小的森林中，也應當盡可能保留樹種多樣性高的部分，不要隨意砍伐。

　　事實上，即便不考慮固碳的因素，物種多樣性對森林生態系統的影響也非常關鍵。已有的研究已經證明，速生林中病蟲害的增加、抵御自然災害能力下降、地力衰退等問題，都與多樣性不足有著密切關系。因此，保護生物多樣性，其實是在保護森林生態系統整體功能的發揮。

　　早在十年前，國家自然科學基金委員會和德國科學研究會就共同資助了由中國、德國、瑞士三國科學家聯合開展的多學科重大國際合作項目——中國亞熱帶森林生物多樣性與生態系統功能實驗研究（BEF-China），該項目在江西德興市新崗山鎮建立了大型森林控制實驗樣地，在全球范圍內是包含樹種最多、涉及多樣性水平最高的。

　　馬克平希望，這些研究可以針對關鍵科學問題整合數據資源，發展生物多樣性理論，同時，在森林生態系統的實際決策、管理和保護中傳達和強調多樣性的價值。