森林生态系统大样地定位研究综述

罗 佳， 张灿明， 牛艳东， 姚 敏

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

森林生态系统大样地定位研究综述

罗 佳1,2， 张灿明1*， 牛艳东1， 姚 敏1

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

通过对碳循环、生物多样性、全球气候变化等大样地定位研究的热点问题，以及国内外森林大样地定位研究进展的概述，为我国开展森林生态系统大样地定位研究提供可借鉴的理论依据。

森林； 大样地； 定位研究； 生态系统

森林生态系统大样地定位研究是通过在具代表性的自然或人工生态系统地段建立长期定位观测设施，对该固定大样地森林生态系统的组成、结构、营养循环、动植物生产力、能量平衡和水循环等在人为干涉、自然条件下或自然干扰下的动态变化情况与过程进行长期定点监测，以阐明生态系统的内在规律和变化机制。它是国际科研领域研究和揭示生态系统的结构与功能变化规律而采用的最重要和最有效的手段，是认识生态系统化学物质循环和能量平衡过程不可替代的研究方法[1-3]。我国具有热带、亚热带、暖温带、温带和寒温带森林生态系统，也是生物物种资源最丰富、最多样的系统[4]，对于维持物种多样性、增强碳储量和稳定气候环境以及保证自然资源的健康可持续发展与利用具有独一无二的作用[5]。但是随着我国经济的不断发展和城镇化的逐步推进，森林生态系统的破坏、物种的消失、水土流失以及世界大环境下的全球变暖等生态环境问题已引起人们的普遍关注。为解决这些问题，需要对森林生态系统进行全面的分析和研究，这就需要大量科学的基础数据，而通过在森林内设置生态系统固定大样地，定期调查与长期监测，可以有效地解决这些问题。

森林生态系统大样地定位研究主要在于了解森林的物种多样性，以及在人类利用的情况下，对森林物种多样性的影响，可以解决如何可持续利用森林资源等问题[6-7]。同时，对森林生态系统大样地定位研究，也可以阐明森林生态系统结构与水热条件，生物量与生产力，不同树种的种内和种间以及物质与能量循环的关系，为森林资源的合理经营利用提供理论依据，也为国民经济健康发展和我国生态文明建设提供科学指导。本文概述了目前森林生态系统定位研究热点问题及其国内外研究进展，旨在促进我国森林大样地定位研究的科学健康发展。

1 森林大样地定位研究热点内容

1.1 碳循环研究

森林生态系统在全球碳循环中起着不可替代的作用。森林贮存和固定大气中CO2的汇量最大，但是在森林遭到破坏后又是大气中CO2的重要释放源。森林碳储量和释放两者之间的关系是森林大样地定位研究的热点。

西双版纳热带雨林20ha监测样地通过静态箱式以及微气象这两种方法研究热带雨林生态系统碳通量[3]。长白山阔叶红松林25hm2监测样地对温带森林生态系统进行碳循环过程研究[3]。周国逸等对鼎湖山国家自然保护区内固定大样地进行南亚热带常绿阔叶林碳素分配和积累特征研究，并开展生态系统碳通量微气象法观测，通过对400多年的成熟林森林土壤(古老林地)的观测，25年连续数据表明：在该森林0～20cm的土壤层中的有机碳贮存量正在以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续积累有机碳，发挥着巨大的“碳汇”作用，虽然地上部分的生产力几乎为零。

1.2 生物多样性研究

森林生态系统中孕育着主要的陆地生物多样性，而古林地则是拥有丰富生物多样性的生境[9]。森林一旦被破坏，生物多样性将随之受胁迫，直至濒危、丧失。生物多样性的研究及保护成为生物学家、生态学家普遍关注的热点问题。以大型固定样地为主的森林生物多样性监测能为了解生物多样性的变化及其影响，理解物种共存机制等提供详细的数据。关于大样地生物多样性的研究，多集中在濒危物种动态监测、种群分布格局、种间关系等方面。自从1980年Robin Foster和Stephen Hubbell决定在巴拿马Barro Colorado岛建立第一个大型监测样地以来，相继在15个国家及地区建立20个固定监测样地。样地中定位和挂牌监测的木本植物达到6500种，350万株[10]。其中，长白山阔叶红松林25hm2监测样地定位每个胸径大于等于1cm的木本植物以确定每棵树的空间分布，利用软件在大样地进行模拟分析，克服以往小样地取样的主观性，大的取样面积保证了生物多样性研究的准确性[11]，研究了长白山北坡植物群落多样性及其随海拔梯度变化。

1.3 全球气候变化研究

CO2浓度增加、气温升高、降雨等环境因子会对森林产生巨大影响，例如，几乎所有喜湿润树种，都会由于降雨量减少或者旱期延长，物种的多度降低。建立森林大样地可大尺度地长期定位研究森林生态系统结构与水热条件关系。在长白山阔叶红松林25hm2监测样地建成了我国第一座森林水文模拟实验室，为研究森林降雨与径流之间的相互关系提供了实验手段，并进行了森林景观边界动态变化研究。Condit[12]通过研究发现热带森林树种丰富度受到气候变化的影响，16种对水分有严格要求的小树和灌木因为连续25年降雨量减少的原因在样地内趋于消失。

2 国内外森林大样地定位研究进展

2.1 国外森林大样地定位研究进展

早在19世纪中期，欧洲一些国家在农林领域就开展了生态系统定位研究。1843年，英国构建了全球第一个生态系统定位站——洛桑实验站(Rothamsted Expermient Station)，主要进行土壤肥力研究以及肥料效益长期定位实验。20世纪70年代后期，美国提出伟大的长期生态学研究Long-Term Ecological Research (LTER)项目。对森林生态系统进行定位研究则晚近一个世纪，森林大样地的定位研究最早是在1975年建立在哥斯达黎加的被火侵入或是荒废的13hm2的干旱森林，1983年马来西亚建立了一个50hm2的固定样地[13]。 此后，世界各国科学家们围绕着各种科学问题在热带森林建立了各自的大样地，从初期到90年代初发展到18个生态系统定位研究站，其中涉及森林生态系统定位研究站8个。进入20世纪以来，生态系统的观点逐渐为全世界接受以后，很多有名的生态定位站又相继建立。进入20世纪以来，生态系统的观点逐渐为全世界接受且生态定位观测开始趋于网络化，各种生态定位站和监测网络相继建立。近十年该网络的研究已经发展到从景观水平到全球水平，成果颇盛。目前世界持续观测60年以上的实验站已有30多个。主要集中在欧洲、前苏联、美国、日本、印度等发达国家[6,14-16]。

2.2 国内森林大样地定位研究进展

我国森林生态系统定位研究及监测开始于20世纪50年代，在云南和四川开始了森林生态系统定位研究，并且在云南西双版纳建立了我国第一个森林生态系统定位站，随后在四川米亚罗建站。60～80年代，森林生态定位研究站规模不断扩大和完善，并逐渐向网络化初期发展，到目前为止，我国已建成森林生态系统定位站26个，分别属于中国科学院、国家林业局及台湾行政科学委员会。三者分别有7个、15个和4个[6,17-18]。在2004年，我国在中国云南的西双版纳开始筹建我国大陆第一个热带森林定位观测的大样地，但取样面积最大不过1hm2，其实远没有达到所谓的最小面积。同时中国台湾富山样地已经加入CTFS研究中心。随后，在我国不同的气候带，中国森林生物多样性监测网络构建了多个森林动态监测大样地，其中包括鼎湖山南亚热带常绿阔叶林20hm2监测大样地、长白山阔叶红松林25hm2监测大样地等，这些大样地逐渐成为我国生物多样性监测和研究的重要平台。

3 展望

森林生态系统定位研究热点问题包括[19]：碳循环、生物多样性、全球气候变化等。基于湖南省森林资源的研究现状及其资源多样性，为了更好地保护和利用好森林资源，通过建立森林生态系统大样地深入对我省生态系统的功能、结构和发展规律等进行长期定位观测研究，为湖南森林资源保护和利用政策提供科学保证。湖南省林业科学院生态研究所对在西欧尤其在英国备受重视的古林地进行了研究，探讨了英国制作古林地名录清单的方法以及生物多样性与古林地保护的关系[20]等方面的内容。2012年，在八大公山国家级自然保护区核心区建立了面积25hm2以古林地为主要研究对象的大型固定样地，作为全国林业系统建立的第一个古林地大样地，建成及随后的投入使用都将为亚热带古林地生态系统功能的评价提供技术支撑，同时为濒危物种保护和提高自然保护区管理水平提供依据，为十八大提出的“美丽中国”保驾护航。

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(文字编校：杨 骏)

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

国家林业局948项目(项目编号:2009-4-46)。

罗 佳(1983 — )，女，湖南省长沙市人，博士生，主要从事生态学、水土保持学研究。

* 为通讯作者。

Q 948

A

1003 — 5710(2013)04 — 0079 — 03

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