“海南热带雨林恢复过程中的生物多样性变化规律研究”通过科技成果鉴定

作者:尖峰岭站  更新时间:2017-10-11

2017年9月26日~27日,国家林业局科技司委托中国林学会在海南尖峰岭主持召开科技成果鉴定会,对中国林业科学研究院热带林业研究所(海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站)主持,中国林业科学研究院森林环境与保护研究所、华南农业大学和海南尖峰岭国家级自然保护区管理局共同参与完成的“海南热带雨林恢复过程中的生物多样性变化规律研究”进行了鉴定。该科技成果从以下5个方面取得了突破:

(1)优化了热带雨林森林生物多样性监测研究系统,建立了一个精细的区域尺度热带天然林植被动态监测样地系统。定位调查了“60 hm2大样地+180个公里网格样地”样地系统内所有胸径大于等于1 cm的木本植株,获得了近700种乔灌木的600多万个数据;建立了5个基础数据库——植被调查、植物功能性状、植物系统发育信息、植物形态图片库和土壤环境因子数据库。该监测系统建立的科学意义在于探索物种组成十分复杂的热带雨林生物多样性由点及面的时空变化格局、维持机制和评估区域范围内的森林长期恢复动态规律。

(2)基于理论模型评估了区域物种多样性,改进了区域物种丰富度评估技术。成果使用样地监测系统数据针对如何估计区域物种丰富度进行了一系列对比,分析了12种国际上流行的估计区域物种多样性方法的适用条件,首次构建了一个简化的估计区域尺度物种丰富度的模型——改进的最大熵估计模型,使模型更简洁易于理解,大大减少了模型代入参数的复杂性和计算时间,提高了估计区域物种丰富度的有效性和普适性。并发现微生物基因芯片GeoChip方法能有效鉴定热带森林土壤微生物分类群及研究微生物基因多样性。

(3)探明了热带雨林主要植物种群属性、空间关系和分布格局,发现了一批植物和真菌新种和新记录种。对60 hm2大样地已经获得了超过600万个个体属性、主要种群的功能性状与系统发育的海量数据综合了分析,并关联土壤理化性质数据等,编撰出版了研究专著《海南尖峰岭热带山地雨林——群落特征、树种及其分布格局》和多篇文章。首次在较大区域尺度上摸清了290个海南热带雨林主要树种的种群数量特征、空间关系和分布格局、探明了其与地形和土壤的关联特征。发现43.8%的物种呈现聚集分布,53.4%的物种呈现随机分布,仅有2.8%(8个物种)呈现均匀分布。这些物种在野外的种群规模大不一,对不同生境有不同需求。例如,常见植物长脐红豆和一些外生菌根植物对土壤N有明显的偏好,而柏拉木和变色山槟榔对沟谷地形有明显偏好;对群落组成和多样性构成贡献较大的稀有种明显局限于不同特定生境条件生长,除与其自身生物学特性有关外,更重要的是受生境条件影响。成果还发现了一批植物新种,丰富了我国海南热带天然林生物资源本底数据,包括植物新种5个(尖峰马兜铃、乐东马兜铃、尖峰霉草、海南线柱兰、海南桦);海南新分布记录植物种2个(桂越马蓝、无叶鳔唇兰),真菌新种1个;出版《海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站——生物物种数据集》。

(4)探索了天然林自然恢复的机理,提出了稀有物种是评价森林恢复效果指示物种的新观点。通过对区域尺度的样地系统数据进行分析,发现采伐后的热带森林经过近半个世纪自然更新,物种丰富度总体上能恢复到原始林的80%左右或接近原始林水平,但森林结构的恢复较慢,特别是胸高断面积(林木蓄积量或生物量的重要指标)尚未得到完全恢复,半个世纪后仍以中小径材为主,换算年材积均增长约2%;发现径级择伐比皆伐方式其森林更容易恢复,不同采伐方式可导致后期演替方向偏差,其机理是森林恢复初期稀有物种的存在与否,是决定森林群落物种丰富度和群落结构恢复的关键因素,是决定森林恢复演替方向和生物多样性组成的指示物种。

(5)解释了热带雨林稀有物种与常见物种如何实现共存机制,提出了新的保育策略。通过数据分析和建模,发现在同一个具有明显生境梯度条件的区域中,植物种类受气候和土壤条件共同影响呈现多个热点分布区;森林中稀有物种和常见物种对生境利用存在分离现象,常见物种多分布于潮湿、相对凉爽和高土壤氮区域;稀有物种倾向于生长在相对温暖、高土壤钾、钙、镁、特别是高磷区域。有些森林小区域虽然总体物种多样性指数较低,但却是稀有物种的偏好生长区域,在自然保护优先区域划分的时候经常被忽略,需要得到优先保护。另外还发现在热带天然林诸多环境和生物因子中,相对湿度和宿主的胸高断面积是主要影响热带雨林中附生植物多样性的因子,而非土壤环境。因此对一些附生植物,特别是附生兰科植物进行保护的时候,需要关注改善其关键的相对湿度条件,并促进宿主植物的快速生长恢复。

鉴定委员会专家通过实地考察、审阅材料、听取汇报,经质询和讨论后一致认为:在技术方法方面,该成果创立了点面结合的“大样地+公里网格样地”区域热带天然林动态监测样地系统,对完善国家森林生物多样监测体系、为国家生物多样性保护行动计划的实施提供技术支撑,为国家制定森林抚育、恢复与保护等生态文明建设指标体系提供重要科学依据。在理论研究方面,该成果建立和验证了新的热带地区森林植物多样性评估简化模型,为区域物种多样性评估提供了有效方法;探明了植物多样性恢复与土壤、气候等因子的定量关系,揭示了稀少种和常见种的权衡关系是决定热带森林群落物种恢复程度的关键因素,为热带地区森林植物多样性恢复提供理论基础。在应用方面,该成果已经在海南、广东等省的森林生物多样性监测、生态效益评估中得到广泛应用,对热带地区,特别是海南生态公益林管理、天然林保护工程实施的社会效益、生态效益等评估有重要意义,对实施生态修复工程、绿化宝岛行动等社会实践提供技术支撑。成果总体上达到同类研究的国际领先水平。

该研究成果是海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站联合多个合作单位,历时10余年在海南尖峰岭热带雨林区域生物多样性和森林植被恢复方面的阶段性技术总结。项目来源于林业公益性行业科研专项(热带雨林生物多样性维持与自然恢复策略研究,201104057,164万元)、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(海南岛热带雨林动态监测大样地建立及监测,RITFYWZX200902,80万元;基于大样地系统的热带森林动态监测研究,CAFYBB2011004,290万元;尖峰岭大样地系统的数据集成与野外手册编制,RITFYWZX201204,24.2万元)、国家自然科学基金项目(热带雨林物种,功能和系统发育多样性的关联性及影响因素,41201192,26万元、海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站2009-2015年运行费(经费来源于科技部和国家林业局)等。 

  

国家林业局科技司和中国林学会领导实地考察样地

 

  

 鉴定专家实地考察样地

 

 

科技成果鉴定会会场


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