野火干扰对中国北方针叶林功能多样性及生产力和生态弹性的影响

Plant functional traits and diversity are closely related to ecosystem functions, which can be used to predict changes of ecosystem functions to a certain degree. In boreal forest, plant functional traits and diversity are strongly affected by wildfire disturbance, and there is still considerable uncertainty concerning the magnitude and direction of such influences. Using field investigation and laboratory analysis methods, the proposed research is going to resolve the following three questions: (1) How does wildfire disturbance affect functional diversity of overstory and understory vegetation, respectively? Can the intermediate disturbance hypothesis explain the functional diversity patterns of boreal forest? (2) Is there a positive relationship between functional diversity and productivity (DPR) in post-fire boreal forest? If so, which mechanism is more important to determine the DPR, niche complementary or selection effect? (3) How does wildfire severity affect boreal forest resilience? What is the relationship between functional diversity and ecological resilience? This study will promote our understanding on how wildfire disturbance affect ecosystems’ structure and functions, and provide guidelines for post-fire vegetation restoration and diversity conservation.

植物功能性状及其多样性与生态系统功能关系密切，并在一定程度上能够指示生态系统功能的变化。在北方针叶林中，植物的功能性状及其多样性受到林火干扰的强烈影响，且影响的幅度和方向存在较大的不确定性。本研究将通过野外调查和实验分析，拟解决以下三个科学问题：（1）林火干扰如何影响北方针叶林林冠层及林下植被层功能多样性？中度干扰假说是否适用于北方针叶林功能多样性格局？（2）火后北方针叶林功能多样性与生产力是否呈正相关关系？若呈正相关关系，该关系是由生态位互补效应所驱动还是由取样效应所驱动？（3）林火烈度如何影响北方针叶林生态系统的弹性？生态系统弹性与功能多样性存在怎样的相关性？本研究可以为深入理解林火干扰对生态系统结构与功能的影响方面提供理论依据，为制定火后植被恢复及生物多样性保护措施提供实践支持。

林火是北方针叶林最主要的自然干扰类型，可迅速改变生态系统的结构和功能。在自然条件下，虽然林火是北方针叶林主要的自然干扰，但是北方针叶林生态系统是适应火的系统，一定程度的林火干扰会促进北方针叶林的更新。但是由于气候变化与人为干扰，发生极端大火的概率增加，导致火烧烈度与火烧面积增加，可能会超过北方针叶林生态系统的弹性范围，进而引起火后演替轨迹发生变化。而经典火干扰理论认为，在北方针叶林地区，林火烈度是决定火后森林演替轨迹最重要的因子。低烈度火烧，火后树木更新苗的组成和火前林型一致；高烈度火烧，火后演替轨迹显著改变。然而，由于北方针叶林生态系统的复杂性和林火干扰发生的不确定性，导致目前对于森林生态系统多样性、生产力、弹性及林火干扰之间关系认识尚不明确。因此，本项目研究目标是通过调查不同火烧烈度、不同立地年龄和地地形下北方针叶林林冠层及林下植被层功能多样性和生产力，探讨林火干扰对针叶林功能多样性与生产力和生态弹性关系的影响，为火后植被恢复、生物多样性保护及合理的火后森林管理措施提供科学依据。本项目拟采用野外调查和实验分析相结合的方法，研究内容包括三个方面：（1）林火干扰对北方针叶林火后恢复与生态系统弹性的影响；（2）林火干扰对北方针叶林不同林层功能多样性影响；（3）林火干扰对北方针叶林功能多样性与生产力关系的影响。研究结果表明：北方针叶林不同林层（乔灌草）对林火干扰具有不同的反应特征；火烧烈度对火后树木更新苗密度和地上生物量有强烈的影响，火烧烈度通过显著改变火后树木更新苗的密度和组成来影响北方针叶林生态系统弹性；火后林下植被的恢复主要受到立地年龄和地形的影响，火烧烈度对林下植被的影响较小，林下植被对火烧烈度具有一定的抗性。本项目为火后植被恢复、生物多样性保护及合理的火后森林管理措施提供科学依据。