综述:温带与北方森林恢复措施对生物多样性的影响

时间:2026年5月16日
来源:Conservation Biology

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研究人员开展了一项系统评价与Meta分析,旨在量化局部采伐、抚育间伐、林下植被清除、计划烧除、枯立木增补及上述措施组合对温带与北方森林生物多样性的影响。通过对93项相关研究的数据整合,结果表明恢复措施总体上显著提升了森林物种的丰富度与多度,但该效应在不同措施与

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研究人员开展了一项系统评价与Meta分析,旨在量化局部采伐、抚育间伐、林下植被清除、计划烧除、枯立木增补及上述措施组合对温带与北方森林生物多样性的影响。通过对93项相关研究的数据整合,结果表明恢复措施总体上显著提升了森林物种的丰富度与多度,但该效应在不同措施与分类群间存在异质性。植物与飞行无脊椎动物对恢复措施的响应最为一致且正向;而其他类群的响应未达统计学显著性,部分类群甚至出现负向响应,例如抚育间伐与林下植被清除对鸟类产生负面影响,计划烧除则降低了苔藓与地衣的丰富度。恢复措施的效应随时间推移总体趋于增强,但现有数据中83%来自恢复实施后的10年内,因此长期影响仍待进一步评估。由于不同恢复措施对不同分类群具有特异性增益,促进森林生物多样性需要在景观尺度上综合应用多种恢复措施。当前评估多局限于局地尺度,未来亟需开展景观尺度的生物多样性效应研究。
引言
温带与北方森林占全球森林面积的43%,大尺度工业林业的广泛应用形成了大面积同龄林分,并以40至120年为周期进行皆伐,导致森林结构简单化与自然动态过程中断。皆伐虽可惠及适应自然干扰的早期演替物种,但对火干扰等的抑制不利于依赖火烧生境的物种;同时,生产林中普遍缺失大径级老龄树木、特定质量枯立木等晚期演替物种所需的结构,加之微气候突变敏感性物种无法适应皆伐经营体系,导致大量森林物种濒危风险上升。为缓解工业林业的负面效应,传统保护方式以设立保护区为主,而恢复措施则通过在保护区与生产林中模拟自然干扰、重建森林动态过程发挥作用:短期内通过提高林冠开度惠及早期演替物种,长期则提升林分异质性与关键结构形成速度。常用措施包括局部采伐(移除成熟大径级树木而非全林分皆伐)、抚育间伐(幼龄林阶段移除幼树或林下灌木以降低竞争)、计划烧除(可控火烧以提升结构多样性与枯立木资源)、枯立木增补(就地伐倒或外源引入枯木)。现有单一措施研究已积累较多,但缺乏跨措施、跨分类群的综合定量评估,且多数研究仅关注短期效应,长期动态与景观尺度效应仍不明确。本研究旨在通过系统评价明确恢复措施是否整体促进森林生物多样性、效应是否存在措施与分类群异质性,以及短长期效应的差异。
方法
检索策略与检索词
研究基于Bernes等人2015年的系统图谱数据库,补充检索2015年后发表的文献。检索词分为生境类型(森林、林地、针叶林、阔叶林、混交林等)、恢复措施(保护、恢复、计划烧除、抚育间伐、局部采伐、枯立木增补等)与结果指标(多样性、丰富度、多度、枯立木、森林结构等)三类,采用布尔逻辑运算符组合,覆盖Web of Science、Scopus等8个数据库与Google Scholar,检索语言包含英语与瑞典语,检索时间范围为2014年至今。
筛选流程与纳入标准
经去重后获得21348篇候选文献,由研究人员分三阶段筛选:标题初筛排除无关研究,摘要复筛保留潜在相关研究,全文终筛确定最终纳入文献。纳入标准为:研究区域位于温带或北方植被区(含北美黄松林);研究对象为局部采伐、抚育间伐、林下植被清除、计划烧除、枯立木增补及其组合;评估指标为陆生分类群的物种丰富度或多度(不含单一物种研究、树木、土壤种子库、入侵物种);研究设计包含干预前基线调查(实施前≤5年)与至少1次干预后调查(间隔≥1年);数据包含均值、方差与样本量,缺失数据联系原作者获取。
数据提取
最终纳入93项研究的84个站点数据,提取每项研究各调查时点的均值、标准差与样本量,通过Plot Digitizer软件提取图表数据,合并同一实验的多来源数据以避免重复计数。将分类群归并为植物、鸟类、两栖爬行类、小型哺乳动物、真菌、苔藓、地衣、飞行无脊椎动物、地面无脊椎动物、土壤无脊椎动物十大类群,记录林分类型、恢复措施、调查时长、地理位置等协变量。
Meta分析
采用Hedges’ g计算标准化均值差(SMD)作为效应量,正值代表恢复后物种丰富度或多度提升。使用metafor包4.6版在R 4.0.0环境中运行多层模型,以研究ID与站点ID为随机因子控制非独立性,通过方差-协方差矩阵处理同一研究多次调查的共享基线问题。首先运行随机效应模型计算总效应量,以恢复后年限、林分类型、响应变量为调节因子解析异质性来源;其次分析分类群与恢复措施的交互效应,并针对单一措施开展亚组分析;最后针对各分类群分析时间动态。
敏感性分析与发表偏倚
敏感性分析仅保留各研究最后一次调查数据,并测试不同时间截断值(≤20、≤15、≤10、≤5年)对结果的影响。发表偏倚通过漏斗图对称性与回归检验进行评估。
结果
概述
共纳入1084个数据点,主要来自北美(73%)与欧洲(26%),58%来自针叶林,26%来自混交林,14%来自阔叶林。测量指标中物种丰富度占51%、多度占49%。恢复措施以局部采伐(39%)、抚育间伐(24%)、计划烧除(21%)为主,研究类群以植物(38%)与鸟类(20%)最多。83%的数据点来自恢复实施后10年内。
恢复措施对生物多样性的总体效应
恢复措施总体呈显著正向效应(SMD=0.401,95%CI 0.226–0.576,p<0.001),且效应随恢复后年限显著增强(斜率=0.055,p<0.001),对物种丰富度的提升幅度显著高于多度(丰富度SMD=0.514,多度SMD=0.280,p<0.001),不同林分类型间效应无显著差异。
恢复措施对各分类群的效应
分类群与恢复措施存在显著交互作用(p=0.006)。局部采伐显著提升了植物与飞行无脊椎动物的丰富度与多度,以及小型哺乳动物的多度,但显著降低苔藓多度。计划烧除显著提升了植物的丰富度、飞行无脊椎动物的丰富度与多度,但降低苔藓多度与地衣丰富度。抚育间伐显著提升植物丰富度、真菌丰富度与多度、飞行无脊椎动物丰富度、地面无脊椎动物多度,但降低鸟类多度。抚育间伐结合计划烧除仅显著提升植物丰富度,枯立木增补未对任何类群产生显著效应。时间动态分析显示,多数措施效应随年限增强,但计划烧除对苔藓、地衣、两栖爬行类的效应随时间转为负向,抚育间伐对真菌的效应随时间减弱,而对植物、鸟类的效应保持稳定。
敏感性分析与发表偏倚
仅保留末次调查的结果与主分析基本一致,但时间效应不再显著。漏斗图未显示明显不对称,但回归检验提示存在小样本研究偏倚,效应量未随发表年份发生显著变化。
讨论
本Meta分析首次在跨措施、跨分类群尺度证实温带与北方森林恢复措施总体促进生物多样性,其驱动机制主要为林分结构异质性提升与生态位空间增加。效应随时间的增强反映了恢复措施对早期演替过程的促进作用,但现有数据多限于10年内,难以反映晚期演替阶段的长期效应,且多数措施效应具有暂时性,可能需要周期性实施以维持效益,但也存在阻碍晚期演替结构发育的风险。物种丰富度响应强于多度,可能源于新物种的快速定殖,而原有物种的竞争力下降首先表现为多度降低而非灭绝,提示未来评估需同时关注两类指标,并补充物种周转、功能多样性等维度。
不同分类群的响应差异与微生境变化直接相关:提高林冠开度的措施(局部采伐、抚育间伐、计划烧除、林下清除)通过增加光照与温度,促进喜光植物与飞行无脊椎动物,但不利于喜湿的苔藓、地衣与真菌;枯立木增补通过提升死木质资源,对死木依赖型飞行无脊椎动物与真菌产生正向效应趋势。计划烧除的短期负效应主要源于高温直接导致定居生物死亡与生境结构破坏,但长期可被光照与枯立木增益抵消。
研究缺口在于枯立木增补的研究数量不足,长期效应与措施强度(如火烧强度、间伐强度)的影响尚未明确,且缺乏区分物种演替阶段偏好与景观尺度效应的研究。实践层面,单一措施无法兼顾所有类群,需基于保护目标选择针对性措施,并警惕负向权衡;景观尺度应组合应用多种措施,结合自然演替、常规经营与定向恢复,通过跨部门协作实现生物多样性保护。未来需开发基于可靠证据的生物指示物种,并建立景观尺度的恢复成效评估体系。

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