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研究發(fā)現(xiàn)，人工林與天然林相比：儲(chǔ)碳、保土、蓄水及生物多樣性保護(hù)成效不足，但木材生產(chǎn)效率更高。

2022年3月18日，北京大學(xué)生態(tài)研究中心華方圓研究員帶領(lǐng)的保護(hù)生態(tài)學(xué)課題組牽頭7個(gè)國(guó)家研究人員組成的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，在Science以長(zhǎng)文形式在線發(fā)表題為“The biodiversity and ecosystem service contributions and trade-offs of forest restoration approaches”的研究論文。研究匯總分析了來(lái)自全球53個(gè)國(guó)家地區(qū)、264個(gè)野外研究的近2.6萬(wàn)條數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的人工林相比，天然林可以更好地支持生物多樣性保護(hù)和實(shí)現(xiàn)地表碳存儲(chǔ)、土壤保持、水源涵養(yǎng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，但是人工林在木材生產(chǎn)方面具有優(yōu)勢(shì)。

圖1： 天然林與人工林景觀：A-四川省大相嶺省級(jí)自然保護(hù)區(qū)中的天然林；B-四川省洪雅縣境內(nèi)的柳杉人工林。（圖片來(lái)源：華方圓）

世界范圍內(nèi)，森林恢復(fù)作為一個(gè)重要的“基于自然的解決方案”(nature-based climate solution) 被廣泛實(shí)施，旨在通過(guò)其對(duì)二氧化碳的吸收和儲(chǔ)存幫助應(yīng)對(duì)全球氣候變化。另外還有許多森林恢復(fù)項(xiàng)目的初衷是土壤保持、水源涵養(yǎng)、或木材生產(chǎn)。森林恢復(fù)的方式大致可分為種植較為單一的人工林和恢復(fù)天然森林兩大類。

上述“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”是森林恢復(fù)能為人類直接提供的重要福祉，其實(shí)現(xiàn)具有重大意義，但一個(gè)不容忽視的問(wèn)題是它們?cè)谏只謴?fù)中的主導(dǎo)地位，實(shí)際造成了擠占生物多樣性的獲益空間這一負(fù)面作用。這是因?yàn)榇罅恳陨鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目標(biāo)的森林恢復(fù)項(xiàng)目抱有“凡林皆可”的假定，主要通過(guò)種植一種或少數(shù)樹種來(lái)構(gòu)建簡(jiǎn)單的人工林；而相比組成結(jié)構(gòu)多樣的天然森林，人工林能帶來(lái)的生物多樣性效應(yīng)非常有限。

“考慮到當(dāng)前生物多樣性面臨的危機(jī)及其對(duì)森林恢復(fù)的迫切需求，這種擠占使生物多樣性保護(hù)錯(cuò)失了一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)”，論文的第一和通訊作者華方圓研究員指出。

然而， 就算對(duì)森林恢復(fù)針對(duì)的上述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)而言，“人工林與天然林同等有效”的假定目前都還沒(méi)有得到嚴(yán)格的科學(xué)檢驗(yàn) 。這個(gè)假定成立與否，不僅關(guān)系到森林恢復(fù)能給生物多樣性保護(hù)提供多少機(jī)會(huì)，更決定了森林恢復(fù)能在多大程度上實(shí)現(xiàn)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的目標(biāo)。

為填補(bǔ)上述空缺，本研究通過(guò)梳理整合現(xiàn)有證據(jù)，對(duì)一系列人工林與天然林在地表碳存儲(chǔ)、土壤保持、水源涵養(yǎng)、木材生產(chǎn)這四個(gè)關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生物多樣性上的成效進(jìn)行了對(duì)比，以衡量在森林恢復(fù)方式的選擇上，不同恢復(fù)目標(biāo)之間的協(xié)同或權(quán)衡關(guān)系，從而為森林恢復(fù)的政策制定提供科學(xué)支持。

圖2：人工林（與天然林相比）在生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各個(gè)維度的評(píng)估：A-數(shù)據(jù)來(lái)源分布及數(shù)據(jù)量；B-人工林與成熟天然林相比的相對(duì)成效（上圖），林齡較老或處于廢棄狀態(tài)的人工林與天然林相比的相對(duì)成效（下圖）；C-人工林與恢復(fù)的天然林相比的相對(duì)成效，包括木材生產(chǎn) (下圖)；D-恢復(fù)的天然林與全球主要單一樹種人工林在木材年均產(chǎn)量上的對(duì)比。（圖片來(lái)源：文章）

該篇文章首次從“多種紅利”的視角，構(gòu)建和分析了現(xiàn)有最完備的人工林與天然林配對(duì)數(shù)據(jù)集。結(jié)果表明，天然林在保護(hù)生物多樣性與地表碳存儲(chǔ)、土壤保持、水源涵養(yǎng)這三種面向環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面都比人工林成效更好。人工林相比天然林成效的差距在土壤保持方面尤其突出，并且在水源涵養(yǎng)方面隨氣候的干旱程度增加而越發(fā)嚴(yán)重。這些發(fā)現(xiàn)提示，如果森林恢復(fù)的主要目標(biāo)是生態(tài)益處，那么即使不從生物多樣性的考慮出發(fā)，我們也應(yīng)該優(yōu)先恢復(fù)天然林?；謴?fù)的方式需要因地制宜，基于土地退化程度、水熱條件、距離動(dòng)植物種源地距離等因素，靈活采用自然恢復(fù)、人工種植多種本地喬灌草植物、人工輔助促進(jìn)自然恢復(fù)等一系列方法。

圖3：創(chuàng)新性的天然林恢復(fù)試點(diǎn)：A-巴西圣保羅州Itatinga圣保羅大學(xué)森林實(shí)驗(yàn)站的桉樹人工林景觀中，通過(guò)自然恢復(fù)、人工輔助的自然恢復(fù)、人工種植多樣本土植物等方式恢復(fù)天然林生態(tài)系統(tǒng)；在種植有桉樹的實(shí)驗(yàn)地，桉樹在種植5年后采伐，木材收入可用于幫助承擔(dān)恢復(fù)項(xiàng)目的成本。B-巴西圣保羅州Bertioga對(duì)桉樹人工林進(jìn)行改造，用藥劑殺死桉樹，讓本地植物群落自然生長(zhǎng)，最終恢復(fù)為本地原有的大西洋雨林。（圖片來(lái)源：Paulo Molin和Pedro Brancalion）

但有限的現(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示，人工林在木材生產(chǎn)功能上的成效明顯優(yōu)于天然林，體現(xiàn)出森林恢復(fù)對(duì)其目標(biāo)和方法需要考慮的關(guān)鍵權(quán)衡之處。這一發(fā)現(xiàn)也提示，人工林有可能通過(guò)保護(hù)其他有更高生態(tài)成效的森林免于木材生產(chǎn)及其帶來(lái)的生態(tài)代價(jià)，來(lái)間接地提供生態(tài)益處——實(shí)現(xiàn)這種間接益處的前提，是人工林以其高效用材林的角色，成為區(qū)域尺度林地管理的有機(jī)組分。

圖4：用于木材生產(chǎn)的人工林：A-廣西省合浦縣的速生豐產(chǎn)桉樹人工林；B-廣西省高峰林場(chǎng)主要用于木材生產(chǎn)、但也保留有天然林的森林景觀。（圖片來(lái)源：華方圓）

文章還發(fā)現(xiàn)，世界各地許多林齡較老或處于廢棄狀態(tài)、不再用于木材生產(chǎn)的人工林，其生物多樣性、地表碳存儲(chǔ)、土壤保持、水源涵養(yǎng)成效都低于天然林?？紤]到這類人工林的普遍性，將它們恢復(fù)成天然林將能帶來(lái)很大的生態(tài)紅利。

該研究對(duì)森林恢復(fù)的政策制定具有重要參考意義。聯(lián)合國(guó)已將2021-2030年定為“生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的十年”。與應(yīng)對(duì)氣候變化的其他努力一起，“十年”將推動(dòng)全球在數(shù)百萬(wàn)公頃的土地上開展森林恢復(fù)，有望帶來(lái)巨大的生態(tài)和社會(huì)紅利。但兌現(xiàn)這些紅利的前提，是選擇合適的森林恢復(fù)方式、并確保被恢復(fù)的森林生態(tài)系統(tǒng)能充分實(shí)現(xiàn)預(yù)期的生態(tài)和社會(huì)目標(biāo)。

北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院生態(tài)研究中心研究員華方圓博士為論文的第一作者和共同通訊作者，保護(hù)生態(tài)學(xué)課題組成員王瑋亦和苗新然為論文的共同作者。研究得到北京大學(xué)生態(tài)研究中心學(xué)科建設(shè)人才啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技項(xiàng)目、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)牛頓基金、巴西圣保羅基金的資助；合作團(tuán)隊(duì)來(lái)自以下11個(gè)研究機(jī)構(gòu)：北京大學(xué)、英國(guó)劍橋大學(xué)、英國(guó)倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院、云南大學(xué)、巴西圣保羅大學(xué)、 智利拉弗龍?zhí)乩髮W(xué)、荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織、澳大利亞新南威爾士大學(xué)、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織、英國(guó)阿伯丁大學(xué)和英國(guó)謝菲爾德大學(xué)。