Thành công trong việc thiết lập một thí nghiệm về đa dạng sinh học và chức năng hệ sinh thái tại Trung Quốc cận nhiệt đới (BEF-China)

European Journal of Forest Research - Tập 132 - Trang 593-606 - 2013
Xuefei Yang1,2, Jürgen Bauhus3, Sabine Both1, Teng Fang4, Werner Härdtle5, Wenzel Kröber1, Keping Ma6, Karin Nadrowski7, Kequan Pei6, Michael Scherer-Lorenzen3, Thomas Scholten8, Gunnar Seidler1, Bernhard Schmid9, Goddert von Oheimb5, Helge Bruelheide1,10
1Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, Halle, Germany
2Key Laboratory of Biodiversity and Biogeography, Kunming Institute of Botany, CAS Kunming, Kunming, China
3University of Freiburg, Freiburg, Germany
4Gutianshan National Nature Reserve, Zhejiang, China
5Leuphana University of Lüneburg, Lüneburg, Germany
6Institute of Botany, CAS, Beijing, China
7University of Leipzig, Leipzig, Germany
8University of Tübingen, Tübingen, Germany
9University of Zurich, Zurich, Switzerland
10German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Leipzig, Germany

Tóm tắt

Các đồn điền rừng thí nghiệm nhằm nghiên cứu mối quan hệ giữa đa dạng sinh học và chức năng của hệ sinh thái (BEF) đã được thiết lập gần đây tại nhiều khu vực trên thế giới, tuy nhiên các hệ sinh thái cận nhiệt đới hiện chưa được nghiên cứu. Ở đây, chúng tôi báo cáo về tỷ lệ sống sót ban đầu của 26 loài cây trong thí nghiệm đầu tiên như vậy tại Trung Quốc cận nhiệt đới. Trong bối cảnh của Đơn vị Nghiên cứu chung Trung Quốc - Đức - Thụy Sĩ 'BEF-China', 271 thửa rừng thí nghiệm đã được thiết lập với 24 loài cây tự nhiên và hai loài thông thương mại bản địa. Dựa trên các cuộc điều tra tỷ lệ sống sót được thực hiện vào tháng 11 năm 2009 và tháng 6 năm 2010, tỷ lệ sống sót tổng thể đạt 87 % sau 14 tháng đầu tiên. Các mô hình tác động hỗn hợp tổng quát cho thấy tỷ lệ sống sót của cây con bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự phong phú loài, thói quen lá của loài (rụng lá hoặc thường xanh), danh tính loài, ngày trồng và độ cao. Trong cuộc khảo sát đầu tiên, thành công trong việc thiết lập cây con giảm khi mức độ phong phú tăng, một xu hướng đã biến mất trong cuộc khảo sát thứ hai sau khi trồng lại. Dù các loài thường xanh có hiệu suất thấp hơn so với các loài rụng lá với tỷ lệ thiết lập là 84 so với 93 % trong cuộc khảo sát thứ hai, thành công trong việc trồng trọt của chúng vẫn vượt quá mong đợi chung cho các loài cây gỗ lá rộng thường xanh ở vùng cận nhiệt đới. Những kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết lập các đồn điền hỗn hợp nhằm bảo tồn sự đa dạng sinh học và cải thiện chức năng hệ sinh thái tại vùng cận nhiệt đới Trung Quốc và những nơi khác. Các chi phí bổ sung liên quan đến các đồn điền hỗn hợp so với các đồn điền thông thường cũng cho thấy tiềm năng của việc mở rộng quy mô các thí nghiệm BEF đến các dự án trồng rừng quy mô lớn.

Từ khóa

#đa dạng sinh học #chức năng hệ sinh thái #thí nghiệm rừng #Trung Quốc cận nhiệt đới #loài cây #tỷ lệ sống sót

Tài liệu tham khảo

Balvanera P, Pfisterer AB, Buchmann N, He J-S, Nakashizuka T, Raffaelli D, Schmid B (2006) Quantifying the evidence for biodiversity effects on ecosystem functioning and services. Ecol Lett 9:1146–1156 Bauhus J, Schmerbeck J (2010) Silvicultural options to enhance and use forest plantation biodiversity. In: Bauhus J, van der Meer P, Kanninen M (eds) Ecosystem goods and services from plantation forests. Earthscan, London, pp 96–139 Bauhus J, van der Meer P, Kanninen M (2010) Ecosystem goods and services from plantation forests. Earthscan, London Bell T, Newman JA, Silverman BW, Turner SL, Lilley AK (2005) The contribution of species richness and composition to bacterial services. Nature 436:1157–1160 Bi J, Blanco JA, Seely B, Kimmins JP, Ding Y, Welham C (2007) Yield decline in Chinese-fir plantations: a simulation investigation with implications for model complexity. Can J For Res 37(9):1615–1630 Bosu PP, Cobbinah JR, Nichols JD, Nkrumah EE, Wagner MR (2006) Survival and growth of mixed plantations of Milicia excelsa and Terminalia superba 9 years after planting in Ghana. For Ecol Manag 233(2–3):352–357 Bruelheide H, Böhnke M, Both S, Fang T, Assmann T, Baruffol M, Bauhus J, Buscot F, Chen X-Y, Ding B-Y, Durka W, Erfmeier A, Fischer M, Geißler C, Guo D, Guo L-D, Härdtle W, He J-S, Hector A, Kröber W, Kühn P, Lang A, Nadrowski K, Pei K, Scherer-Lorenzen M, Shi X, Scholten T, Schuldt A, Trogisch S, von Oheimb G, Welk E, Wirth C, Wu Y-T, Yang X, Zeng X, Zhang S, Zhou H, Ma K, Schmid B (2011) Community assembly during secondary forest succession in a Chinese subtropical forest. Ecol Monogr 8(1):25–42 Burdett AN (1990) Physiological processes in plantation establishment and the development of specifications for forest planting stock. Can J For Res 20(4):415–427 Cardinale BJ, Matulich KL, Hooper DU, Byrnes JE, Duffy E, Gamfeldt L, Balvanera P, O’Connor MI, Gonzalez A (2011) The functional role of producer diversity in ecosystems. Am J Bot 98:572–592 Don A, Arenhövel W, Jacob R, Scherer-Lorenzen M, Schulze E-D (2007) Anwuchserfolg von 19 verschiedenen Baumarten bei Erstaufforstungen - Ergebnisse eines Biodiversitätsexperimen. Allgemeine Jagd- und Forstzeitung 178:164–172 Forrester DI, Bauhus J, Cowie AL (2005) On the success and failure of mixed-species tree plantations: lessons learned from a model system of Eucalyptus globulus and Acacia mearnsii. For Ecol Manag 209(1–2):147–155 Forrester DI, Theiveyanathan S, Collopy JJ, Marcar NE (2010) Enhanced water use efficiency in a mixed Eucalyptus globulus and Acacia mearnsii plantation. For Ecol Manag 259(9):1761–1770 Goodman RC, Jacobs DF, Apostol KG, Wilson BC, Gardiner ES (2009) Winter variation in physiological status of cold stored and freshly lifted semi-evergreen Quercus nigra seedlings. Ann For Sci 66(1):103 Götmark F, Fridman J, Kempe G, Norden B (2005) Broadleaved tree species in conifer-dominated forestry: regeneration and limitation of saplings in southern Sweden. For Ecol Manag 214(1–3):142–157 Healy C, Gotelli NJ, Potvin C (2008) Partitioning the effects of biodiversity and environmental heterogeneity for productivity and mortality in a tropical tree plantation. J Ecol 96:903–913 Hodgson DJ, Rainey PB, Buckling A (2002) Mechanisms linking diversity, productivity and invasibility in experimental bacterial communities. Proc Royal Soc Lond Ser B Biol Sci 269(1506):2277–2283 Hooper DU, Chapin FS, Ewel JJ, Hector A, Inchausti P, Lavorel S, Lawton JH, Lodge DM, Loreau M, Naeem S, Schmid B, Setälä H, Symstad AJ, Vandermeer J, Wardle DA (2005) Effects of biodiversity on ecosystem functioning: a consensus of current knowledge. Ecol Monogr 75(1):3–35 Jäkel A, Roth M (2004) Conversion of single-layered Scots pine monocultures into close-to-nature mixed hardwood forests: effects on parasitoid wasps as pest antagonists. Eur J For Res 123(3):203–212 Knoke T, Ammer C, Stimm B, Mosandl R (2008) Admixing broadleaved to coniferous tree species: a review on yield, ecological stability and economics. Eur J For Res 127(2):89–101 Lang AC, Härdtle W, Bruelheide H, Geißler C, Nadrowski K, Schuldt A, Yu M, Oheimb GV (2010) Tree morphology responds to neighbourhood competition and slope in species-rich forests of subtropical China. For Ecol Manage 260:1708–1715 Liang J, Buongiorno J, Monserud RA, Kruger EL, Zhou M (2007) Effects of diversity of tree species and size on forest basal area growth, recruitment, and mortality. For Ecol Manag 243(1):116–127 Liu S, Li X, Niu L (1998) The degradation of soil fertility in pure larch plantations in the northeastern part of China. Ecol Eng 10(1):75–86 McCullagh P, Nelder JA (1989) Generalized linear models. Chapman and Hall, London Menalled FD, Kelty MJ, Ewel JJ (1998) Canopy development in tropical tree plantations: a comparison of species mixtures and monocultures. For Ecol Manag 104(1–3):249–263 Messaoud Y, Houle G (2006) Spatial patterns of tree seedling establishment and their relationship to environmental variables in a cold-temperate deciduous forest of eastern North America. Plant Ecol 185(2):319–331 Montagnini F (2000) Accumulation in above-ground biomass and soil storage of mineral nutrients in pure and mixed plantations in a humid tropical lowland. For Ecol Manag 134(1–3):257–270 Nadrowski K, Wirth C, Scherer-Lorenzen M (2010) Is forest diversity driving ecosystem function and service? Environ Sustain 2:75–79 Nichols JD, Bristow M, Vanclay JK (2006) Mixed-species plantations: prospects and challenges. For Ecol Manag 233(2–3):383–390 Piotto D (2008) A meta-analysis comparing tree growth in monocultures and mixed plantations. For Ecol Manag 255(3–4):781–786 Potvin C, Gotelli NJ (2008) Biodiversity enhances individual performance but does not affect survivorship in tropical trees. Ecol Lett 11:217–223 Puettmann K, Ammer C (2007) Trends in North American and European regeneration research under the ecosystem management paradigm. Eur J For Res 126(1):1–9 Quijas S, Schmid B, Balvanera P (2010) Plant diversity enhances provision of ecosystem services: a new synthesis. Basic Appl Ecol 11(7):582–593 Radoglou K, Raftoyannis Y (2002) The impact of storage, desiccation and planting date on seedling quality and survival of woody plant species. Forestry 75(2):179–190 Reubens B, Poesen J, Nyssen J, Leduc Y, Abraha A, Tewoldeberhan S, Bauer H, Gebrehiwot K, Deckers J, Muys B (2009) Establishment and management of woody seedlings in gullies in a semi-arid environment (Tigray, Ethiopia). Plant Soil 324(1):131–156 Rouhi-Moghaddam E, Hosseini SM, Ebrahimi E, Tabari M, Rahmani A (2008) Comparison of growth, nutrition and soil properties of pure stands of Quercus castaneifolia and mixed with Zelkova carpinifolia in the Hyrcanian forests of Iran. For Ecol Manag 255(3–4):1149–1160 Salles JF, Poly F, Schmid B, Roux XL (2009) Community niche predicts the functioning of denitrifying bacterial assemblages. Ecology 90(12):3324–3332 Scherer-Lorenzen M, Potvin C, Koricheva J, Schmid B, Hector A, Bornik Z, Reynolds G, Schulze E-D (2005) The design of experimental tree plantations for functional biodiversity research. In: Scherer-Lorenzen M, Körner C, Schulze E-D (eds) Forest diversity and function. Temperate and boreal systems Springer, Berlin, pp 347–376 Scherer-Lorenzen M, Bonilla J-L, Potvin C (2007a) Tree species richness affects litter production and decomposition rates in a tropical biodiversity experiment. Oikos 116:2108–2124 Scherer-Lorenzen M, Schulze E-D, Don A, Schumacher J, Weller E (2007b) Exploring the functional significance of forest diversity: a new long-term experiment with temperate tree species (BIOTREE). Perspect Plant Ecol Evol Syst 9:53–70 Simpson J, Osborne D (2006) Performance of seven hardwood species underplanted to Pinus elliottii in south-east Queensland. For Ecol Manag 233(2–3):303–308 Tsakaldimi M, Zagas T, Tsitsoni T, Ganatsas P (2007) Root morphology, stem growth and field performance of seedlings of two Mediterranean evergreen oak species raised in different container types. Plant Soil 278:85–93 Vehviläinen H, Koricheva J (2006) Moose and vole browsing patterns in experimentally assembled pure and mixed forest stands. Ecography 29(4):497–506 Vilà M, Inchausti P, Vayreda J, Barrantes O, Gracia C, Ibáñez JJ, Mata T (2005) confounding factors in the observational productivity-diversity relationship in forests. In: Scherer-Lorenzen M, Körner C, Schulze E-D (eds) The functional significance of forest diversity (Ecological Studies 176). Ecological studies, vol 176. Springer, Berlin, pp 65–86 Vilà M, Vayreda J, Comas L, Ibáñez JJ, Mata T, Obón B (2007) Species richness and wood production: a positive association in Mediterranean forests. Ecol Lett 10(3):241–250 Vilagrosa A, Cortina J, Gil-Pelegrín E, Bellot J (2003) Suitability of drought-preconditioning techniques in Mediterranean climate. Restor Ecol 11(2):208–216 Villar-Salvador P, Planelles R, Enríquez E, Rubira JP (2004) Nursery cultivation regimes, plant functional attributes, and field performance relationships in the Mediterranean oak Quercus ilex L. For Ecol Manag 196(2–3):257–266 Wang X-H, Kent M, Fang X-F (2007) Evergreen broad-leaved forest in Eastern China: its ecology and conservation and the importance of resprouting in forest restoration. For Ecol Manag 245(1–3):76–87 Wang Q, Wang S, Huang Y (2008) Comparisons of litterfall, litter decomposition and nutrient return in a monoculture Cunninghamia lanceolata and a mixed. For Ecol Manag 255:1210–1218 Webster R, Oliver M (2001) Geostatistics for Environmental Scientists. Wiley, Chichester Yang Z, Jin H, Wang G (2010) An assessment of restoration success to forests planted for ecosystem restoration in loess plateau, Northwestern China. Environ Monit Assess 164(1):357–368 Yu M-J, Hu Z-H, Yu J-P, Ding B-Y, Fang T (2001) Forest vegetation types in Gutianshan Natural Reserve in Zhejiang. J Zhejiang University Agric Life Sci 27:375–380 (in Chinese) Zeugin F, Potvin C, Jansa J, Scherer-Lorenzen M (2010) Is tree diversity an important driver for phosphorus and nitrogen acquisition of a young tropical plantation? For Ecol Manag 260(9):1424–1433 Zuur A, Ieno E, Walker N, Saveliev A, Smith G (2009) Mixed effects models and extensions in ecology with R. Springer, New York