作者:张双虎 黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2022/5/23 20:10:02
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跋涉常绿阔叶林间 为所有生命构建未来
华东师大科学家守护生物多样性宝库

 

科学界普遍认为,常绿阔叶林是重要的物种起源中心,蕴藏着极为丰富的生物资源,仅次于热带雨林,是人类获取生物资源的重要基因库。

中国的常绿阔叶林在世界上分布最广、面积最大,类型最为复杂多样,是全球常绿阔叶林的主体,并维持着较高的生产力。在华东师范大学,有批科学家常年跋涉在青山绿水间,为常绿阔叶林研究“开渠引流”,“为所有生命构建共同的未来”不断努力。

 

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浙江天童森林生态系统野外科学观测研究站       华东师大供图

开启常绿阔叶林研究之路

1956年,受教育部委托,华东师大承办由苏联专家莎芭琳娜主持的“植物地理学进修班”。华东师大生物系教授陈彦卓担任班主任,并组成中方导师组培养的骨干教师。进修班学员后来都成为生态学界的知名学者,对中国植被地理学研究做出了突出贡献。

进修班创设之后的10年间,陈彦卓带领包括宋永昌等在内的4名成员在安徽九华山等地开展植被和资源植物调查工作,并参与了中国科学院组织的云南热带、亚热带生物资源综合考查。

宋永昌应邀相继参加了《中国植被》南方片的编写和《1:100万中国植被图》上海幅的编制,并发表多篇常绿阔叶林群落分析文章,由此开启了具有华东师大特色的中国常绿阔叶林研究。

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中德近自然林经营合作项目成员       华东师大供图

天童站:扎根森林生态系统研究

天童国家森林公园坐落在中国常绿阔叶林分布区的最东端,植物物种相当丰富。

这里长期受东亚季风影响,海洋性气候特征显著;同时,地处我国东部高度城市化地区,位于我国最大的城市群——长江三角洲城市群中,生态系统类型具有显著的城镇化干扰特征。

在这里开展长期定位观测和研究,可以揭示在城市化和海洋气候因素共同影响下,亚热带东部常绿阔叶林生态系统的结构、功能和动态,也可开展受损森林生态系统生态恢复与重建的科学实验,不仅对中国亚热带东部地区的森林生态恢复以及可持续管理具有重要科学意义和实践价值,也可为全球的常绿阔叶林研究提供重要的参考价值。

上世纪80年代,宋永昌开始带领团队在天童国家森林公园开展植被定位研究。1992年,华东师大承办了“第35届国际植被学会学术讨论会”,并籍此之机设立了华东师大天童生态试验站,该站成为我国成立较早的常绿阔叶林生态系统定位研究站之一。

1994年,华东师大教授王希华担任天童生态试验站首任站长。如今,实验站已蜕变为浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称天童站),并在2005年被获准首批加入国家生态系统野外观测研究网络(CNERN)。

经过30年的发展,科研队伍越来越庞大,一批批中青年研究人员以天童站为依托,继承华东师大植被生态学的传统优势,创新发展了森林群落演替和恢复机制、物种分布和共存机制、森林生态系统结构与功能的关系及森林恢复示范等领域的研究和应用基础。

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宁波市亭下水库林场       华东师大供图

不断探索:攻克重大学科问题

截至2021年,天童站科研团队承担科研任务270余项,累计发表论文800余篇,出版专著6部,培养硕博士研究生200余人,成为国内常绿阔叶林研究领域的重要研究基地之一。

野外观测是生物多样性研究中一个很重要的数据来源。森林相关生态学研究的基础,就是通过一次次的野外调查,摸清植被“家底”。

在20公顷的观测样地内,天童站的研究人员需要对胸径达1厘米以上树木进行逐棵记录,包括树种、个体大小、树的生长情况、空间坐标等,胸径测量误差不能超过0.1厘米……

仅这项研究,花了该团队整整一年时间。天童站工程师杨庆松博士说,从监测结果来看,他们在天童20公顷森林样地测量到近10万株植物,记录的木本植物多达154种,数量超过海南尖峰岭热带60公顷森林样地木本植物种类的一半以上(290种)。目前,天童站已经围绕生物多样性、全球气候变化和植被恢复构建了七大观测研究平台。其中2008年建成的天童20公顷森林群落动态监测样地被纳入美国Smithsonian热带森林研究中心(CTFS)的全球森林监测网络,是探讨亚热带森林生物多样性共存机制新理论、空间统计模型验证的重要平台。

全面的生物多样性研究数据离不开新技术的发展支撑。在学校的大力支持下,王希华带领科研团队围绕天童野外观测中心建设,搭建了地空一体化的森林生物群落观测系统,采用先进仪器设备获取个体生理生态、形态、功能和群落结构等不同类型的生物多样性观测数据。

在人类干扰下,中国常绿阔叶林面临着分布面积日益缩小,群落类型和物种数量逐步减小的局面,绝大多数表现出群落结构趋于简单、固碳保肥能力减弱等退化特征。

为解决这一问题,华东师大科研人员以空间代替时间的方法,揭示了常绿阔叶林及其退化群落主要优势种类的养分策略,探讨了常绿阔叶林退化对植物—土壤系统养分动态的影响机制,发现了生态系统恢复过程中土壤微生物群落形成过程的重要预测因子,解析了植物功能性状对生物多样性与森林生产力关系的调控机制,为促进受损常绿阔叶林生态系统的恢复提供了理论基础。

2014年,宋永昌花费5年多时间完成的专著《中国常绿阔叶林:分类、生态、保育》出版,初步建立了新的中国常绿阔叶林分类体系,书中首次公布了长期积累的常绿阔叶林调查数据。

在此基础上,华东师大科研人员系统整理了中国亚热带和热带区域7000多个样地的植被调查资料,量化了区域与局域过程对我国亚热带和热带森林乔木层植物多样性格局的相对贡献,为更好地理解生物多样性的分布格局及其维持机制提供了新的视角。

随着全球变化,生物多样性正以空前的速度减少,严重威胁着人类福祉。“如何更有效地开展生物保护,已成为全人类面临的共同课题。多途径和角度探索常绿阔叶林生物多样性奥秘,可望为有效保护策略的制定提供科学依据。”华东师大生态与环境科学学院院长陈小勇教授说。

在传承和创新学校植被生态学研究传统优势的基础上,天童站的常绿阔叶林生物多样性研究工作也在逐步扩展。通过构建“1+X”的区域性观测网络,以天童为据点,将研究对象拓展到岛屿和山地森林生态系统,并与气候变化和生物入侵等全球变化研究相互结合,成为天童站科研工作者的长期目标。

华东师大科研人员首次揭示了植物与传粉者间共生关系维持的分子机制,为深入研究复杂种间关系的形成机制与进化历程提供了模板。通过分析常见环境指示物种的多样性格局及其形成机制,也为千岛湖地区不同大小岛屿的生物多样性保护提供了理论依据。

此外,通过学科交叉探讨全球变化对生物多样性的影响,科研团队进一步发展了生物多样性—生物入侵关系的研究框架,发现气候变化下森林恢复对生物多样性和生态系统功能的多维效应的限制作用,揭示了植物叶片功能性状间的权衡关系对全球气候变化的响应规律,为全球变化背景下森林恢复和多样性保护措施的制定提供了理论支撑。

近年来,天童站通过夯实研究基础、引入国际合作、搭建合作平台,以研究成果推动学界认知发展,也努力用建设实效回馈当地。

2017年至今,台站已先后设立宁波市林场、奉化区亭下水库林场、鄞州区天童林场、慈溪市林场和奉化区河伯所集体林等5个中德林业合作近自然营林示范样点,并于2018年7月与宁波市林业局联合成立宁波市近自然林研究中心。

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科研工作者野外工作       华东师大供图

从研究到科普,生物多样性成果辐射公众

生态与环境科学学院党委书记刘婕表示,作为国家级理科野外实践教育基地,近年来,天童站积极利用自身平台优势,开展生物多样性科普宣传和实践,让科普为公众打开生物多样性保护之门。

2021年5月,天童站专家走进宁波市区,向市民们讲述天童站师生如何通过一次次艰难的野外调查,以及如何通过研究当地常绿阔叶林生态系统的结构、功能和动态,开展城镇化背景下受损森林生态系统生态恢复与重建的科学实验。

2021年底,天童站被宁波市林业园艺学会授予“宁波市自然教育基地”,成为首批15个宁波市自然教育学校(基地)之一,也是宁波市唯一一家省外主体单位的自然教育基地,被浙江省林业局授予“浙江省生态文化建设突出贡献集体”荣誉称号。

生态兴则文明兴。在建设美丽中国的新征程中,华东师范大学科研人员紧紧围绕“人与自然应和谐共生”的发展理念,助力生态文明建设,为开掘常绿阔叶林生态系统保护、恢复和利用提供人才智力支撑,为后代留下可持续发展的“绿色银行”。

 
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