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鼎湖山站撰文解讀中國森林精細(xì)尺度多樣性格局與過程
鼎湖山站武東海研究員受邀在 Nature Ecology & Evolution 雜志撰文，對其團(tuán)隊(duì)最新發(fā)表的研究成果進(jìn)行系統(tǒng)解讀，闡釋中國森林精細(xì)尺度樹種豐富度與結(jié)構(gòu)多樣性的空間格局、驅(qū)動機(jī)制及未來潛力，并展望相關(guān)領(lǐng)域的前沿研究方向。相關(guān)成果以 “Fine-grained mapping of forest diversity in China” 為題，發(fā)表在 Nature Ecology & Evolution 雜志2026年第1期(論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41559-025-02925-y)。
國家需求：為應(yīng)對日益嚴(yán)峻的氣候變化和人類活動對森林多樣性保護(hù)造成的壓力，中國作為主席國制定了《昆明-蒙特利爾全球生物多樣性框架》。在此背景下，從多維度視角系統(tǒng)評估森林的多樣性格局、驅(qū)動機(jī)制及其未來潛力，對于支撐國家生物多樣性保護(hù)戰(zhàn)略意義重大。過去20年來，國內(nèi)關(guān)于森林多樣性空間格局的研究主要聚焦于粗尺度(通常覆蓋數(shù)十萬公頃以上面積)的伽馬多樣性，側(cè)重刻畫區(qū)域?qū)用娴奈锓N總量。這類研究在識別宏觀空間格局和劃定保護(hù)優(yōu)先區(qū)方面發(fā)揮了重要作用，但難以揭示森林群落內(nèi)部物種經(jīng)歷相互作用之后的自然共存狀態(tài)及其結(jié)構(gòu)異質(zhì)性，從而限制了對關(guān)鍵生態(tài)過程的深入認(rèn)識。相比之下，基于細(xì)尺度(通常覆蓋數(shù)百平方米樣方)的研究能夠更直接反映群落內(nèi)部的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性，可為精準(zhǔn)制定森林多樣性保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)與可持續(xù)經(jīng)營措施提供更具針對性的科學(xué)依據(jù)。
科學(xué)發(fā)現(xiàn)：研究基于全國近3400個自然林樣方數(shù)據(jù)，從更貼近生態(tài)過程的細(xì)尺度出發(fā)，同時量化評估了森林樹種豐富度與結(jié)構(gòu)多樣性，并首次構(gòu)建了中國自然林精細(xì)尺度多樣性空間分布圖。研究結(jié)果顯示，兩類多樣性在空間格局及其主導(dǎo)驅(qū)動機(jī)制上存在顯著差異：樹種豐富度主要受降水季節(jié)性控制，其次為地形異質(zhì)性和氣候穩(wěn)定性;而結(jié)構(gòu)多樣性則主要由林齡所決定，降水季節(jié)性和年降水量發(fā)揮次要調(diào)節(jié)作用。基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型的情景預(yù)測結(jié)果表明，在未來氣候變化背景下，我國自然林的樹種豐富度和結(jié)構(gòu)多樣性分別具有約 36% 和 27% 的提升潛力，表明中國森林在未來仍具備較大的多樣性恢復(fù)與提升空間。
未來方向：由于多樣性格局具有明顯的尺度依賴性，且物種豐富度隨面積呈非線性增加，跨尺度外推仍然面臨較大挑戰(zhàn)。目前，無人機(jī)遙感為破解這一難題提供了新的途徑，其能夠突破傳統(tǒng)地面調(diào)查受限于單一尺度的局限，實(shí)現(xiàn)連續(xù)空間尺度上的高效數(shù)據(jù)獲取，并對幾十至上百平方公里范圍進(jìn)行高精度監(jiān)測。此外，無人機(jī)遙感突破了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感空間分辨率受限的瓶頸，其厘米級高分辨率光學(xué)成像與激光雷達(dá)掃描技術(shù)在刻畫樹種豐富度和結(jié)構(gòu)多樣性方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，要實(shí)現(xiàn)森林多樣性的真正跨尺度制圖，仍需解決若干關(guān)鍵技術(shù)難題。面向未來，應(yīng)大力發(fā)展基于人工智能與無人機(jī)遙感的森林多樣性精細(xì)制圖技術(shù)，推動“AI for Ecology”在森林生物多樣性保護(hù)與精細(xì)化管理決策中的應(yīng)用。
專家點(diǎn)評：Nature Ecology & Evolution 編輯部在同期評論中指出，該研究基于大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化的野外樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，系統(tǒng)揭示了森林樹種豐富度與結(jié)構(gòu)多樣性之間的關(guān)系及其氣候驅(qū)動機(jī)制，并對未來變化趨勢進(jìn)行了情景模擬，為后續(xù)相關(guān)研究提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考基準(zhǔn)。來自澳大利亞西悉尼大學(xué)的 Manuel Esperon-Rodriguez 博士在專家點(diǎn)評中表示：“該研究聚焦一個重要且具有現(xiàn)實(shí)緊迫性的科學(xué)問題，系統(tǒng)分析了中國森林當(dāng)前及未來的多樣性格局，對自然保護(hù)與生態(tài)系統(tǒng)管理具有重要啟示意義。
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