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森林占陸地總面積的31%，為人類的衣食住行提供基礎(chǔ)的物質(zhì)資料，同時(shí)也具有不可或缺的固碳增匯、水土保持、氣候調(diào)節(jié)、觀光旅游等生態(tài)系統(tǒng)功能。地球上的森林多以多種物種組合、以混交的方式存在（即混交林），少有單一樹種組成的群落。在人工林中，混交林因?yàn)榫哂卸喙δ軆r(jià)值也被廣泛推崇。生態(tài)學(xué)理論和營(yíng)林實(shí)踐都表明，相較于單一的純林，混交林通常能提供更豐富的棲息地環(huán)境，更有效地防止病蟲害的發(fā)生。
然而，混交種植是否能促進(jìn)樹木生長(zhǎng)和森林生產(chǎn)力？這一理論和實(shí)踐問題始終未能得到科學(xué)的解答。5月20日，《科學(xué)》雜志（Science）發(fā)表了方精云院士團(tuán)隊(duì)的研究成果。該研究突破傳統(tǒng)野外觀測(cè)和控制實(shí)驗(yàn)研究的局限性，使用混交和純種人工林配對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)混交效應(yīng)及其形成機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)定量研究。
研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)近5年，構(gòu)建了包含255個(gè)站點(diǎn)、243個(gè)樹種、5900余組配對(duì)數(shù)據(jù)的全球混交林實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫（Global MixTrees)；基于該數(shù)據(jù)庫探究了混交種植對(duì)三個(gè)主要生長(zhǎng)要素（樹高、直徑、地上生物量）的影響，以及多種生物因素（物種組成、林齡、種植密度）和非生物因素（溫度、降水）對(duì)混交效應(yīng)的調(diào)控規(guī)律。
圖1. 混交林在三個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)（樹高、胸徑和生物量）上的混交效應(yīng)，其中正值表示混交林的生長(zhǎng)指標(biāo)高于純林
研究發(fā)現(xiàn)，混交林的樹高、直徑和生物量均顯著高于純林，平均增加量分別為5.5%、6.8%和25.5%；這種增產(chǎn)效應(yīng)主要由種間互補(bǔ)作用所導(dǎo)致（見圖1)。進(jìn)一步的分析表明，物種性狀組成是影響增產(chǎn)效果的關(guān)鍵因素：不同葉型（針葉和闊葉）混交比單一葉型混交的增產(chǎn)效果更好；不同葉生活史（落葉和常綠）混交比單一葉生活史混交的增產(chǎn)效果更好；不同養(yǎng)分獲取策略（固氮和非固氮）混交與單一養(yǎng)分獲取策略混交的增產(chǎn)效果相似。
圖2. 混交林的增產(chǎn)效應(yīng)隨林齡、種植密度和溫度的變化
研究還表明，混交林的增產(chǎn)效應(yīng)隨著林齡和種植密度的增加呈單峰變化，峰值出現(xiàn)在林齡25年左右和種植密度2500~4100株/公頃之間（圖2)；氣候條件在一定程度上也影響增產(chǎn)效果：高溫地區(qū)增產(chǎn)效果更明顯，但對(duì)降水變化不敏感。此外，研究還顯示，隨著混交物種的增加，增產(chǎn)效應(yīng)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。
該研究系統(tǒng)闡明了混交種植的增產(chǎn)效應(yīng)及其機(jī)制，解決了森林經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)中久而未決的理論和實(shí)踐問題，為全球森林恢復(fù)和經(jīng)營(yíng)提供了重要參考。同時(shí)，研究結(jié)果大大豐富和發(fā)展了生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能（BEF）研究，并為BEF理論在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用搭建了橋梁。鑒于該研究的重要性，《科學(xué)》雜志在同期配發(fā)了著名學(xué)者Jessica Gurevitch教授題為“Managing forests for competing goals”的評(píng)述文章，對(duì)該文給予了高度評(píng)價(jià)（見https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp8463)。
北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院博士研究生馮禹昊為論文第一作者，云南大學(xué)和北京大學(xué)方精云院士、北京大學(xué)王少鵬研究員為論文共同通訊作者，方精云課題組的多位師生和多位國際同行參與了研究。研究受到國家自然科學(xué)基金（31988102, 32122053）和云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃（202101BC070000）等項(xiàng)目的資助。