Speciesα-diversity promotes butβ-diversity restricts aboveground biomass in tropical forests,depending on stand structure and environmental factors

Forest plays a vital role in the global biogeochemical cycles through a high rate of carbon sequestration and harboring biodiversity.However,local species diversity is declining while also becoming increasingly homogenized across communities.Although eff ects of local biotic processes(e.g.,speciesα-diversity and stand structural heterogeneity)and environmental factors on aboveground biomass(AGB)have been widely tested,there is a huge knowledge gap for the eff ect of regional biotic processes(i.e.,taxonomic and functionalβ-diversity)in forests.Here,we hypothesized that regional and local environmental factors along with biotic processes jointly regulate AGB through species shifts in tropical forests.Using piecewise structural equation modeling(pSEM),we linked climatic water availability,soil fertility,stand structural heterogeneity(either tree DBH inequality,height inequality,or stand density),speciesα-diversity,taxonomic or functionalβ-diversity(and its two components;β-turnover andβ-richness),and AGB across 189 inventory plots in tropical forests of Sri Lanka.Soil fertility and climatic water availability shaped local and regional biotic processes.Stand structural heterogeneity promoted speciesα-diversity but declinedβ-diversity(but increasedβ-taxonomic turnover).Speciesα-diversity and stand structural heterogeneity promoted AGB whereas taxonomic and functionalβ-diversity declined(butβ-taxonomic turnover increased)AGB.The relationships of AGB with speciesα-diversity andβ-diversity varied from signifi cant to nonsignifi cant positive depending on the specifi c combinations of stand structural heterogeneity metrics used.This study shows that local biotic processes could increase AGB due to the local and regional niche complementarity eff ect whereas the regional biotic processes could restrict AGB due to the regional selection or functional redundancy eff ect under favorable environmental conditions.We argue that biotic homogenization,as well as drought conditions,may have strong divergent impacts on forest functions and that the impacts of tree diversity loss may greatly reduce carbon sequestration.

Ecological functions of bamboo forest： Research and Application

Bamboo forest is an important forest type in subtropical and tropical areas.Due to its biological characteristic and growth habits, bamboo is not only an ideal economicinvestment that can be utilized in many different manners but also has enormous potential foralleviating many environmental problems facing the world today. This review describes ecologicalfunctions of the bamboo forest on soil erosion control, water conservation, land rehabilitation, andcarbon sequestration.

Forest biodiversity, relationships to structural and functional attributes, and stability in New England forests

Background： Forest biodiversity is the foundation of many ecosystem services, and the effect of biodiversity on ecosystem functioning and processes （BEF） has been a central issue in biodiversity studies. Although many hypotheses have been developed to interpret global gradients of biodiversity, there has not been complete agreement on mechanisms controlling biodiversity patterns and distributions. Differences may be due to limited observation data and inconsistencies of spatial scales in analysis. Methods： In this study, we take advantage of USDA Forest Service forest inventory and analysis （FIA） data for exploring regional forest biodiversity and BEF in New England forests. The FIA data provide detailed information of sampled plots and trees for the region, including 6000 FIA plots and more than 33,000 individual trees. Biodiversity models were used to analyze the data. Results： Tree species diversity increases from the north to the south at a rate about 2-3 species per latitudinal degree. Tree species diversity is better predicted by tree height than forest age or biomass. Very different distribution patterns of two common maple species, sugar maple （Acer sdcchorum） and red maple （Acer rubrum）, highlight the vulnerability of sugar maple and its potential replacement by red maple on New England landscapes. Red maple generally already outperforms sugar maple, and will likely and continuously benefit from a changing climate in New England. Conclusions： We conclude that forest structure （height） and resources （biomass） are more likely foundational characteristics supporting biodiversity rather than biodiversity determining forest productivity and/or biomass. The potential replacement of red maple for sugar maple in the New England areas could affect biodiversity and stability of forest ecosystem functioning because sugar maple plays important ecological roles distinct from red maple that are beneficial to other tree species in northern hardwood forests. Such a change may not affect forest resilience in terms of forest productivity and biomass as these are similar in red maple and sugar maple, however, it would almost certainly alter forest structure across the landscape.

Ecological Function Value of Tropical Forests in the Central Mountainous Areas of Hainan Island

The integrated value of the ecological function of tropical forests in the central mountainous areas of Hainan Island was 33.064 8 billion yuan/a in 2010(soil improvement,soil consolidation,soil nutrient maintenance,water storage and moisture regulation,water purification,carbon sequestration,oxygen releasing,air purification,biodiversity conservation,eco-tourism),equivalent to 16.1%of GDP in Hainan Province this year(205.212 billion yuan).The tropical forests in the central mountainous areas of Hainan Island make great contribution to Hainan Island's ecology,and play an important role in maintaining the stability of the ecological environment in Hainan Island.Through the understanding of major ecological function value of tropical forests,it is necessary to make people cherish the tropical forests in the central ecological function conservation areas of Hainan Province,and spontaneously throw themselves into the ecological environment protection and construction,to promote the rapid and sustainable development of construction in Hainan Province as an international tourism island.

Change of Forest Ecosystem Service Function and Its Value in Kanas Nature Reserve

In order to clarify the service function and value of forest ecosystem in Kanas Nature Reserve, the ecological service function and its value of forest ecosystem in Kanas Nature Reserve in 2009 and 2014 were evaluated by using the method of Specifications for Assessment of Forest Ecosystem Services in China(LY/T 1721-2008). The results showed that in 2014, the total value of forest ecosystem service function in Kanas Nature Reserve increased by 7.34% compared with that in 2009, and the value of water conservation and biodiversity accounted for the largest proportion. The increasing rate of functional value of shrub forest land was obviously higher than that of coniferous forest land and broad-leaf forest land. The service function and value of different forest types were obviously different.

Value Assessment of Ecosystem Service Function of Ecological Public Welfare Forests in Wenchang City

Based on the measurement parameters and index in the Specifications for Assessment of Forest Ecosystem Services in China(LY/T 1721-2008),the value of ecological service functions of ecological public welfare forest in Wenchang City was evaluated and analyzed.The results show that the total value of ecosystem service function of ecological public welfare forests in Wenchang City is about 4.020 billion yuan,of which storage capacity,water purification,soil fixation,fertilizer(N,P and K fertilizer) conservation,carbon sequestration,oxygen release,forest nutrient accumulation,providing anion,absorbing SO_2,absorbing fluoride,absorbing NxO,absorbing soil heavy metals,dust retention,noise reduction,sterilization,forest protection,forest biodiversity protection,and forest recreation(ecological tourism) are about 1.510 billion,582.256 million,3.769 million,268.220 million,116.360 million,2.747 million,22.682 million,42.817 million,1.722 million,74,600,131,900,187.918 million,77.409 million,28.721 million,43.090 million,180.696 million,571.036 million,and 108.677 million yuan

新兴林粮——黄精产业发展战略研究

当前,全球粮食安全形势复杂严峻,与饮食相关的慢性疾病普遍存在,“以健康为中心”“营养多元”“食物即药物”等观点成为普遍共识;利用农业生物多样性来探寻高产且有营养的新一代作物成为国际潮流,黄精具有明显的特色和优势。本文从充分发挥黄精潜能的角度出发,系统总结了黄精食药用历史、黄精林粮营养与功效的物质基础、黄精资源分布与粮食生产潜力。现有研究发现,黄精不含淀粉,富含结构复杂、易降解、有能量的果聚糖等营养功效物质,能够服务生命健康;适合林下栽培或与玉米套种,不占良田、不争林地,产能潜力极大,可用于保障粮食安全;适合广大农户种植和加工,经济效益良好,有利于实现共同富裕。为解决黄精林粮产业存在的基础科学研究薄弱、应用技术支撑不足、文化传承与政策支持滞后等问题,需加强黄精基础科学研究、强化黄精全产业链应用技术研究,同时将黄精生产列入木本粮油政策资金保障体系,将黄精应用纳入医疗保健与人口健康规划,将黄精产业列为乡村振兴和共同富裕的重要举措,构建完备的黄精全产业链创新应用体系。

森林生态系统服务多功能性:概念、指标和经营模拟模型

森林生态系统同时提供多种功能和服务的能力,被称为森林生态系统多功能性,可分为生态系统功能多功能性和生态系统服务多功能性。近年来,生态学领域对生物多样性与多功能性关系机理、多功能性驱动因子等进行了大量研究,这些研究持续成为热点。然而,这些研究成果在实际应用,尤其是在指导森林经营实践方面,尚显不足。森林经营一直以实现多种功能或服务的最大化为目标,但目前还缺乏与生态学中多功能性理论研究的有机联系,迫切需要将二者结合。本文对国际国内森林生态系统服务多功能性的概念、指标、评价方法、经营模拟和优化模型进行了综述,认为预测森林生态系统服务及多功能性、在森林经营单位层面实现多功能性最大化是将来的研究方向。因此,需要加强森林经营模型模拟研究,寻找减少不同服务间冲突、增加协同(即增加多功能性)的经营策略,回答森林经营和气候变化如何影响生态系统服务间的权衡和协调关系及其时空变化等理论和实际问题。

基于随机森林和XGBoost算法构建心脏骤停患者自主循环恢复后神经功能预后不良的风险预测模型

目的 利用机器学习算法构建预测心脏骤停(CA)患者自主循环恢复(ROSC)后神经功能预后不良的预测模型,探索结局相关因子。方法 回顾性收集2016年1月至2024年1月沧州市中心医院收治的CA行心肺复苏(CPR)后ROSC的患者481例为研究对象。收集患者临床资料,根据患者转出重症监护病房(ICU)时的格拉斯哥-匹兹堡脑功能表现分级(CPC)评分,将其分为预后良好组(GNO,n=158)和预后不良组(PNO,n=323)。481例患者按7∶3随机分为训练集(n=338)和测试集(n=143),训练集用于构建模型,测试集用评价模型效能。利用极端梯度提升(XGBoost)和随机森林(RF)两种机器学习算法构建患者神经功能预后不良的预测模型,分别得出影响患者神经功能预后的变量,应用SHAP进行XGBoost模型可解释性分析。将XGBoost和RF算法得出的变量取交集,再将交集变量进行多因素Logistic回归分析,得到差异有统计学意义的变量,进而构建决策树模型。在训练集和测试集上利用受试者工作特征(ROC)曲线和曲线下面积(AUC)评估决策树模型的预测性能。结果 通过XGBoost模型得到与神经功能预后不良相关的变量15个,RF模型得到与神经功能预后不良相关的变量14个,两种模型取交集得到11个与神经功能预后不良相关的交集变量[视神经鞘直径(ONSD)变化率、神经元特异性烯醇化酶(NSE)、入ICU第3天ONSD(ONSD day3)、心脏骤停至心肺复苏(CA-CPR)时间、ROSC时间、急性生理学与慢性健康状况评价Ⅱ(APACHEⅡ)评分、血肌酐、白蛋白、住ICU时间、血乳酸及年龄]。将这11个交集变量进行多因素Logistic回归分析,结果显示,PNO组与GNO组ONSD变化率、NSE、ONSD day3、ROSC时间及年龄这5个变量差异有统计学意义(P<0.05)。用这5个重要变量构建决策树模型,得出3个与患者神经功能预后不良最相关的变量(NSE、ROSC时间及ONSD变化率),在训练集上的决策树模型预测CA行CPR后ROSC患者神经功能预后不良的AUC为0.857(95%CI 0.809~0.903,P<0.001),在测试集上的AUC为0.834 (95%CI 0.761~0.906,P<0.001)。结论 基于XGBoost和RF这2种机器学习方法构建的决策树模型能够更准确地评估CA患者ROSC后神经功能的不良预后,且评价指标可能简化为NSE、ROSC时间及ONSD变化率。

黄河流域收缩城市“三生”功能耦合协调分析

利用第五、第六和第七次全国人口普查资料对黄河流域的收缩城市进行识别并测算其收缩强度,借助多指标综合评价法、耦合协调度模型分析2010年、2015年和2020年收缩城市的“三生”功能大小及耦合协调度,进一步运用随机森林模型探究其关键影响因素。结果表明:在黄河流域内90个地级市(州、盟)中,持续收缩型城市有27个,阶段收缩型城市有9个,潜在收缩型城市有29个,城市收缩现象显著;不同区域收缩城市的“三生”功能水平差异显著,其中生产和生活功能整体呈上升态势;“三生”功能的耦合协调度呈现由勉强协调向初级协调发展的特征,中、下游区域协调度优于上游,经济社会的快速发展和人民生活水平的提高有助于“三生”功能的耦合协调发展。

南亚热带不同海拔常绿阔叶林树种叶性状的比较分析

南亚热带地带性植被是季风常绿阔叶林(海拔300~600 m;简称季风林),在中山地带则分布为山地常绿阔叶林(海拔1000~1500 m;简称山地林)。山地林的生态价值日益受到重视,但是对其树种的环境适应性仍缺乏足够了解。该研究基于南亚热带典型山地林(广西大明山)和季风林(广东鼎湖山)的固定样地,共测定57种代表性树种的叶形态解剖特征、机械强度和水力学性状,比较不同海拔常绿阔叶林树种叶性状以及多类性状关联性的差异。结果表明,与季风林树种相比,山地林树种叶较厚、比叶面积较小、机械强度较高,有利于提高对较高海拔山区冬季冰冻的适应能力。在2022年夏季持续高温干旱时期,季风林树种的叶水势和水力安全边界均低于山地林。但是大部分树种水力安全边界为正值且种间变异较大,表明不同海拔常绿阔叶林的水力风险较低。不同海拔常绿阔叶林的叶性状网络不同,山地林树种叶水力安全性和效率性无权衡关系,而季风林树种叶经济学性状(如比叶面积)与其他指标的关联性较弱。基于叶性状的研究揭示了南亚热带不同海拔常绿阔叶林树种适应策略的差异性和多样性。

亚热带次生常绿阔叶林植物功能性状及多样性对人工抚育的响应

亚热带次生常绿阔叶林普遍存在生长滞缓、固碳功能和经济价值低下等问题,迫切需要通过人工抚育提高其生态系统功能。对植物功能性状及其多样性的深入研究,能够找寻植物共存与群落稳定发展的内在机制,为提升森林生态系统功能的实践提供基础。为了探究人工抚育对亚热带次生常绿阔叶林质量提升的影响,以杭州午潮山国家森林公园内的次生常绿阔叶林为研究对象,实施了不同强度的抚育措施,通过群落植被复查,分析群落植物功能性状以及功能多样性对不同强度人工抚育的响应。结果发现:抚育2年后,群落最大潜在树高与叶片氮、磷、钾含量显著上升,而叶片干物质含量和叶片叶绿素含量均有显著下降,比叶面积有下降趋势,两种强度的抚育之间差异不显著;叶片干物质含量、叶绿素含量与叶片氮含量间的相关性由不显著变为了显著负相关,而叶片干物质含量与叶片叶绿素含量,叶片磷、钾含量与叶片氮含量,叶片磷含量与叶片钾含量间的相关性由不显著变为显著正相关;在20%强度抚育下,功能丰富度指数均值从对照的0.52显著下降为0.16,功能均匀度指数与功能分离度指数的均值则分别上升到0.61和0.67,显著高于对照组的0.51和0.56;在10%强度抚育下,功能丰富度有所下降,功能均匀度与功能分离度均有所上升,但差异不显著。研究表明,人工抚育在一定程度上改变了群落水平的植物功能性状与功能多样性,提高了群落植物利用资源的能力和效率;而适度的抚育强度更能解放资源空间,对群落产生的影响更加明显。该结果为亚热带次生常绿阔叶林的经营与管理提供依据与参考。

基于人工智能方法的隧道塌方风险预测研究

为了对隧道塌方风险展开研究,整理246起隧道塌方事故案例,通过建立塌方风险评估指标体系,基于人工智能预测方法,分别采用随机森林算法、径向基函数神经网络、BP神经网络模型、粒子群算法优化BP神经网络模型,对塌方风险进行预测。结果表明,随机森林算法、径向基函数神经网络、BP神经网络模型、粒子群算法优化BP神经网络模型的塌方预测准确率分别为81.67%、83.33%、86.67%、93.33%,F_(1)值分别为0.645、0.642、0.5、0.833。粒子群算法优化BP神经网络模型预测准确率和F_(1)值均大幅提高,预测效果最好,大大减少了评估结果的主观性,为隧道塌方风险研究提供了新的研究思路。

西双版纳热带林植物功能性状与演替及环境因子的关系

以经历刀耕火种后处于不同演替阶段的西双版纳热带林为对象,通过广义线性模型、RLQ分析和第四角分析方法,探讨演替过程中植物功能性状及其与环境因子的关系。结果表明:次生林与原生林的功能性状分布特征存在显著差异,次生林之间差异不明显;叶片性状从保守策略转变为获取策略,种子重量及木材密度从获取策略转变为保守策略;单一性状与特定环境因子的关联性随演替增强,演替早期的功能性状仅与土壤pH值的关联性强,演替中期和原生林的功能性状则与多个环境因子产生了强关联,其中原生林受土壤全磷的影响最为显著。

基于GEP核算的北京市山区森林经营实施效果评价

以北京市为研究区构建GEP核算体系,通过市场价值法、替代成本法等价值评估方法核算2000、2010年和2018年生态系统生产总值,分析探讨北京市生态系统服务价值的动态变化特征,明确森林经营技术优化对生态系统服务功能的提升效果,为优化森林生态系统经营技术提供重要科学依据。结果表明:(1)2018年,北京市GEP三大服务中,调解服务价值量最大,文化服务价值量次之,供给服务价值量最小。(2)2000、2010、2018年的GEP分别为2572.45、3961.02、5603.04亿元,GEP和GDP呈现双增长态势,对应的绿金指数(GEP/GDP)分别为0.80、0.27、0.18,呈逐年下降的趋势。(3)按可比价计算,2000-2018年GEP增幅40.53%,其中2000-2010、2010-2018年增幅分别为18.89%、18.20%,GEP增幅有所减缓,但森林经营提升生态效果总体呈现向好趋势;供给服务价值幅度为40.46%,调解服务价值增幅为10.63%,文化服务价值增幅525.91%。研究利用GEP核算结果反映山区森林经营技术优化效果,进一步推动北京市山区森林生态文明建设。

台风对小兴安岭阔叶红松林的影响

台风对森林造成强烈干扰,改变森林生态系统的结构与功能。分析了2020年台风对小兴安岭地区阔叶红松(Pinus koraiensis)林中不同径级、功能群(耐阴性、生活型、针阔叶)树木破坏程度的影响和地形(海拔、坡向、坡度、凹凸度)在其中的作用。结果表明:台风对不同径级以及不同功能群树种的受损数量的影响具有显著差异,具体表现为径级Ⅰ(胸径<10 cm)>径级Ⅱ(10 cm≤胸径<50 cm)>径级Ⅲ(胸径≥50 cm),耐阴性强>耐阴性弱、乔木>灌木、阔叶树种>针叶树种;而其受损率则表现为径级Ⅱ>径级Ⅲ>径级Ⅰ,耐阴性弱>耐阴性强、乔木>灌木、针叶树种>阔叶树种;损坏程度很大程度上取决于坡向与海拔位置,处于阴坡与低海拔的受损木数量较高,阔叶树种、灌木与耐阴性强的受损木表现出在阳坡与海拔较高位置出现的可能性更大,针叶树种、乔木与耐阴性弱的受损木表现出在阴坡与海拔较低位置出现的可能性更大,阴坡和较低海拔处拔根倒的受损数量显著高于干基折和干中折的受损数量;地形对受损木的风倒方向具有显著影响。总体而言,台风对森林的破坏受到多种环境因素和生物因素共同作用的影响,处于不同地形的不同径级、功能群的树木,其对台风的抵抗能力有所不同,且大径级树木、耐阴性弱的树种、乔木和针叶树种对台风的抵抗能力相对较弱,迎风坡与阴坡的树木对台风的抵抗能力相对较弱,这为理解极端天气事件对森林动态的影响以及恢复提供理论依据与参考。

不同间伐保留密度杉楠复层林的凋落物水文特征

为探究杉木套种闽楠转为复层混交林经营过程中凋落物的水文效应,以福建省顺昌县杉木纯林4种不同间伐保留密度套种相同密度闽楠转化的复层林和杉木间伐不套种纯林试验林为研究对象,收集林地凋落物,测定凋落物量、持水率、拦蓄量、持水量等水文指标,研究不同杉木保留密度的杉楠复层林凋落物的水文特征。结果表明:不同间伐保留密度杉楠复层林改造对林分总凋落物量有显著影响(P<0.05),凋落物的总蓄积量、半分解量、未分解量均随着间伐保留密度的增大而升高,表现为Ⅳ(810株·hm^(-2))>Ⅲ(630株·hm^(-2))>CK(纯林570株·hm^(-2))>Ⅱ(570株·hm^(-2))>Ⅰ(375株·hm^(-2)),且半分解层蓄积量占总蓄积量的比例高于未分解层;不套种的杉木单层纯林的半分解层凋落物比例大于套种阔叶树闽楠的复层林,而未分解层凋落物的比例则相反;半分解层与未分解层凋落物吸水速率规律相似,但持水量与持水率表现为半分解层大于未分解层,且均表现为Ⅳ>Ⅲ>CK>Ⅱ>Ⅰ;凋落物最大拦蓄率变化范围为188.12%~233.54%,有效拦蓄量为24.39~48.54 t·hm^(-2),均表现为Ⅳ>Ⅲ>CK>Ⅱ>Ⅰ。杉木纯林间伐套种转为杉楠复层林,杉木保留密度大的杉楠复层林凋落物量及其水文功能增强,杉木保留密度较低的则相反,复层林的密度及其林分结构影响林下凋落物量及其水文功能。

热带云雾林植物功能性状对环境变化的年际响应

为了研究植物功能性状对环境变化的响应有助于理解植物对环境的适应策略,以海南热带雨林国家公园霸王岭片区的热带云雾林为研究对象,在2011年及2021年对21个20 m×20 m固定样地内DBH≥5 cm木本植物进行群落学调查,测定个体、物种和群落水平的植物功能性状及环境因子,分析植物功能性状和环境条件的变化,探讨环境因子对功能性状的影响规律.结果表明:(1)与2011年相比,2021年热带云雾林土壤全氮(TN)、有效氮(AN)含量显著增加,土壤有机质(SOM)、全磷(TP)、有效磷(AP)含量显著减少.空气最高温呈上升趋势,平均空气相对湿度、最低空气相对湿度呈下降趋势.对环境因子进行主成分分析,2011年负荷值较大的环境因子分别为土壤全氮、土壤全磷、土壤有效氮及最低空气相对湿度,2021年负荷值较大的环境因子为土壤有机质、土壤全磷、最高空气温度及最低空气相对湿度;(2)与2011年相比,2021年植物叶绿素含量和叶片厚度在个体水平显著增大,比叶面积显著减少;叶片厚度、叶绿素含量、茎全氮含量、叶片全氮含量在物种水平显著增大,茎可溶性糖含量、叶全磷含量显著减少;叶绿素含量、叶片厚度、茎全氮含量、茎全磷含量、叶全氮含量在群落水平显著增大,茎密度、茎可溶性糖含量、叶全磷含量显著减小;(3)多元逐步回归分析发现,土壤养分含量(如土壤有机质、全磷含量、有效氮含量等)和气候因子(如最高空气温度、最低空气相对湿度等)共同影响植物个体、物种及群落水平功能性状变化,土壤养分因子作用较大,土壤磷胁迫的加剧是影响各个群落组织水平功能性状变化关键因子.

目标树抚育间伐对老山林场天然次生林直径分布的影响

研究老山林场天然次生林目标树抚育前后的直径结构特征及动态变化规律,为该地区林分经营提供理论指导。本研究基于实测的31块标准地调查数据,以老山林场5种主要林分类型(杉木纯林、针叶混交林、针阔混交林、硬阔叶混交林、阔叶混交林)为研究对象,采用Weibull、Logistic和Cauchy分布概率密度函数对抚育间伐前后的林分直径分布进行拟合,对比分析林分直径分布及其变化规律。结果表明,(1)抚育后,5种林分类型的平均胸径和平均树高都得到提高,针叶混交林和硬阔叶混交林增加的幅度最大。(2)对比抚育前后的分布函数拟合效果,Weibull分布函数更适合于拟合杉木纯林(R2最大分别为0.85、0.79),Cauchy分布函数则在阔叶混交林中拟合表现较好(R2最大分别为0.96、1.00)。目标树抚育间伐调整了研究区的林分直径结构和树种组成,为老山林场的科学合理经营提供借鉴。