沈国春教授研究团队在《Journal of Plant Ecology》揭示物种越多森林结构反而越简单的原因

在许多人的直觉中，拥有更多物种的森林，其结构理应越复杂。姿态各异的树木交织生长，形成高低错落的树冠和层层叠叠的枝叶，通常会带来更加明显的垂直分层和空间异质性。然而，科学家在自然森林中的观测却常常发现相反的结果——物种多样性越高，森林结构越简单。

图1 天童样地20 m 尺度下林分结构复杂度与树种多样性之间的观测关系（a）、树种多样性空间分布（b）以及林分结构复杂度空间分布（c）。

针对这一问题，华东师范大学生态与环境科学学院在读博士生金超基于浙江天童20 ha亚热带常绿阔叶林样地数据，结合无人机LiDAR获取的高密度三维点云数据，研究以冠层熵（canopy entropy）量化林分结构复杂度，并在20 m尺度上分析其与物种丰富度之间的关系。结果显示，林分结构复杂度与物种丰富度在观测层面呈显著负相关。进一步分析发现，林分密度与树冠高度在其中发挥关键调节作用：林分密度与物种多样性呈正相关，但与结构复杂度负相关；树冠高度则提升结构复杂度，却通过增强林下遮荫降低物种多样性，尤其压制不耐阴种。二者方向相反的效应在空间上叠加，导致整体负相关格局（图2）。

图2 结构方程模型展示林分结构复杂度与树种多样性之间的关系（a），以及在控制林分密度和冠层高度影响后，树种多样性对林分结构复杂度的部分效应（b）

当研究团队在统计模型中控制林分密度和树冠高度后，结构复杂度与物种多样性之间的关系由负转正——这表明，二者在本质上仍然相互促进，只是在自然生态系统中受到环境与群落结构因素的调节。换言之，自然森林中观察到的负相关并非对理论的否定，而是受到群落结构变量“掩盖”的结果。该研究为理解自然森林与人工控制实验之间结果不一致的问题提供了重要解释，也提醒森林管理实践：不能简单地将“结构复杂”等同于“物种丰富”，而应综合考虑密度与冠层动态等生态过程。

相关成果以“Canopy height and stand density mask nature’s inherent synergy between forest structural complexity and diversity”为题发表于Journal of Plant Ecology。我院沈国春教授为通讯作者，博士生金超为论文第一作者。论文合作者包括华东师范大学博士后杨菁（已出站）、博士生伍斯宇、硕士生余秋伍（已毕业）、王希华教授。该研究受到中国国家重点研发计划（2024YFF1308101）、浙江省“尖兵”和“领雁”研发计划（2023C03137）、国家自然科学基金（32271596）、上海市自然科学基金（23ZR1419200）等资助。

第一作者简介：

金超，华东师范大学生态与环境科学学院在读博士生，指导老师为沈国春教授。主要运用遥感技术解析森林结构与冠层动态变化，致力于揭示林分结构在物种多样性维持及生态系统功能调控中的作用机制。

原文链接：https://academic.oup.com/jpe/article/19/1/rtaf152/8252023