科學界普遍認為,常綠闊葉林是重要的物種起源中心,蘊藏著極為豐富的生物資源,僅次于熱帶雨林,是人類獲取生物資源的重要基因庫。
中國的常綠闊葉林在世界上分布最廣、面積最大,類型最為復雜多樣,是全球常綠闊葉林的主體,并維持著較高的生產力。在華東師范大學,有批科學家常年跋涉在青山綠水間,為常綠闊葉林研究“開渠引流”,“為所有生命構建共同的未來”不斷努力。
浙江天童森林生態系統野外科學觀測研究站 華東師大供圖
1956年,受教育部委托,華東師大承辦由蘇聯專家莎芭琳娜主持的“植物地理學進修班”。華東師大生物系教授陳彥卓擔任班主任,并組成中方導師組培養的骨干教師。進修班學員后來都成為生態學界的知名學者,對中國植被地理學研究做出了突出貢獻。
進修班創設之后的10年間,陳彥卓帶領包括宋永昌等在內的4名成員在安徽九華山等地開展植被和資源植物調查工作,并參與了中國科學院組織的云南熱帶、亞熱帶生物資源綜合考查。
宋永昌應邀相繼參加了《中國植被》南方片的編寫和《1:100萬中國植被圖》上海幅的編制,并發表多篇常綠闊葉林群落分析文章,由此開啟了具有華東師大特色的中國常綠闊葉林研究。
中德近自然林經營合作項目成員 華東師大供圖
天童國家森林公園坐落在中國常綠闊葉林分布區的最東端,植物物種相當豐富。
這里長期受東亞季風影響,海洋性氣候特征顯著;同時,地處我國東部高度城市化地區,位于我國最大的城市群——長江三角洲城市群中,生態系統類型具有顯著的城鎮化干擾特征。
在這里開展長期定位觀測和研究,可以揭示在城市化和海洋氣候因素共同影響下,亞熱帶東部常綠闊葉林生態系統的結構、功能和動態,也可開展受損森林生態系統生態恢復與重建的科學實驗,不僅對中國亞熱帶東部地區的森林生態恢復以及可持續管理具有重要科學意義和實踐價值,也可為全球的常綠闊葉林研究提供重要的參考價值。
上世紀80年代,宋永昌開始帶領團隊在天童國家森林公園開展植被定位研究。1992年,華東師大承辦了“第35屆國際植被學會學術討論會”,并籍此之機設立了華東師大天童生態試驗站,該站成為我國成立較早的常綠闊葉林生態系統定位研究站之一。
1994年,華東師大教授王希華擔任天童生態試驗站首任站長。如今,實驗站已蛻變為浙江天童森林生態系統國家野外科學觀測研究站(以下簡稱天童站),并在2005年被獲準首批加入國家生態系統野外觀測研究網絡(CNERN)。
經過30年的發展,科研隊伍越來越龐大,一批批中青年研究人員以天童站為依托,繼承華東師大植被生態學的傳統優勢,創新發展了森林群落演替和恢復機制、物種分布和共存機制、森林生態系統結構與功能的關系及森林恢復示范等領域的研究和應用基礎。
寧波市亭下水庫林場 華東師大供圖
截至2021年,天童站科研團隊承擔科研任務270余項,累計發表論文800余篇,出版專著6部,培養碩博士研究生200余人,成為國內常綠闊葉林研究領域的重要研究基地之一。
野外觀測是生物多樣性研究中一個很重要的數據來源。森林相關生態學研究的基礎,就是通過一次次的野外調查,摸清植被“家底”。
在20公頃的觀測樣地內,天童站的研究人員需要對胸徑達1厘米以上樹木進行逐棵記錄,包括樹種、個體大小、樹的生長情況、空間坐標等,胸徑測量誤差不能超過0.1厘米……
僅這項研究,花了該團隊整整一年時間。天童站工程師楊慶松博士說,從監測結果來看,他們在天童20公頃森林樣地測量到近10萬株植物,記錄的木本植物多達154種,數量超過海南尖峰嶺熱帶60公頃森林樣地木本植物種類的一半以上(290種)。目前,天童站已經圍繞生物多樣性、全球氣候變化和植被恢復構建了七大觀測研究平臺。其中2008年建成的天童20公頃森林群落動態監測樣地被納入美國Smithsonian熱帶森林研究中心(CTFS)的全球森林監測網絡,是探討亞熱帶森林生物多樣性共存機制新理論、空間統計模型驗證的重要平臺。
全面的生物多樣性研究數據離不開新技術的發展支撐。在學校的大力支持下,王希華帶領科研團隊圍繞天童野外觀測中心建設,搭建了地空一體化的森林生物群落觀測系統,采用先進儀器設備獲取個體生理生態、形態、功能和群落結構等不同類型的生物多樣性觀測數據。
在人類干擾下,中國常綠闊葉林面臨著分布面積日益縮小,群落類型和物種數量逐步減小的局面,絕大多數表現出群落結構趨于簡單、固碳保肥能力減弱等退化特征。
為解決這一問題,華東師大科研人員以空間代替時間的方法,揭示了常綠闊葉林及其退化群落主要優勢種類的養分策略,探討了常綠闊葉林退化對植物—土壤系統養分動態的影響機制,發現了生態系統恢復過程中土壤微生物群落形成過程的重要預測因子,解析了植物功能性狀對生物多樣性與森林生產力關系的調控機制,為促進受損常綠闊葉林生態系統的恢復提供了理論基礎。
2014年,宋永昌花費5年多時間完成的專著《中國常綠闊葉林:分類、生態、保育》出版,初步建立了新的中國常綠闊葉林分類體系,書中首次公布了長期積累的常綠闊葉林調查數據。
在此基礎上,華東師大科研人員系統整理了中國亞熱帶和熱帶區域7000多個樣地的植被調查資料,量化了區域與局域過程對我國亞熱帶和熱帶森林喬木層植物多樣性格局的相對貢獻,為更好地理解生物多樣性的分布格局及其維持機制提供了新的視角。
隨著全球變化,生物多樣性正以空前的速度減少,嚴重威脅著人類福祉。“如何更有效地開展生物保護,已成為全人類面臨的共同課題。多途徑和角度探索常綠闊葉林生物多樣性奧秘,可望為有效保護策略的制定提供科學依據。”華東師大生態與環境科學學院院長陳小勇教授說。
在傳承和創新學校植被生態學研究傳統優勢的基礎上,天童站的常綠闊葉林生物多樣性研究工作也在逐步擴展。通過構建“1+X”的區域性觀測網絡,以天童為據點,將研究對象拓展到島嶼和山地森林生態系統,并與氣候變化和生物入侵等全球變化研究相互結合,成為天童站科研工作者的長期目標。
華東師大科研人員首次揭示了植物與傳粉者間共生關系維持的分子機制,為深入研究復雜種間關系的形成機制與進化歷程提供了模板。通過分析常見環境指示物種的多樣性格局及其形成機制,也為千島湖地區不同大小島嶼的生物多樣性保護提供了理論依據。
此外,通過學科交叉探討全球變化對生物多樣性的影響,科研團隊進一步發展了生物多樣性—生物入侵關系的研究框架,發現氣候變化下森林恢復對生物多樣性和生態系統功能的多維效應的限制作用,揭示了植物葉片功能性狀間的權衡關系對全球氣候變化的響應規律,為全球變化背景下森林恢復和多樣性保護措施的制定提供了理論支撐。
近年來,天童站通過夯實研究基礎、引入國際合作、搭建合作平臺,以研究成果推動學界認知發展,也努力用建設實效回饋當地。
2017年至今,臺站已先后設立寧波市林場、奉化區亭下水庫林場、鄞州區天童林場、慈溪市林場和奉化區河伯所集體林等5個中德林業合作近自然營林示范樣點,并于2018年7月與寧波市林業局聯合成立寧波市近自然林研究中心。
科研工作者野外工作 華東師大供圖
生態與環境科學學院黨委書記劉婕表示,作為國家級理科野外實踐教育基地,近年來,天童站積極利用自身平臺優勢,開展生物多樣性科普宣傳和實踐,讓科普為公眾打開生物多樣性保護之門。
2021年5月,天童站專家走進寧波市區,向市民們講述天童站師生如何通過一次次艱難的野外調查,以及如何通過研究當地常綠闊葉林生態系統的結構、功能和動態,開展城鎮化背景下受損森林生態系統生態恢復與重建的科學實驗。
2021年底,天童站被寧波市林業園藝學會授予“寧波市自然教育基地”,成為首批15個寧波市自然教育學校(基地)之一,也是寧波市唯一一家省外主體單位的自然教育基地,被浙江省林業局授予“浙江省生態文化建設突出貢獻集體”榮譽稱號。
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