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第5篇正刊！2022年北京大学华方圆课题组最新成果登《Science》

花匠小妙招
2025-02-04 02:38

TOP前言

“TOP大学来了”小编，3月17日，北京大学生态研究中心华方圆及英国伦敦国王学院L. Adrian Bruijnzeel作为共同通讯作者在《Science》在线发表题为“The biodiversity and ecosystem service contributions and trade-offs of forest restoration approaches”的研究论文。研究发现，人工林与天然林相比：储碳、保土、蓄水及生物多样性保护成效不足，但木材生产效率更高。“TOP数据库”显示这是2022年北京大学的第5篇正刊!

突破！北大今年第5篇正刊

“TOP大学来了”小编，3月17日，北京大学生态研究中心华方圆及英国伦敦国王学院L. Adrian Bruijnzeel作为共同通讯作者在《Science》在线发表题为“The biodiversity and ecosystem service contributions and trade-offs of forest restoration approaches”的研究论文。研究发现，人工林与天然林相比：储碳、保土、蓄水及生物多样性保护成效不足，但木材生产效率更高。北京大学为本文第一完成单位，华方圆博士为论文的第一作者，王玮亦和苗新然为论文的共同作者。

“TOP数据库”显示这是2022年北京大学的第5篇正刊!

联合团队研究汇总分析了来自全球53个国家地区、264个野外研究的近2.6万条数据，发现与结构简单的人工林相比，天然林可以更好地支持生物多样性保护和实现地表碳存储、土壤保持、水源涵养的生态系统服务，但是人工林在木材生产方面具有优势。

图1：天然林与人工林景观：A-四川省大相岭省级自然保护区中的天然林；B-四川省洪雅县境内的柳杉人工林。（图片来源：华方圆）

世界范围内，森林恢复作为一个重要的“基于自然的解决方案”(nature-based climate solution) 被广泛实施，旨在通过其对二氧化碳的吸收和储存帮助应对全球气候变化。另外还有许多森林恢复项目的初衷是土壤保持、水源涵养、或木材生产。森林恢复的方式大致可分为种植较为单一的人工林和恢复天然森林两大类。

上述“生态系统服务”是森林恢复能为人类直接提供的重要福祉，其实现具有重大意义，但一个不容忽视的问题是它们在森林恢复中的主导地位，实际造成了挤占生物多样性的获益空间这一负面作用。这是因为大量以生态系统服务为目标的森林恢复项目抱有“凡林皆可”的假定，主要通过种植一种或少数树种来构建简单的人工林；而相比组成结构多样的天然森林，人工林能带来的生物多样性效应非常有限。

“考虑到当前生物多样性面临的危机及其对森林恢复的迫切需求，这种挤占使生物多样性保护错失了一个巨大的机会”，论文的第一和通讯作者华方圆研究员指出。

然而，就算对森林恢复针对的上述生态系统服务而言，“人工林与天然林同等有效”的假定目前都还没有得到严格的科学检验。这个假定成立与否，不仅关系到森林恢复能给生物多样性保护提供多少机会，更决定了森林恢复能在多大程度上实现其生态系统服务的目标。

为填补上述空缺，本研究通过梳理整合现有证据，对一系列人工林与天然林在地表碳存储、土壤保持、水源涵养、木材生产这四个关键生态系统服务和生物多样性上的成效进行了对比，以衡量在森林恢复方式的选择上，不同恢复目标之间的协同或权衡关系，从而为森林恢复的政策制定提供科学支持。

图2：人工林（与天然林相比）在生物多样性与生态系统服务各个维度的评估：A-数据来源分布及数据量；B-人工林与成熟天然林相比的相对成效（上图），林龄较老或处于废弃状态的人工林与天然林相比的相对成效（下图）；C-人工林与恢复的天然林相比的相对成效，包括木材生产 (下图)；D-恢复的天然林与全球主要单一树种人工林在木材年均产量上的对比。（图片来源：文章）

该篇文章首次从“多种红利”的视角，构建和分析了现有最完备的人工林与天然林配对数据集。结果表明，天然林在保护生物多样性与地表碳存储、土壤保持、水源涵养这三种面向环境的生态系统服务方面都比人工林成效更好。

人工林相比天然林成效的差距在土壤保持方面尤其突出，并且在水源涵养方面随气候的干旱程度增加而越发严重。这些发现提示，如果森林恢复的主要目标是生态益处，那么即使不从生物多样性的考虑出发，我们也应该优先恢复天然林。恢复的方式需要因地制宜，基于土地退化程度、水热条件、距离动植物种源地距离等因素，灵活采用自然恢复、人工种植多种本地乔灌草植物、人工辅助促进自然恢复等一系列方法。

图3：创新性的天然林恢复试点：A-巴西圣保罗州Itatinga圣保罗大学森林实验站的桉树人工林景观中，通过自然恢复、人工辅助的自然恢复、人工种植多样本土植物等方式恢复天然林生态系统；在种植有桉树的实验地，桉树在种植5年后采伐，木材收入可用于帮助承担恢复项目的成本。B-巴西圣保罗州Bertioga对桉树人工林进行改造，用药剂杀死桉树，让本地植物群落自然生长，最终恢复为本地原有的大西洋雨林。（图片来源：Paulo Molin和Pedro Brancalion）

但有限的现有数据显示，人工林在木材生产功能上的成效明显优于天然林，体现出森林恢复对其目标和方法需要考虑的关键权衡之处。这一发现也提示，人工林有可能通过保护其他有更高生态成效的森林免于木材生产及其带来的生态代价，来间接地提供生态益处——实现这种间接益处的前提，是人工林以其高效用材林的角色，成为区域尺度林地管理的有机组分。

图4：用于木材生产的人工林：A-广西省合浦县的速生丰产桉树人工林；B-广西省高峰林场主要用于木材生产、但也保留有天然林的森林景观。（图片来源：华方圆）

文章还发现，世界各地许多林龄较老或处于废弃状态、不再用于木材生产的人工林，其生物多样性、地表碳存储、土壤保持、水源涵养成效都低于天然林。考虑到这类人工林的普遍性，将它们恢复成天然林将能带来很大的生态红利。

该研究对森林恢复的政策制定具有重要参考意义。联合国已将2021-2030年定为“生态系统恢复的十年”。与应对气候变化的其他努力一起，“十年”将推动全球在数百万公顷的土地上开展森林恢复，有望带来巨大的生态和社会红利。但兑现这些红利的前提，是选择合适的森林恢复方式、并确保被恢复的森林生态系统能充分实现预期的生态和社会目标。

作者简介

华方圆，现任北京大学城市与环境学院生态研究中心研究员/课题组长/博士生导师。本科就读于北京师范大学博士毕业于佛罗里达大学普林斯顿大学生态与进化生物学系博士后。Forktail编委，《生物多样性》编委。

研究的核心方向为全球变化下生物多样性所受的影响及其保护机遇。

具体围绕人类对森林栖息地及物种的利用和影响，以生态学为本，结合环境经济学、社会科学的跨学科视角，为森林生物多样性保护的前沿挑战提供科学理解和政策指导。研究尤其关注保护区体系外、需要在一定程度上满足人类生产生活需求的生态系统所面临的保护威胁和机遇。研究方法基于野外生态及社会经济调查，同时结合建模、文献调研、遥感分析。

目前为止从事并继续深入的主要课题包括：

1. 东南亚森林鸟类群落受伐木工业和贸易驱动的捕捉的影响及其恢复过程

在印度尼西亚苏门答腊低地热带雨林中，通过时间跨度近10年的鸟类群落调查，探讨鸟类生物多样性的群落结构和御敌行为受伐木所致森林退化的影响，及其群落恢复的过程。同时探讨鸟类群落受由野鸟贸易驱动的捕捉的影响，以及该影响对森林栖息地保护工作带来的干扰。

2. 中国大型生态恢复工程的生物多样性意义及其对生物多样性保护带来的机遇

结合文献汇总、遥感分析、野外生物多样性（鸟类和昆虫）调查，探讨我国以退耕还林工程为代表的大型生态恢复工程对生物多样性的意义，并分析其实现更多生物多样性益处的生态、政策途径。同时探讨我国“森林与景观恢复”举措实现生物多样性和其他生态系统服务益处的途径。

3. 全球“森林与景观恢复”举措实现生物多样性与生态系统服务多赢的途径

通过开展全球尺度的meta-analysis，衡量森林与景观恢复下，生物多样性与碳固定、土壤资源保护、水资源供给三个重要生态系统服务的协同性，为全球生态恢复举措应该采取的策略提供指导。

4. 农业、林业生产驱动的土地利用变化下，生物多样性所受的影响及保护途径

通过基于野外生物多样性调查的景观尺度研究、以及全球尺度建模两套方法，从不同空间尺度探讨在负有农业、林业生产任务的景观中，最大程度实现生物多样性保护的土地利用规划方式。

2022年北京大学正刊论文大盘点

“TOP大学来了”小编，3月10日，北京大学周雄副研究员、吴凯教授作为共同通讯作者在全球顶级科研期刊《Science》发表了题为”Visualization of on-surface ethylene polymerization through ethylene insertion“的研究论文，研究团队通过扫描隧道显微镜在渗碳铁单晶表面实现了乙烯聚合过程的可视化。

作者发现乙烯聚合在两个碳化物畴之间的边界处的特定三角形铁位点上进行。在没有活化剂的情况下，归因于表面锚定的亚乙基 (CHCH 3 ) 的中间体充当链引发剂 ( 自引发 ) ，其随后通过乙烯插入而增长。这项发现在分子水平上提供了乙烯聚合途径的直接实验证据。

“TOP大学来了”小编，2月10日，北京大学生命科学学院唐世明课题组与中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）王立平、上海脑科学与类脑研究中心闵斌研究员作为共同通讯作者在全球顶级科研期刊《Science》发表了题为“Geometry of sequence working memory in macaque prefrontal cortex”的研究论文，报道了猕猴前额叶皮层群体神经元对序列记忆的编码机制。

“TOP大学来了”小编，2月3日，北京航空航天大学江雷院士、郭林教授，北京大学邓旭亮教授和密歇根大学Nicholas A. Kotov作为共同通讯作者联合在全球顶级学术期刊《Science》上发表了题为“Multiscale engineered artificial tooth enamel”的研究论文。研究团队设计了多尺度的人工牙釉质材料（ATE），这种材料的性能不仅超过了以往的人工釉质，甚至超过了天然牙釉质，有望实现应用。

“TOP大学来了”小编按，1月20日，北京大学生命科学学院瞿礼嘉教授作为通讯作者在全球顶级学术期刊《Science》上发表了题为“RALF peptide signaling controls the polytubey block in Arabidopsis”的论文。瞿礼嘉教授团队成员钟声副研究员，李玲、王志娟、葛增祥博士以及博士生李其昀为该论文的共同第一作者。