人類活動(dòng)對森林林冠的影響
——第六屆國際林冠學(xué)大會(huì)述評

宋 亮，劉文耀，2，*

(1.中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園熱帶森林生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650223;2.School of Environmental Biology，Curtin University of Technology，Perch WA 6845，Australia)

1 背景介紹

林冠是森林與大氣相互作用的關(guān)鍵生態(tài)界面，在生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性形成與維系，物質(zhì)、能量交換過程中發(fā)揮著重要的作用［1］。過去由于受技術(shù)、認(rèn)識(shí)水平及其它方面的限制，人們對森林林冠的了解甚少。近20多年來，隨著全球變化、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究的深入，人們對林冠中豐富的附生生物多樣性及其功能產(chǎn)生了濃厚的興趣。目前，國際上對林冠的概念，已從過去簡單的森林頂層或冠層發(fā)展為包括森林中的所有葉片、枝條、小枝以及各種附生的有機(jī)體及其枯死殘留物的總和，也即森林中地表以上的所有植冠的集合［2］。林冠是一個(gè)適合于許多生物種類生存的場所，其數(shù)量比想象的更為豐富。在全球范圍內(nèi)估計(jì)有29 500余種附生植物，其中維管束附生植物的種類高達(dá)24 000種，約占總維管束植物種類的10%［3］，林冠附生物質(zhì)的生物量范圍在105—44000 kg/hm2之間［1］，其中在一些熱帶和溫帶天然老齡林中林冠附生物的生物量甚至超過了宿主林木的葉生物量。從20個(gè)世紀(jì)70年代以來，林冠學(xué)研究逐漸興起，并受到來自森林生態(tài)學(xué)、氣候?qū)W、環(huán)境科學(xué)等研究領(lǐng)域?qū)W者越來越多的關(guān)注［4-5］。Nature和Science就分別報(bào)道了林冠生物多樣性、林冠與全球氣候變化等相關(guān)研究成果［3，6-7］;一些致力于林冠生態(tài)學(xué)研究的國際組織(如國際林冠網(wǎng)絡(luò)International Canopy Network，ICAN、國際林冠塔吊網(wǎng)絡(luò) International Canopy Crane Network，ICCN、全球林冠項(xiàng)目Global Canopy Program，GCP)也應(yīng)運(yùn)而生，表明林冠學(xué)研究已逐漸成為目前國際上生物多樣性、全球變化研究中的熱點(diǎn)問題。林冠學(xué)已成為國際森林生態(tài)學(xué)研究的前沿方向，有望逐步發(fā)展成為一門新興學(xué)科。

自從1994年第一屆國際林冠學(xué)大會(huì)(International Canopy Conference)在美國佛羅里達(dá)州舉行以來，該專業(yè)學(xué)術(shù)會(huì)議每3—4年舉辦1次，到目前為止，已分別在包括美國、澳大利亞、德國、印度、墨西哥在內(nèi)的世界各地共召開了六屆。會(huì)議的主題涉及林冠生物多樣性、氣候變化、全球變化、林冠附生生物的保護(hù)與可持續(xù)利用等多個(gè)熱點(diǎn)話題，引起越來越多學(xué)者和相關(guān)專家的關(guān)注(表1)。

表1 歷屆國際林冠學(xué)大會(huì)介紹Table1 Introduction of International Canopy Conference

2 會(huì)議介紹

第六屆國際林冠學(xué)大會(huì)于2012年10月24—27日在墨西哥瓦哈卡市召開。會(huì)議的主題為:人類活動(dòng)對森林林冠的影響。會(huì)議的主辦方為墨西哥國立理工學(xué)院，組委會(huì)負(fù)責(zé)人為林冠學(xué)知名學(xué)者Demetria Chaparro博士。本次會(huì)議引起了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注，共有293位來自19個(gè)國家的生物學(xué)家、氣候?qū)W家、林學(xué)家、土壤學(xué)家、環(huán)境管理專家等相關(guān)人員參加了本次會(huì)議。

會(huì)議選址墨西哥，也正突出了會(huì)議的主題。首先，墨西哥山地森林附生植物非常豐富，特別是以附生鳳梨科植物為標(biāo)志的南美熱帶或亞熱帶森林景觀引人注目，附生鳳梨科植物被人為采收作為觀賞植物的市場交易較為活躍，現(xiàn)有許多學(xué)者在該地區(qū)從事著林冠附生生物研究、保護(hù)與可持續(xù)利用以及其它相關(guān)領(lǐng)域的研究，已使這里成為世界林冠學(xué)研究的熱點(diǎn)地區(qū)之一。其次，墨西哥的文化基礎(chǔ)是世界著名的古文明之一的瑪雅文化，然而，瑪雅文化卻在片刻輝煌之后突然消失在中美洲的蓊郁叢林之中，而這很可能是由于突發(fā)性的自然災(zāi)難造成，這在一定程度上警示我們:再輝煌的文明，若不能正確地處理好自然和人類的關(guān)系，很可能會(huì)面臨滅頂之災(zāi)。面對世界各地陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)的酸雨、臭氧空洞、全球變暖、極端氣候、泥石流等災(zāi)害，我們應(yīng)該意識(shí)到人類活動(dòng)已經(jīng)造成自然界的嚴(yán)重失衡，面對自然界的警示，我們不能熟視無睹，只有正確處理好自然和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，使人類和自然和諧相處，才可以延續(xù)人類的生存。

在人類活動(dòng)和全球氣候變化加劇的背景下，自然森林生態(tài)系統(tǒng)正面臨著嚴(yán)重的威脅，而其中首當(dāng)其沖的就是林冠及其附生生物群落。在這樣的背景下，本次大會(huì)全面討論了氣候變化和土地利用變化等對不同生態(tài)系統(tǒng)林冠附生生物的影響，內(nèi)容涉及附生生物的生理、生長和繁殖過程、形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能特性、組成和分布格局、生物多樣性、群落動(dòng)態(tài)等各個(gè)方面。與會(huì)專家根據(jù)各自專業(yè)特長，各抒己見，從常規(guī)調(diào)查、機(jī)理辨識(shí)、觀測技術(shù)、模擬方法以及附生生物資源管理的理念和技術(shù)應(yīng)用等多個(gè)角度展示了各自的研究成果，提出了各自的見解和意見。特別是林冠附生生物對氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)以及新的先進(jìn)技術(shù)在林冠學(xué)研究中的應(yīng)用，更是得到了極大關(guān)注。

本次會(huì)議組委會(huì)邀請國際苔蘚學(xué)會(huì)前任主席、德國哥廷根大學(xué)的Robert Gradstein教授做了關(guān)于人類對熱帶附生生物多樣性影響大會(huì)報(bào)告，他全面總結(jié)了近幾十年來土地利用變化對熱帶森林林冠附生生物多樣性影響的研究狀況，強(qiáng)調(diào)了林冠附生生物在維系森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性格局方面中重要作用，并提出應(yīng)加強(qiáng)林冠附生生物組成、結(jié)構(gòu)及其對全球變化響應(yīng)的研究。美國斯坦福大學(xué)Gregory Asner教授介紹了新的飛行技術(shù)和生態(tài)學(xué)研究技術(shù)在林冠學(xué)研究中的應(yīng)用，他認(rèn)為傳統(tǒng)的林冠學(xué)研究多局限在少量的樹木個(gè)體和樣方水平上，而大尺度的衛(wèi)星技術(shù)的分辨率又不夠高，他們所開發(fā)的飛機(jī)3D掃描技術(shù)卻能克服上述不足，為林冠學(xué)研究提供一種全新的途徑和視角。林冠生態(tài)學(xué)奠基人、《Forest Canopies》主編Megaret Lowman教授通過對埃塞俄比亞地區(qū)教堂周圍殘余森林植被狀況調(diào)查，提出教堂對森林生物多樣性及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的保護(hù)起著非常重要的作用，加強(qiáng)這些殘留森林的保護(hù)，對區(qū)域森林植被的恢復(fù)工作意義重大。全球林冠項(xiàng)目發(fā)起人之一Claire Ozanne博士則系統(tǒng)介紹了人類活動(dòng)對林冠中棲息著的昆蟲的影響。

從研究內(nèi)容和進(jìn)展看，主要涵蓋了4個(gè)方面的關(guān)鍵點(diǎn)和具體議題。(1)人類活動(dòng)對附生生物組成與結(jié)構(gòu)的影響:該專題由國際著名林冠學(xué)者Gerhard Zotz和Thorsten Kr?mer共同主持，主要包括亞熱帶喜馬拉雅中部地區(qū)人類活動(dòng)對附生蘭科植物豐富度和多度的影響，采伐對熱帶森林附生和半附生植物豐富度、群落組成的影響，農(nóng)業(yè)種植(如:咖啡、可可、柑橘等)對附生植物多樣性的影響等。(2)氣候變化對林冠附生生物的影響:該專題由Jose Andrade主持，主要涉及微氣候環(huán)境對附生植物生理特性、物種豐富度和生物量的影響，附生苔蘚對氣候變化的敏感性，氣候變化對棲息于林冠中的瀕危猴群的潛在威脅等。(3)林冠附生物采收對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響:該專題由Tamara Ticktin主持，主要探討了在墨西哥地區(qū)，野生附生蘭科和鳳梨科植物的采收現(xiàn)狀、用途、管理實(shí)踐和保護(hù)建議。(4)土地利用變化對林冠生物多樣性和豐富度的影響:該專題由Margaret Lowman主持，重點(diǎn)分析了公園、教堂、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)等人類生產(chǎn)生活造成的土地利用變化對林冠生物多樣性的影響。另外，會(huì)議還組織了一場一般專題:該專題由Gerhard Zotz和Demetria Chaparro共同主持，涉及世界各地林冠學(xué)研究的方方面面，包括不同森林生態(tài)系統(tǒng)中藤本、附生植物、林冠哺乳動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物的多樣性和分布格局及其成因、林冠動(dòng)植物之間的相互關(guān)系、不同保護(hù)和管理措施對附生群落的影響等。

各國專家根據(jù)自己的研究內(nèi)容和專業(yè)特長，共做了114個(gè)專題口頭報(bào)告，另有專題墻報(bào)展示和文化講座各1場。參加此次國際林冠學(xué)大會(huì)的中國學(xué)者很少，僅有來自中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園劉文耀研究員和宋亮博士應(yīng)邀參加本次會(huì)議，他們做了題為《氣候變化對山地濕性常綠闊葉林非維管束附生植物的潛在影響》的學(xué)術(shù)報(bào)告，展示了近些年我國相關(guān)學(xué)者在林冠附生植物多樣性及其對氣候變化響應(yīng)方面的研究成果，引起參會(huì)者的廣泛關(guān)注。

此外，組委會(huì)于10月22—23日組織開辦了包括野外工作的道德規(guī)范、自然攝影、攀爬技術(shù)等4場會(huì)前培訓(xùn)課程，會(huì)后安排感興趣的參會(huì)人員前往墨西哥瓦哈卡附近山地云霧林、松林進(jìn)行野外考察。

3 重要啟示

本次會(huì)議全面地展示了目前國際林冠學(xué)研究領(lǐng)域的最新成果，其中重點(diǎn)探討了不同類型生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)附生生物對人類活動(dòng)加劇和氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)，對于指導(dǎo)林冠學(xué)領(lǐng)域今后的研究方向與制定森林的管理決策都有重要的啟示。特別是像我國這樣一個(gè)自然生態(tài)環(huán)境脆弱、有著特殊國情的大國，因?yàn)槟壳罢幱谏鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期，同時(shí)面臨著發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保護(hù)環(huán)境的雙重壓力［8］，所以，特別需要重視經(jīng)濟(jì)活動(dòng)導(dǎo)致的全球環(huán)境變化可能對我國陸地生態(tài)系統(tǒng)安全造成的影響，應(yīng)堅(jiān)持以增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為核心導(dǎo)向，保證區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

(1)加強(qiáng)我國林冠學(xué)的基礎(chǔ)研究

我國地域遼闊，多樣化的氣候和復(fù)雜的地理環(huán)境，孕育著豐富多樣的森林類型，尤其是在熱帶、亞熱帶和溫帶山地森林中，附生植物(如苔蘚、地衣和蕨類)十分發(fā)達(dá)，成為山地森林生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分和明顯的景觀結(jié)構(gòu)特征［1］。遺憾的是，我國林冠學(xué)研究起步較晚，已有的少量關(guān)于林冠附生植物的研究主要集中在對其物種組成(包括:附生地衣、苔蘚、蕨類和種子植物)及其區(qū)系地理分布等方面，這些研究為探討和揭示中國植物區(qū)系的形成、發(fā)生和發(fā)展起了十分積極的作用［1］。然而，相比歐美發(fā)達(dá)國家，甚至像墨西哥、印度這樣的發(fā)展中國家而言，國內(nèi)關(guān)于林冠學(xué)的研究工作還很少，特別是對于我國山地森林中附生生物的生物多樣性和生物量、空間分布格局及其成因、林冠附生物的生態(tài)功能等還知之甚少，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)方面的基礎(chǔ)研究。

(2)促進(jìn)新的科學(xué)技術(shù)在林冠學(xué)研究中的革新與應(yīng)用

長期以來，由于缺乏有效的手段接近林冠層，限制了人們對林冠附生物的正確認(rèn)識(shí)。近幾十年來，隨著熱氣球、空中走廊、單繩攀爬技術(shù)、林冠浮筏船、林冠吊塔等新興技術(shù)的應(yīng)用，林冠附生物在生物多樣性和生物量的維持、水分和養(yǎng)分循環(huán)、生物指示等方面的重要作用才逐漸被人們所認(rèn)識(shí)［9］。特別是，Gregory Asner教授在本屆大會(huì)報(bào)告中所介紹的飛機(jī)3D掃描技術(shù)則為系統(tǒng)開展大尺度林冠學(xué)研究提供一種全新的途徑和視角。技術(shù)的革新和應(yīng)用是學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵，只有緊密結(jié)合最新的科學(xué)技術(shù)，并將其運(yùn)用到林冠學(xué)的研究中，才能促進(jìn)該學(xué)科取得突破性發(fā)展。

(3)重視全球變化對附生亞系統(tǒng)的影響

伴隨著人類社會(huì)的飛速發(fā)展，大量的化石燃料燃燒釋放的溫室氣體和污染物進(jìn)入大氣、水體、土壤和生物體中。這些變化會(huì)伴隨著全球化進(jìn)程被逐漸擴(kuò)展到更大的空間，并可能誘發(fā)全球范圍內(nèi)的大氣組成變化、氣候變化和土地利用變化等方面的正反饋效應(yīng)［10-11］。目前，關(guān)于全球變化對森林生態(tài)系統(tǒng)影響的研究主要集中在陸生樹木上，而作為森林生態(tài)系統(tǒng)重要組分之一的林冠附生亞系統(tǒng)卻長期被人們所忽略。然而，附生植物由于其自身形態(tài)結(jié)構(gòu)的特殊性，且處于森林與大氣的界面層，對周圍環(huán)境因子的變化非常敏感［12］。大范圍的全球變化事件可能導(dǎo)致附生植物的大量死亡，從而導(dǎo)致整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性降低，物質(zhì)循環(huán)過程受阻，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)陷入危機(jī)［13］。因此，在探討全球變化對陸地森林生態(tài)系統(tǒng)的影響時(shí)，應(yīng)重視林冠附生生物的響應(yīng)和適應(yīng)等方面的研究，也要強(qiáng)調(diào)林冠附生生物多樣性的保護(hù)與可持續(xù)利用。

致謝:感謝中國科學(xué)院熱帶森林生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對本次會(huì)議的資助。

［1］ Liu W Y，Ma W Z，Yang L P.Advances in ecological studies on epiphytes in forest canopies.Chinese Journal of Plant Ecology，2006，30(3):522-533.

［2］ Parker G G，Lowman M，and Nadkarni N M.Structure and microclimate of forest canopies//Lowman M D，Nadkarni N M，eds.Forest canopies.San Diego:Academic Press，1995:73-106.

［3］ Ozanne C，Anhuf D，Boulter SL，Keller M，Kitching R L，K?rner C，Meinzer F C，Mitchell A W，Nakashizuka T，Dias P L S.Biodiversity meets the atmosphere:a global view of forest canopies.Science，2003，301(5630):183-186.

［4］ Nadkarni N M.A profile of forest canopy science and scientists-who we are，what we want to know，and obstacles we face:results of an international survey.Selbyana，1994，15(2):38-50.

［5］ Lowman M D.Plants in the forest canopy:some reflections on current research and future direction.Plant Ecology，2001，153(1/2):39-50

［6］ Hopkin M.Biodiversity and climate form focus of forest canopy plan.Nature，2005，436(7050):452-452.

［7］ Pennisi E.Sky-high experiments.Science，2005，309(5739):1314-1315.

［8］ Fu B J，Zhuang X L，Jiang G B，Shi J B，Lü Y H.Environmental problems and challenges in China.Environmental Science＆ Technology，2007，15:7597-7602.

［9］ Lowman M D.Canopy research in the twenty-first century:a review of Arboreal Ecology.Tropical Ecology，2009，50(1):125-136.

［10］ Cox P M，Betts R A，Jones C D，Spall S A，Totterdell I J.Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model.Nature，2000，408(6809):184-187.

［11］ Zhou G S，Xu Z Z，Wang Y H.Adaptation of terrestrial ecosystems to global change.Advances in Earth Science，2004，19(4):642-649.

［12］ Benzing D H.Vulnerabilities of tropical forests to climate change:the significance of resident epiphytes.Climatic Change，1998，39(2/3):519-540

［13］ Still C J，F(xiàn)oster P N，Schneider S H.Simulating the effects of climate change on tropical montane cloud forests.Nature，1999(6728)，398:608-610.

參考文獻(xiàn):

［1］ 劉文耀，馬文章，楊禮攀.林冠附生植物生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，30(3):522-533.

［11］ 周廣勝，許振柱，王玉輝.全球變化的生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性.地球科學(xué)進(jìn)展，2004，19(4):642-649