人口、糧食、能源和環境問題是當今人類所面臨的四大難題，林業作為基礎性公益行業，在解決人類發展所面臨的重大問題中具有舉足輕重的作用。雖然我國森林面積和蓄積持續增長，人工林保存面積和蓄積分別達0.62億hm2和9．61億m3，但是在我國現有人工林中，樹種和林分結構單一，生物多樣性差，森林質量低下，未能充分發揮出應有的效益和服務功能。如我國人工林中針葉純林占2/3，在17個針葉造林樹種中，杉木、馬尾松、落葉松和油松四大針葉林的面積高達80%以上。因此，為了使人工林生態系統穩定、高效并創造更高的生態和經濟效益，通過系統研究，闡明人工林生態系統生物多樣性對生態系統生產力和生態功能的影響機制或明確二者的關系具有重要的理論和實踐意義。

1生物多樣性與生態功能及生產力的關系

國內外對植物群落物種多樣性的研究主要集中在多樣性隨環境梯度和群落演替過程的變化，放牧對植物多樣性的影響，以及植物群落多樣性對自然因子和人為因子的響應等方面［1－3］。植物群落多樣性特征研究大多是基于不同地區、不同群落天然林群落多樣性特征的研究，對人工林群落多樣性特征的研究大多為臨時樣方調查［4－6］，缺乏系統長期定位研究，特別是通過合理設計的人工林群落與生物物種多樣性的關系研究鮮見報道。森林培育過程是最典型的人為干擾，它不僅能改變林分的組成、結構，而且也可改變立地環境資源和基質的有效性，從而對生物多樣性產生深刻的影響。

1．1生物多樣性與生態系統功能

圍繞特定條件下生物多樣性影響生態系統功能及作用機制，國內外多以草原生態系統為模式，以資源供給和干擾格局為實驗手段的微宇宙試驗［7－8］，研究生物多樣性導致系統更高的群落生產力、抗逆性與穩定性［9－11］，其機制多從不同角度闡述，主要包括抽樣效應(samplingeffect)、生態位互補(nichecomplementarity)、保險效應(insuranceeffect)、冗余機制(redundancy)、基因－環境互作、邊際效應(edgeeffect)及中性理論(neutraltheo-ry)等;而面臨的問題主要是種群多樣性動態、系統功能、非生物因素三者交互關系的統一及如何定量。生產力被認為是受生物多樣性影響的一個重要的生態系統功能特征。北美和歐洲大量的近期實驗研究結果表明，生態系統的生產力隨物種豐富度的增加而增加。這些實驗包括大型的室外實驗和在生長箱、溫室或小型容器內進行的室內控制環境實驗［12］。近期，歐洲和北美研究人員開始在實驗內調查生物多樣性的其他組成部分，如土壤微生物多樣性對植物生產的影響，以及地上生物多樣性和地下生物多樣性的關系［13－16］。

1．2生物多樣性與生產力

關于生產力和多樣性之間的關系問題尚無定論，目前存在4種主要觀點:第1種是“冗余種”假說，即生態系統中，并不是所有種都在生態過程中發揮了作用，有些種是冗余的，損失一些物種不會降低他們生產物質的能力［17］，因此物種多樣性與生產力不呈相關關系。第2種觀點認為簡單系統的生產力高于生物多樣性高的復雜系統。主要證據為自然界的大米草沼澤、高緯度的海洋系統和人工的農業系統［18］。第3種觀點認為生產力與多樣性之間的關系是線性關系，即在生產力增加時多樣性也在增加［11，19］。對于這種正效應的解釋，主要有抽樣效應和生態位互補兩種機制，張全國等［8］通過水生微宇宙實驗也得出類似的結論。第4種觀點認為生產力和多樣性呈鐘形的曲線關系。即多樣性在低水平時隨生產力增加而增加，在生產力為中等水平時其多樣性最大，但最終在達到足夠高的生產力時反而下降，其中最有說服力的是生境異質性假說。綜上所述，關于生物多樣性和生態系統功能關系的研究雖然已經開展，但至今尚未找到普遍適用的理論來揭示二者之間的模式和作用機制，特別是在人工林生態系統中類似的研究尚鮮有報道，這說明生物多樣性和生態系統功能之間的關系異常復雜。

2人工林與生物多樣性

森林是陸地生態系統的主體，維持和保護著約80%的陸生生物多樣性。然而，由于人類的過度利用，全球天然林的面積正以每年1300萬hm2的速度持續下降，也給生物多樣性帶來毀滅性的影響［20］。與此同時，世界范圍的造林和人工更新在某些地區和一定程度上彌補了森林面積的損失，使全球每年的森林面積凈損失量減少到730萬hm2［21－22］，這其中包括了1.391×109hm2的人工用材林［23］。目前世界人工林面積正以260萬hm2/a的速度增長［23］，從全球規模來看，不足森林面積5%的人工林提供了超過15%的木材生產量［24－25］，甚至在某些地區，人工林可以提供約90%的木材供給［26］。在人工林發揮著其不可代替的木材生產功能的同時，越來越多的研究開始關注其在生物多樣性方面的效應以及相應的生態功能的發揮及可持續性［4］。

近年來，生物多樣性與生態系統功能的關系已成為生態學與環境科學關注的前沿［27］，影響二者關系的非生物因素(環境資源)及調控機制也成為研究熱點。由于人工林，特別是用材林多采用大規模、單一樹種的短輪伐期集約經營，許多研究報道了其較低的生物多樣性［28－30］，并將這種類型的人工林稱之為“生物荒漠(biologicaldeserts)”［31］，有些學者甚至認為“人工林不是森林”［32］。但是，另外一些研究認為，人工林能夠在生物多樣性保護和森林物種恢復方面起到重要作用，尤其是當其經營目標從單純的經濟效益轉向環境和經濟效益相平衡之時［4，24－25］。在經營措施方面，可以通過采用本地樹種造林［4，25，31］、混交造林［24，33］、闊葉樹種造林［28］、延長輪伐期［34－35］等手段來提高生物多樣性。

人工林是否能起到維護生物多用性的作用是目前爭論最多的問題。反對意見認為，與天然林相比，以木材生產為主要目的的人工林多為同齡純林，并進行集約化的短輪伐期經營，對大多數原生物種造成極大干擾，而且生態系統在組成、結構和功能上極為單一，過度的人工林化容易導致生物多樣性的喪失［24，36］，這也是迄今為止評價人工林生物多樣性的主流認識。然而，近年來的一些研究中與此相反的意見逐漸增多。一方面認為人工林的增加可以減緩對天然林的壓力，從而保證天然林在生物多樣性維護及生態功能發揮方面的作用［26，33，37］;另一方面認為人工林自身也同樣能夠維護一定的生物多樣性，以及在水土保持等方面的生態功能［33，38］。