2022年3月18日，意昂3体育官网城市與環境學院生態研究中心華方圓研究員帶領的保護生態學課題組牽頭7國研究人員組成的跨學科團隊，在國際頂級期刊《科學》上以長文形式發表了題為《不同森林恢復方式的生物多樣性和生態系統服務貢獻及其權衡關系》的研究論文。該研究匯總分析了來自全球53個國家地區、264個野外研究的近2.6萬條數據，發現與結構簡單的人工林相比，天然林可以更好地支持生物多樣性保護和實現地表碳存儲、土壤保持、水源涵養的生態系統服務，但是人工林在木材生產方面具有優勢。

這個跨國、跨學科的大團隊是如何凝聚在一起、又是如何開展研究的？研究結果具有怎樣的科學和現實意義？項目領導者經歷了怎樣的酸甜苦辣？華方圓向記者講述了4年多來她和團隊的故事。

華方圓接受融媒體中心記者采訪

退耕還林引發的困惑

1999年，我國從保持水土的主要訴求出發，將易遭受水土流失的坡耕地有計劃、有步驟地停止耕種，按照適地適樹的原則植樹造林，恢復森林植被。這就是退耕還林工程，它是全球最大的森林恢復工程。退耕還林工程建設包括兩個方面的內容：一是坡耕地退耕還林；二是宜林荒山荒地造林。

也是這一年，華方圓從四川考上北京師範大學生物系，後來到美國佛羅裏達大學攻讀博士學位時，她選擇了保護生態學方向。“2013年至2016年，我在普林斯頓大學做博士後。當時的研究是通過野外工作，嘗試理解我國以退耕還林為代表的大型造林工程有怎樣的生物多樣性保護成效。”

四川山區的坡耕地

四川山區退耕還林實施後的森林景觀

生物多樣性，我們可以簡單理解為動物、植物、微生物等各種形式的生命體及其與環境構成的生態系統。人類生產生活所用的土地原本都是自然生態系統，但人類出於自身需要，對土地的面貌進行了極大的改造，比如將其轉變成城市、農田等等。棲息地的改造和破壞使得很多生物失去了棲身之所，也因此成為目前全球生物多樣性急劇喪失的最主要原因之一。

2021年10月12日，《生物多樣性公約》第十五次締約方大會領導人峰會在昆明召開，習近平主席在視頻講話中提出：“‘萬物各得其和以生，各得其養以成’，生物多樣性使地球充滿生機，也是人類生存和發展的基礎。保護生物多樣性有助於維護地球家園，促進人類可持續發展。”華方圓提到，這次峰會後不久，她在公交車上聽見兩位老人交談中提起生物多樣性，覺得很驚喜。“普通老百姓開始關註生物多樣性，這是一個很大的進步。”

從理論上來說，如此大體量的森林恢復工程，能帶來的生物多樣性保護潛力應該也是極大的，尤其考慮到棲息地破壞是生物多樣性面臨的最大威脅之一。退耕還林工程在全國推開，涉及的森林恢復面積很大，應該能帶來極大的生物多樣性益處。

“但從我自己的野外觀察和跟同行了解到的信息來看，退耕還林恢復的森林植被主要是人工林，樹種構成比較簡單。而全球的研究已經證明，簡單人工林可以支撐的生物多樣性是有限的。”這就給華方圓帶來一個困惑：國家花大力氣實施這麽大規模的生態工程，理論上在水土保持之外還可以有很大的生物多樣性益處，但這個重要的生態紅利可能並沒有充分地兌現。

四川山區退耕還林恢復的人工林：桉樹純林（左）、厚樸純林（中；厚樸皮是一種中藥材）、竹與柳杉的混交林（右）

為了獲得科學數據驗證她的猜測，華方圓與中科院昆明動物所和四川大學的合作者以四川盆地西南山區為例，通過兩年多的野外和遙感研究，量化退耕還林工程期間研究區不同類型森林的恢復面積，以及相比天然林來說，恢復的人工林能支撐多少生物多樣性。

經過一輪幾乎跑遍了四川盆地及周邊的前期踏查，華方圓把研究區選定在了成都平原西南的邛崍山、大相嶺山區和平原淺丘區。這個區域位於橫斷山區東緣，海拔覆蓋從不到500米一直拔升到近2000米，不僅有較為密集的退耕還林項目地，並且由於較大的海拔和區縣跨度，涵蓋了多種不同的退耕還林森林類型。“這使得我們的研究結果能有較好的區域代表性，但也意味著我們的野外工作量是挺大的。”

與天然林相比，人工林的森林組成和結構明顯更簡單：四川洪雅縣境內的柳杉人工林（左）、四川大相嶺省級自然保護區中的天然林（右）

團隊以鳥類和蜂類作為生物多樣性的代表類群，通過野外調查，量化不同類型的退耕還林森林、天然林以及退耕還林針對的農田這幾類生境類型的生物多樣性高低。鳥類調查使用的是聽和觀察結合的常規鳥調方法，蜂類調查則需要布設采集器、把標本采集回實驗室進行物種鑒定；而由於數據獨立性和樣本量的要求，兩個類群的調查都需要團隊成員在調查生境中長距離地行走去布設調查點。“300米是相鄰的樣點間直線距離的最小要求。農田還好說，但我們調查的森林不僅在山坡上，而且幾乎都是沒有路的，全靠調查員硬鉆。除了望遠鏡，砍刀也成了我們離不開身的工具。”在研究區拉練式的幾個月野外調查做下來，華方圓和團隊固然經歷了不少艱辛——連聘來做野外助手的村民大叔都表示“大學都畢業了還來做這樣的勞力活兒，我的小孩絕不能送去學你們這個專業……”——但也因此對退耕還林的落地推行及其相關的林業管理話題有了深切的一手認識。

鳥類調查

在農田中布設蜂類采集器

華方圓背著蜂類采集用的木棍和黃盤采集器上山

“通過對野外數據的分析，我們發現退耕還林的生物多樣性成效還有很大的提升空間。”華方圓解釋說，一方面，在退耕還林開始後的15年期間，研究區的森林覆蓋率增加基本全是以人工林的形式實現的，而區域內的天然林甚至有一定程度的損失；另一方面，研究區幾種主流的人工林與天然林相比，都有比較顯著的鳥類和蜂類多樣性差距。這個差距對只由單一樹種構成的人工純林尤為突出：這類森林支撐的生物多樣性數量甚至可能還不如退耕還林針對的農田系統。

“對我接下來在森林生物多樣性保護與恢復方面的研究，這一段經歷和視野提供的助益是極大的。沒有這段在四川野外的經歷，我可能也不會想到這篇《科學》文章想解決的問題。”

人工林和天然林的對比

四川省洪雅縣境內一大片海拔1000多米的人工柳杉林，樹長得很高很密，遮蔽了陽光，再加上農戶可能有除草的管理措施，林下只有一些稀疏的蕨類植物，除此以外幾乎什麽也不長。“當時天正下著雨，林下的紅土地上，雨水混合著泥土嘩嘩流走。”

四川的野外項目雖然結束了，但這個情景還時常在華方圓眼前閃現，引起她的思考：退耕還林最主要的目的是防止水土流失，可是一些類型的人工林在這方面的成效似乎也不盡如人意，相比天然林可能還存在一些差距。“對退耕還林在防止水土流失上的成效評估，除了與代表退耕前土地狀態的坡耕地對比外，與作為良好生態狀態基準的天然林對比也是必需的，但針對退耕還林水土保持成效的研究大多只關註前一個對比。”

“退耕還林目前采取的還林方式充分實現它原本希望的水土保持成效了嗎？”華方圓一直在思考這個問題，也覺得對這個問題的回答，可能是扭轉退耕還林生物多樣性成效有限這個困境的出路。由於手頭研究工作的繁重，她一直沒有下定決心去探究這個題目。

轉折點發生在2017年。那年3月，華方圓來到英國劍橋大學，開始了她的第二階段博士後研究。當年9月，她去巴西參加第7屆世界生態恢復大會，看到來自全球各地的同行熱切關註的一個焦點話題，正是人工林主導森林恢復、導致生物多樣性保護的受益空間被極大擠占的問題。而與退耕還林的情況類似，這個現狀背後的原因是全球大量森林恢復項目的主要目標並不是保護和恢復生物多樣性，而是實現生態系統服務，即森林為人類直接提供的福祉，比如碳存儲、土壤保持、水源涵養、木材生產等。但出於“凡林皆可”的假定，許多項目主要通過種植單一樹種或少數樹種來構建簡單的人工林。

為實現生態系統服務構建的人工林：廣西為生產木材栽種的桉樹與本地樹種混交林（左）、四川為保持土壤栽種的楊樹純林（中）、河北為涵養水源栽種的油松純林（右）

這次會議給華方圓一個極大的啟示：退耕還林生物多樣性成效有限的困境，實際代表的是森林恢復在全球各地廣泛面臨的困境，急需通過科學研究探尋出路。而最直接的出路，是在構建簡單人工林與恢復天然林這兩種恢復方式之間，衡量生物多樣性與作為恢復主要訴求的生態系統服務之間的協同與權衡關系，並且最好是基於大尺度的數據匯總得出普適性的衡量結論。

從巴西回到學校後，華方圓就在文獻中仔細搜索衡量上述協同與權衡關系的匯總研究，結果發現這仍然是一個空白。進一步的搜索發現，就算對作為森林恢復主要訴求的上述碳、土、水、木材生產等生態系統服務而言，“人工林與天然林同等有效”的假定也並沒有得到嚴格的科學檢驗。“這個假定成立與否，不僅關系到森林恢復能給生物多樣性保護提供多少機會，更決定了森林恢復能在多大程度上實現其生態系統服務的目標。”華方圓的想法清晰起來，決定立即著手去填補這個空白。

想法有了，怎麽做？誰來做？華方圓自己是做生物多樣性相關的生態學研究的，對這個課題涉及的幾種生態系統服務的研究方法並不熟悉。“我在劍橋大學的博士後合作導師很支持我的想法，他給我推薦了一位做土壤保持的專家。我的一位劍橋大學同事也有做地表碳存儲的經驗，他們都樂意合作。”在巴西開會期間，華方圓認識了一位聖保羅大學的博士後，她正好在做全球不同森林類型的水文數據匯總，也很願意加入研究團隊。“但是這位巴西博士後自身的背景也是生態學，做這個水文研究其實面臨不小的挑戰。”為保障水文數據匯總的質量，華方圓決定再嘗試邀請一位森林水文領域的專家加入團隊。搜索幾輪文獻後，她發現Bruijnzeel這個名字在許多文章裏反復出現。這是一位荷蘭籍的著名森林水文學家。“從文獻看來，他基本就是森林水文學領域目前的‘大神’了。”幾經聯系，Bruijnzeel教授表示，他雖然對課題很有興趣，但由於自己時間有限，只願意在後排給項目提供指導。

從2017年開始，華方圓牽頭團隊開始工作。2019年5月，她回國就任意昂3体育官网城市與環境學院生態研究中心研究員。“回國的時候，我們已經差不多按當初的設想完成了數據收集。當年底，我們將文章投給《自然》，被拒；投給《自然》子刊，送審之後又被拒，主要原因就是水文數據太薄弱。”論文卡在水文數據上，華方圓決定請求荷蘭水文學家出手相助，親自主導水文數據的匯總。

“這時候已經有了兩年多的緊密交流合作，Bruijnzeel教授應該是被課題的科學價值和團隊的執著打動了，答應接手水文數據的匯總。”從2020年3月到2021年3月，Bruijnzeel教授花了整整一年的時間來重建課題的水文數據庫。“這一整年的等待時間，我的感受就像坐過山車一樣。文章卡在水文數據上遲遲無法推進的焦慮是背景音，而因為家庭、個人健康的一些原因，Bruijnzeel教授的進度不斷被打斷，其生活狀況也受到歐洲新冠肺炎疫情最嚴重時期的很大影響。”約定的數據交接時間一再往後推延，而華方圓還面臨著意昂3体育三年中期考核的壓力。

也正是在這一年的緊密交流中，華方圓對Bruijnzeel教授匯總水文數據的“慢節奏”，逐漸發生了從焦急抱怨到深深敬佩和理解的轉變。這不僅是因為他本身就是一個全球水文研究的“活圖書館”，對各地的現有研究有近乎全景式的把握，熟知都有誰做過對比人工林和天然林的水文研究，還因為課題針對的水文數據匯總工作量巨大：在數據庫裏呈現的每一行數字，背後都包含了不同於課題其他數據的大量計算和建模工作，很多時候還涉及聯系原作者索要日流量、日降雨量這樣細致的原始數據。“這部分水文數據給整篇文章增添的分量，是舉足輕重的。”

還有一個細節給華方圓留下了深刻的印象。發表在《科學》上的這篇論文一共有500多篇參考文獻。投稿前，Bruijnzeel教授仔細地逐行檢查了每篇文獻的拼寫，糾正了其中的錯誤。“以前，我從來沒有遇到第一作者以外的作者會主動來檢查參考文獻是否有誤。這讓我很受觸動，也為他這樣的老一輩科學家做事的嚴謹態度所深深折服。”

2021年9月，投稿《科學》的論文第一次返修，評審人希望補充生物多樣性的數據，華方圓帶著自己課題組兩位有相關數據匯總經驗的組員又對數據進行了一次全面的篩選和梳理。但華方圓還是有一個顧慮：“這篇文章采用的薈萃分析（meta-analysis）方法畢竟不是常規方法，如果被《科學》接受後，又發現數據分析有問題怎麽辦？”

為此，華方圓給澳大利亞一位做薈萃分析的日本裔專家寫信，希望他能幫忙把一下關。“Nakagawa教授是這個領域的標桿人物。從他發表文章的記錄來看，他的日程應該是非常繁忙的，所以我只是抱著試試看的心態。”令華方圓驚喜的是，Nakagawa教授很快就回信了，表示很樂意幫忙。他還提到，在這樣頂級的期刊發表文章，保證分析方法得當是作者的一個重大責任，而他願意幫助這個責任的履行。華方圓原本希望得到的一個小時通話時間實際接近兩個小時。“這完全是素不相識的同行給予的仗義相助，我特別地感激。很欣慰的是，我們的分析方法得到了行業標桿的首肯。”

好事多磨，當這篇文章在2021年底第二次返修的時候，評審人提了一個比較棘手的統計學問題，就是薈萃分析中評估異質性的問題。“在常規的薈萃分析中是有方法進行異質性評估的，但我們所用的非常規分析沒有任何現成的方法可用。我當時跟要好的同事開玩笑說，這個問題已經不是凡人能夠解決的了，必須得‘大神’出場相救。”華方圓再次求助於Nakagawa教授，寫信邀請他作為文章的合作者。“他真是特地為我們這個分析開發了一套算法。我非常感激，也覺得很幸運。回頭去看，我們這個課題團隊是慢慢地演變出了一個明星陣容。除了上面提到的兩位專家，還有我在劍橋大學的合作導師、英國好幾所大學的同行、巴西的森林恢復專家，以及後來陸續加入的澳大利亞、智利等國家和地區的研究人員。”

數據整合還是野外研究？

華方圓帶領研究團隊歷時4年多，收集整理了大量已有的文獻證據，進行數據匯總、整合分析，研究了不同森林恢復方式的生物多樣性、生態系統服務貢獻及其權衡關系。

森林恢復的方式大致可分為種植較為單一的人工林和恢復天然森林兩大類。華方圓告訴記者：“我們首次從‘多種紅利’的視角，構建和分析了現有最完備的人工林與天然林配對數據集。”結果表明，天然林在保護生物多樣性以及地表碳存儲、土壤保持、水源涵養這3種面向環境的生態系統服務方面都比人工林成效更好。但是有限的現有數據顯示，人工林在木材生產功能上的成效明顯優於天然林。

“這些發現提示，如果森林恢復的主要目標是生態益處，那麽即使不從生物多樣性的考慮出發，我們也應該優先恢復天然林。而人工林則可以通過保護其他有更高生態成效的天然林，使其免於用作木材生產及其帶來的生態代價，從而間接地提供生態益處。”華方圓表示，這些研究結果對全球森林恢復的政策製訂具有重要的參考意義，也解答了她數年前有關退耕還林土壤保持有效性和生物多樣性保護困境的困惑：以水土保持為主要目標的森林恢復項目，最應該恢復的是同時有益於生物多樣性的天然林。

文章能在《科學》發表，對華方圓來說當然是一件高興的事情。但是高興之余，她也有一絲隱憂。“我擔心年輕的學生們看到這篇文章，以及很多發表在高影響力期刊上的薈萃分析文章後，會覺得數據整合是發好文章的捷徑，由此輕視野外或一手研究。”華方圓說，事實上，這些薈萃分析文章得以產生的最重要原因，是大量的科研工作者經年累月地通過收集一線的實證數據，為人類提供對自然、對世界的科學認知。“何況很多好的科學問題，是需要有野外或一線的親身經歷才能看到和想到的。我自己長期以來都是以野外研究為主，我也要求組裏學生和博士後的工作必須包含野外研究。對生態學這門學科而言，第一手的實證數據才是我們對自然世界最終的知識來源。”

華方圓在印尼蘇門答臘做博士論文野外研究

華方圓也聽到過一些對薈萃分析的鄙夷看法，大意是，要是沒什麽課題可做了，大不了可以去做薈萃分析。但華方圓認為，真正有影響力、有用的薈萃分析必然是由好的問題驅動的。並且，好的問題其實永遠不缺。“雖然這篇文章發表了，但其實還有一系列很有意思的問題值得進一步去挖掘。像我們做應用研究的，好問題的來源是基於對應用需求的理解和把握。”華方圓表示，不論哪個領域的研究者，都首先要對自己的領域有比較全面深入的理解，保持積極思考的習慣，並且及時追蹤領域知識的前沿，同時要思考如何推動前沿向前發展。

談及大團隊的組建和合作，華方圓最大的感受是：不要害羞或者害怕，而是要勇於主動跟同行聯系和交流，哪怕是比你資深很多的人。“很多國際同行都有開放的心胸，我們只要去尋找機會、抓住機會，就有很大的可能實現國際合作。”正是華方圓對生態保護、對科學研究的熱情，以及她在科研上顯示出的能力，吸引了來自不同國家地區、不同學科的研究人員共同完成了這一項目。

（采訪：張寧、寧韶華、陳家琪；本文圖片由受訪者提供，人物特寫由寧韶華攝影。）

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