《Forest Ecosystems》：Effects of habitat fragmentation on multiple ecosystem functions in urban remnant forests
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本研究针对城市化驱动生境破碎化威胁森林生态系统多功能性(EMF)的核心问题，通过系统分析贵阳30个残存森林斑块的破碎化指标、土壤属性与生物多样性，揭示了边缘与内部生境中碳动态、养分循环及病原防御功能的差异化驱动机制。研究发现，生境破碎化指标对EMF变异的解释力超越土壤属性与生物多样性，并提出“保护高功能小斑块集群+调控周边不透水面空间布局”的双轨保护策略，为协调城市发展与生态完整性提供了科学依据。相关成果发表于《Forest Ecosystems》。
随着城市化进程加速，原本连绵的森林被切割成孤立的“绿色岛屿”——城市残存森林。这些森林不仅是城市生物多样性的最后避难所，还承担着碳汇、气候调节和休闲服务等多重生态功能。然而，生境破碎化通过改变景观结构、侵蚀生物多样性，深刻影响着生态系统的运行机制。尤其值得注意的是，传统研究多聚焦于单一功能或简单边缘效应，对破碎化如何通过多尺度相互作用调控生态系统多功能性（Ecosystem Multifunctionality, EMF）仍缺乏系统认知。在此背景下，研究者以典型喀斯特山地城市贵阳为样本区，开展了一项揭示生境破碎化对EMF影响机制的研究。
为厘清破碎化对EMF的作用路径，研究团队整合了景观生态学、土壤微生物学和生态系统功能评估等多学科方法。首先，在贵阳建成区选取30个独立阔叶林斑块（5–30公顷），每个斑块设置边缘（距边界25米）和内部（距边界≥100米）生境共240个样方，系统采集土壤与植被数据。其次，通过遥感解译计算斑块面积（Area）、形状指数（FRAC）、边缘对比度（ECON）等8项破碎化指标，并测定土壤有机碳（SOC）、氮磷含量、酶活性等16项功能指标。此外，利用宏基因组测序技术解析微生物群落结构，结合多元统计与网络分析（如方差分解、功能维度聚类）量化各类因子对EMF的贡献度，并通过多阈值法（30%、50%、80%分位数）识别生态系统服务间的协同与权衡关系。
3.1 生态系统功能的关键关联
边缘生境中，不透水面比例（PIS）与易氧化有机碳（ROC）、有效磷（AP）显著相关；内部生境的碳库功能则主要受斑块与周边矩阵的对比度（ECON）调控。网络分析进一步将16项功能划分为三个维度：维度1（如土壤孔隙度、铵态氮）关联水分调控与抗生素抗性基因控制；维度2（如β-木糖苷酶、毒性因子控制）由真菌多样性驱动；维度3（如树木生物量、硝态氮）则对不透水面聚集度（CLUMPY-IS）敏感。
3.2 生态系统服务的权衡与协同
病原防御功能（PHI控制、ARG控制、VFs控制）呈现强协同效应，而植物生产力（PP）与有机质分解（OMD）、水分调控（WR）与病原抑制之间存在显著权衡。例如，植物生长与微生物分解竞争光合碳资源，病原抑制所需的低湿度条件与WR的高持水性需求相互冲突。破碎化指标中，斑块面积（Area）和核心-边缘比（IER）增大会抑制边缘生境的EMF，而内部生境的碳库功能随ECON升高而增强。
3.3 EMF的关键驱动因子
方差分解表明，生境破碎化独立解释EMF变异的54.9%，显著高于土壤属性（如SOC、TN）和生物多样性。大斑块因边缘界面延长反而削弱边缘生境功能，凸显尺度-生境差异化效应：边缘生境功能受斑块形态主导，内部生境则更依赖景观背景的连通性。
本研究首次揭示了生境破碎化通过“空间配置—生物响应—功能反馈”链式路径主导城市残存森林EMF的机制。边缘生境的功能易受局部扰动调控，而内部生境稳定性依赖于景观矩阵的缓冲能力。研究提出的“双轨保护”框架——优先保护高功能小斑块集群以利用边缘效益，同时限制周边不透水面连续扩张以维护内部生境稳定——为高密度城市生态规划提供了可操作的空间干预策略。未来需结合区域气候模型与社会经济权重，进一步优化EMF的跨尺度调控路径。
