海拔梯度对木本物种碳动态的影响：埃塞俄比亚西北部Abasayu修道院森林的证据

《International Journal of Forestry Research》：Impacts of Elevation Zones on Woody Species Carbon Dynamics: Evidence From Abasayu Monastery Forest, Northwestern Ethiopia

本研究通过系统采样分析埃塞俄比亚Abasayu修道院森林不同海拔梯度（2100-2460米）的碳储量动态，揭示中海拔区域因树木胸径更大、植被密度更高而具有最高地上碳储量（281.53吨/公顷），而高海拔区域因原生灌木凋落物输入丰富呈现最高土壤有机碳储量（134.01吨/公顷）。研究表明修道院森林在气候变化减缓（总碳储量425.31吨/公顷，CO2当量1560.89吨/公顷）和生物多样性保护中具有关键作用，为可持续森林管理提供科学依据。

　　

1. 引言

森林作为最复杂的陆地生态系统，通过碳封存作用在气候调节中发挥着关键作用。然而，过度的人为干扰和放牧活动正导致森林自我维持能力下降。国际气候协议已明确承认森林通过自然吸收二氧化碳（CO₂）对减缓排放的重要贡献，其储存了超过80%的陆地地上有机碳和70%的土壤有机碳。当前，持续温室气体排放引发的气候变化已成为最受关注的环境挑战之一，可能对生态系统造成不可逆影响。森林生物量作为碳循环的核心环节，其估算对理解生态系统物质流动至关重要。埃塞俄比亚正教教堂周围的修道院森林作为干旱山地森林的残存斑块，在生物多样性保护和气候变化适应中具有特殊地位，但对其碳储存潜力的系统研究仍较为缺乏。本研究旨在评估埃塞俄比亚西北部Abasayu修道院森林海拔梯度对木本物种碳动态的影响，并提出中海拔区域具有更高碳储量的科学假设。

2. 材料与方法

2.1. 研究区概况

研究区位于埃塞俄比亚西北部南贡德尔区的Abasayu修道院森林（北纬11°4′40″–11°5′40″，东经38°3′30″–38°4′40″），面积194公顷，海拔范围2100-2470米，属湿润Weyna Dega农业生态区，年均降雨量1484毫米。植被由天然林和人工林构成，优势物种包括Carissa spinarum和Juniperus procera，不同海拔梯度呈现明显的物种分布差异。

2.2. 采样设计与数据收集

采用分层系统采样法布设11条样带（间距150米），沿样带设置60个20米×20米样方（间距125米）。使用直径卷尺和测高仪测量所有胸径（DBH）≥5厘米木本植物的胸径和树高，植物鉴定结合当地知识和植物志完成。

2.3. 碳储量计算

采用通用异速生长方程计算地上生物量（AGB）：AGB = 0.0673 × (ρ × D² × H)^0.976，其中ρ为木材密度（取非洲树木平均值0.58吨/立方米）。地上碳储量（AGC）和地下碳储量（BGC）分别通过生物量乘以转换系数0.5和0.25获得。土壤有机碳（SOC）采用环刀法取样（0-30厘米深度），通过SOC = BD × D × %C公式计算，其中BD为土壤容重，%C为碳浓度。

2.4. 统计分析

使用SAS软件9.6版进行单因素方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验，显著性水平设为p < 0.05。

3. 结果与讨论

3.1. 木本物种组成

共记录55种木本植物，隶属35科。豆科（Fabaceae）物种最丰富（6种，11%），大戟科（Euphorbiaceae）和蔷薇科（Rosaceae）次之。低海拔优势种为Carissa spinarum和Vernonia amygdalina，中海拔以Allophylus abyssinicus和Eucalyptus globulus为主，高海拔则以Juniperus procera和Schefflera abyssinica为特征。

3.2. 碳储量分布格局

总碳储量为425.31吨/公顷（CO₂当量1560.89吨/公顷），其中地上碳储量（AGC）占比58.72%（249.23吨/公顷），土壤有机碳（SOC）占比26.72%（113.76吨/公顷），地下碳储量（BGC）占比14.52%（62.32吨/公顷）。Juniperus procera储存碳量最高（55.62吨/公顷），而Dovyalis abyssinica等物种碳储量较低（<2吨/公顷）。

3.3. 海拔梯度的影响

中海拔区域（2220-2330米）地上碳储量显著最高（281.53吨/公顷），归因于更大的树木胸径和更密集的植被覆盖。高海拔区域（2330-2460米）土壤有机碳储量显著最高（134.01吨/公顷），与原生灌木凋落物输入密切相关。统计检验表明海拔对碳储量的影响均达到显著水平（p < 0.05）。

4. 结论

海拔梯度通过调节植被结构和土壤过程显著影响森林碳分配格局。中海拔森林在木本碳储存中发挥主导作用，而高海拔区域对土壤碳封存具有特殊价值。Abasayu修道院森林展示出的高碳储量潜力，凸显了宗教森林在气候变化减缓和生物多样性保护中的双重功能，为制定基于海拔分异的可持续管理策略提供了科学依据。