地形与土壤梯度对安卡萨保护区植物群落构建及碳储量的影响机制研究

《Heliyon》：Plant community assemblage and carbon stock along topographic and soil gradients in the Ankasa conservation area, Ghana

本研究针对加纳安卡萨保护区（ACA）内植物群落构建机制不清的问题，通过系统调查三种生境的地形特征、土壤理化性质与植被参数，揭示了土壤因子（解释71.2%变异）是驱动物种分布和碳储量（总量4932.76 t）的关键因素。研究发现65个指示物种印证了保护区的高保护价值，为热带森林生物多样性保护和碳汇管理提供了科学依据。

　　

在热带雨林生态系统中，植物群落的分布格局如何响应环境梯度变化一直是生态学研究的核心议题。作为加纳唯一的湿润常绿热带雨林，安卡萨保护区（ACA）以其极高的生物多样性和特有物种比例被赋予全球最高保护等级。然而，尽管该保护区具有重要的生态地位，其内部植物群落沿地形和土壤梯度的组装机制及碳储量分布规律尚未明确。随着热带森林碳汇功能因人为干扰和气候变化持续减弱，厘清环境因子对植被结构与功能的影响机制，对制定针对性保护策略具有重要意义。

本研究采用空间替代时间法，在保护区内选取代表不同干扰历史的三种生境（竹教堂-大树区BC-BGA、桶径-洛菲拉树BT-LT、达德文-埃卢博营区DW-EC），设置150个20 m×20 m样方进行植被调查和土壤采样。关键技术支持包括：基于DBH≥10 cm的每木检尺、Chave通用生物量模型估算地上碳储量（AGC）、指示物种分析（ISA）鉴定特征种，以及冗余分析（RDA）解析环境因子与群落关联。

3.1 地形与土壤变异特征

研究发现三类生境海拔差异显著（77.8-102.8 m a.s.l.），而坡度和坡向变化范围有限（7-8°；176-197°）。土壤性质呈现显著分异：DW-EC生境土壤pH（5.71）、有效磷（14.50 mg kg^-1）和有机碳（1.86 g kg^-1）最高，BC-BGA生境电导率（140.60 μS m^-1）和镁离子（1.20 cmol_ckg^-1）含量突出，BT-LT生境总氮（0.52 g kg^-1）相对丰富。土壤肥力指数（SFI）和土壤评价因子（SEF）在DW-EC生境达到峰值（26.01和15.06），表明该区域土壤养分条件最优。

3.3 植物群落特征差异

植被调查显示BC-BGA生境树木密度最高（1025 ha^-1），但物种丰富度（14）和香农指数（1.19）最低，反映其曾受伐木活动干扰后形成的次生林特征。DW-EC与BT-LT生境则保持较高多样性水平（丰富度18，香农指数2.51）。地上碳储量估算表明，BC-BGA生境碳密度达1035.50 t C ha^-1，显著高于其他生境，研究区总碳储量为4932.76 t（折合822.13 t C ha^-1）。

3.4 环境因子对群落构建的驱动作用

指示物种分析鉴定出65个特征种，其中38种为单一生境特有种（如BC-BGA的Mallotus oppositifolius、BT-LT的Pericopsis elata）。多元回归分析揭示镁离子、铝离子、钾离子和pH值共同解释物种多样性71.2%的变异，而生境类型和海拔分别主导物种丰富度（10.7%）和密度（9.8%）的分布。RDA进一步确认电导率、有效磷和有机碳是物种组成的关键限制因子（累计解释方差27.27%）。

本研究系统阐明了安卡萨保护区植物群落沿环境梯度的响应规律，证实土壤因子是驱动群落构建的首要力量。较高的指示物种比例和碳储量凸显该保护区在生物多样性保育和全球碳循环中的双重价值。研究建议将土壤管理、地形异质性监测纳入保护策略，通过差异化生境管理提升生态系统韧性。成果为热带森林可持续管理提供了基于实证的科学框架，对实现碳中和目标下的森林保护具有示范意义。