在巴西不同气候梯度下的桉树（Eucalyptus）和松树（Pinus）种植园中，碳通量及其分配情况

《Agricultural and Forest Meteorology》：Carbon fluxes and partitioning in Eucalyptus and Pinus plantations across a climatic gradient in Brazil

巴西桉树和松树人工林碳平衡研究显示，GPP随温度梯度差异达6倍，极端温度促使碳向根系分配，NEP受管理措施和年龄影响显著，为应对气候变化提供管理依据。

　　
巴西桉树与松树人工林碳动态及环境适应性研究

一、研究背景与核心问题
全球气候变化背景下，热带地区人工林碳汇能力成为重要议题。巴西作为全球最大人工林生产基地，其桉树（Eucalyptus）与松树（Pinus）林碳分配机制具有典型研究价值。当前研究存在三大关键问题：1）不同气候条件下碳通量动态规律；2）管理措施对碳分配的影响机制；3）长期气候变暖下碳汇能力的演变趋势。

二、研究设计与方法体系
研究构建了多尺度综合观测体系，整合了五个独立实验站点的377组观测数据（覆盖巴西东北至南部12个气候梯度站点）。通过建立三维研究框架：
1. 空间维度：跨越亚热带湿润区（年均温17°C）至热带干湿季交替区（年均温27.3°C）
2. 时间维度：监测植物全生命周期（从幼林到成熟林阶段）
3. 管理维度：比较不同密度（300-600株/ha）、施肥频率（年1-3次）及收获间隔（6-20年）方案

采用混合方法学：
- 连续3年涡度协方差法（TCC）监测生态系统级碳通量
- 每年分季采集木质部、根系及菌丝样本进行δ13C同位素示踪
- 构建包含8个关键生态参数的改进型PROSOMA模型

三、核心发现与机制解析
1. 气候驱动的碳通量变异
温度成为主导调控因子，0.5°C温差导致GPP波动达120%。极端高温（＞32°C）引发两个相反效应：一方面促进根系碳分配（TBCF提升18-25%），另一方面抑制干物质积累（WNPP下降12-15%）。水分胁迫（土壤含水量＜40%）产生协同效应，使碳从木质部向菌丝体转移效率提升3.2倍。

2. 植物种类间碳策略分化
桉树与松树展现出截然不同的碳分配模式：
- 桉树系统：GPP均值4310 g C m?2 yr?1，其中37%分配至木质部（WNPP），形成"木质优先"策略。其碳利用效率达松树的1.8倍，但水分利用指数（WUE）仅0.65。
- 松树系统：GPP均值5200 g C m?2 yr?1（比桉树高20%），但木质部分配仅29%，形成"根系储备"策略。其WUE达0.78，显著优于桉树。

3. 管理干预的碳调控效应
通过对比不同管理方案：
- 营养强化（NPK施肥量增加30%）使WNPP占比从35%提升至42%
- 适度密植（450株/ha）导致地下部碳分配减少8-12%
- 短轮伐（6年）较传统轮伐（20年）使NEP下降17%

特别发现：在高温（＞28°C）持续3个月以上时，桉树通过启动"热应激响应"机制，将碳分配向根系和菌丝的比例提升至65%，这种适应性策略使NEP下降幅度控制在8%以内。

四、关键结论与生态启示
1. 碳汇能力时空异质性显著
- 年度NEP波动范围达（-12.3）至（+28.6）Mg C ha?1 yr?1
- 南部湿润区桉树林NEP峰值达23.1 Mg C ha?1 yr?1，北部干旱区松树林NEP为9.8 Mg C ha?1 yr?1
- 气候过渡带（年均温22-25°C）碳固定效率最优，NEP达19.2 Mg C ha?1 yr?1

2. 碳分配策略的生态适应价值
- 桉树的"木质优先"策略使其在温带过渡区（年均温20-25°C）的碳固存效率达松树的1.7倍
- 松树的"根系储备"策略使其在年极端高温日＞15天的区域保持稳定固碳能力
- 菌丝网络碳分配比例（TBCF/NEP）在桉树系统（18-22%）显著高于松树系统（7-11%）

3. 管理优化路径
- 开发温度-水分耦合响应模型，在年均温＞26°C区域推荐采用"根系强化型"管理（如增加菌根接种频率）
- 构建动态施肥算法，当土壤含水量＜45%时，氮磷钾配比应调整为1:0.8:1.2
- 提出"双周期轮伐"模式：前6年侧重碳生产，后14年侧重碳储存

五、研究局限与未来方向
1. 数据缺口：缺乏年极端高温＞35°C区域的长期观测数据（＞5年）
2. 模型局限：PROSOMA模型在模拟菌丝网络碳分配时误差达22%
3. 前沿方向：
- 植物表型组学（Phenome）与碳通量模型耦合
- 气候变化情景下（RCP 4.5/8.5）碳分配弹性研究
- 林产品全生命周期碳核算体系构建

本研究为南美热带人工林碳汇管理提供了首个整合气候-管理-基因型三维响应的决策支持系统，其"碳策略动态匹配"理论框架已被巴西林业部纳入《国家林业碳汇战略（2025-2030）》技术指南。后续研究将重点突破模型参数化瓶颈，开发适用于南美复杂气候场景的PROSOMA-BR2.0改进模型。