白尾鹿禁入对森林土壤碳动态的影响：解锁生态系统的隐藏密码

研究人员为探究白尾鹿（Odocoileus virginianus）过度啃食对土壤碳动态的影响，对比研究发现鹿禁入对不同森林土壤碳动态影响各异，对理解生态系统碳循环意义重大。

　　在地球的生态大舞台上，森林无疑是至关重要的角色。它们不仅是众多动植物的家园，还在调节气候方面发挥着关键作用。其中，通过固定二氧化碳（CO₂）、储存碳（C）以及吸收甲烷（CH₄），森林为缓解气候变化贡献巨大。然而，大型食草动物的活动却给森林生态系统的碳循环带来了诸多不确定性。白尾鹿作为森林中的 “常客”，其过度啃食对森林植被影响显著，但它对土壤微生物以及碳库处理的间接和交互作用却鲜为人知。

为了揭开这些谜团，来自美国多所高校和研究机构的研究人员展开了一项深入研究。他们聚焦于宾夕法尼亚州拉克瓦克保护区的成熟橡木林和铁杉林，这里的森林正经历着白尾鹿的频繁啃食以及铁杉球蚜（Hemlock woolly adelgid，HWA）的侵袭。研究人员假设，解除白尾鹿的啃食压力会对土壤碳动态产生一系列影响，包括土壤碳库的细粒度斑块化、长期土壤碳储存的改善以及细菌群落变化等。

该研究发表在《Ecosystems》杂志上，为了开展这项研究，研究人员采用了多种关键技术方法。在研究区域设置上，1995 年在成熟森林中建造了两个相距 306 米的鹿禁入区（deer exclosures），2019 年在禁入区内外设立测量碳库和通量的样地，并使用广义镶嵌随机设计确定采样点。通过测量叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）、地面覆盖、土壤和凋落物碳库、进行群落水平生理分析（Community-Level Physiological Profiling，CLPPs）以及测定标准化凋落物的稳定化和分解等指标，获取大量数据。运用多种统计分析方法，如莫兰指数（Moran’s I）、变差函数分析、方差分析（ANOVA）等，对数据进行处理和分析。

研究结果如下：

• 叶面积指数：1997 年，铁杉林的叶面积指数高于橡木林；但到 2014 年和 2023 年，橡木林的叶面积指数反超铁杉林，不过禁入区内外在各年份均无显著差异。
• 地面覆盖：铁杉和橡木禁入区的树苗密度高于被鹿啃食的地块。铁杉被鹿啃食地块因香蕨（Hay-scented fern）覆盖，地面覆盖更多；排除香蕨后，禁入区的地面覆盖更高。而且，即便经过 24 年禁入，若重新引入鹿，两个禁入区的再生潜力依然较低。
• 土壤碳库的细粒度斑块化：橡木禁入区的土壤碳库存在空间结构，形成资源斑块，与树冠开阔度呈负相关；而铁杉禁入区因铁杉树苗死亡率高、替代物种不耐酸性土壤等原因，未发现土壤碳库的空间结构。
• 长期土壤碳储存：鹿禁入使土壤碳储存增加，但铁杉林的响应幅度小于橡木林。这可能与铁杉林树苗再生潜力低、被鹿啃食地块土壤碳库较大等因素有关。此外，鹿啃食地块的凋落物生物量和稳定化程度更高。
• 异养细菌群落变化：通过 CLPPs 分析发现，鹿禁入对异养细菌群落活动的分散度无显著影响，但橡木对照地块与铁杉对照地块和铁杉禁入地块存在显著差异。
• 土壤碳通量的生态系统特异性效应：在凋落物分解和土壤呼吸方面，鹿啃食对不同森林的影响不同。铁杉林被鹿啃食地块的速率更高，而橡木林则相反，且土壤呼吸与凋落物生物量相关。在甲烷吸收方面，橡木禁入区的吸收量显著增加，且与土壤湿度呈正相关。

综合研究结论和讨论部分，该研究发现白尾鹿禁入对不同森林的土壤碳动态影响各异。在橡木林，鹿禁入促进了土壤呼吸、分解速率、甲烷吸收和土壤有机碳（SOM）增加，还促进了土壤碳库的细粒度空间结构形成；而在铁杉林，虽然鹿禁入提高了 SOM 和第一年的甲烷吸收，但效果不如橡木林明显，且土壤呼吸和分解速率在有鹿存在时更高。研究认为，铁杉林的这种差异可能是鹿啃食与 HWA 对铁杉再生潜力影响相互作用的结果。

这项研究意义重大，它揭示了白尾鹿禁入对森林土壤碳动态的复杂影响，强调了在研究生态系统碳循环时考虑多种生物和环境因素相互作用的重要性。同时，为后续研究提供了方向，比如进一步探究不同森林类型中多种生物因素如何协同影响碳动态，以及如何通过合理管理鹿群数量和控制外来物种入侵，来更好地保护和恢复森林生态系统的碳储存功能。