气候变化梯度下中欧地区栎树生态系统碳储量分配格局及其平衡效应

为解决气候变化对森林生态系统碳储量的影响机制问题，研究人员沿中欧气候梯度对33个无梗花栎林开展空间替代时间研究，揭示了干旱导致树木生物量碳(CTB)下降与土壤有机碳(SOC)上升的"平衡效应"，发现过渡型森林总有机碳(TOC)显著低于湿润/干旱林。该研究为预测气候变化下生态系统碳存储响应提供关键数据，发表于《Plant and Soil》。

　　

随着全球气候变化加剧，森林生态系统的碳储存功能正面临严峻挑战。中欧喀尔巴阡盆地作为温带森林向草原过渡的敏感地带，近50年来年均温上升1.5°C，夏季增温达2.2°C，成为研究气候-植被-土壤碳循环相互作用的天然实验室。然而，干旱如何改变树木生物量与土壤碳库的分配格局？不同气候类型森林的碳储存"临界点"在哪里？这些问题的解答对预测未来碳汇功能至关重要。

匈牙利农业与生命科学大学等机构的研究团队通过空间替代时间方法，沿降水梯度（年降水量692-744mm至545-579mm）选取33个地质地形均质的无梗花栎林，划分为湿润型、过渡型和干旱型三类气候组。研究发现干旱导致树木生物量碳(CTB)减少37%-61%，但土壤有机碳(SOC)增加44%-18%，形成碳储量从地上向地下的转移；过渡型森林因生物量下降快于土壤碳积累，总有机碳(TOC)比两端类型低8-10%。该成果揭示了生态系统碳储量的"平衡效应"，为气候敏感区森林管理提供科学依据，发表于《Plant and Soil》。

研究采用三项关键技术：1)基于1971-2020年气象数据（10×10km分辨率）计算森林干旱指数(FAI)和Ellenberg指数(EQ)划分气候类型；2)通过标准立木密度表(Sopp 1974)对比测定实际林分密度(SDF)，激光测高仪(Tru-Pulse 200)量化生物量碳(CTB)；3)分层(0-100cm分6层)采集土壤样品，使用Skalar Primacs SNC-100分析仪测定土壤有机碳(SOC)和体积密度。

【气候梯度塑造碳分配格局】
通过CRUTS 4.05数据库分析1901-2020年气候趋势，发现干旱型森林FAI指数从6.51(1970s)升至7.28(2010s)，越过7.25的森林-草原临界点。相关分析显示年降水量与CTB呈正相关(r=0.79)，与SOC负相关(r=-0.86)，证实水分减少促使碳向土壤转移。

【生物量与土壤碳的此消彼长】
干旱型森林地上CTB仅为湿润林的37%(131 vs 288 Mg C·ha^-1)，但SOC达2.5倍(224.5 vs 70.8 Mg C·ha^-1)。分段回归发现年水平衡(WB)61.3mm和EQ指数32.2是两个关键阈值，超过后林分密度(SDF)从97.5%骤降至68.1%。

【过渡型森林的碳亏损】
湿润与干旱林TOC无差异(413 vs 420 Mg C·ha^-1)，但过渡型森林因生物量快速损失(下降26%)而SOC积累滞后，总碳储量最低。深层土壤(50-100cm)碳占比在干旱林达21%，显著高于湿润林的9%。

【微生物活动的关键作用】
前期研究显示干旱林土壤C¹⁴周转时间延长2倍，真菌生物量减少，解释其SOC积累机制。钙离子含量增加7倍(pH 5.91 vs 4.84)促进有机-矿物复合体形成，增强碳封存。

该研究首次量化了中欧栎林碳储量的气候驱动模式，揭示生物量与土壤碳库的补偿机制。过渡型森林的碳亏损警示当前气候带迁移过程中可能出现生态系统服务空窗期。研究提出的FAI指数阈值(7.25)为森林退化预警提供指标，而深层土壤碳的稳定性提示地下碳库在干旱适应中的重要性。这些发现为《巴黎协定》框架下的森林碳汇评估提供科学依据，对制定气候适应性森林经营策略具有指导价值。