卡廷加热带干旱森林凋落物动态与气候因子的五年研究：季节性模式、养分循环及土壤保护机制

巴西卡廷加热带干旱森林面临40%植被退化问题，研究团队通过五年观测揭示凋落物季节性沉积规律（年均864.69 kg DM ha-1 year-1），发现叶片占比61%且与太阳辐射(Rg)、冠层温度显著负相关，分解速率1.60 year-1，证实其通过Ca2+、N、K+等养分返还提升土壤有机质，为半干旱区生态恢复提供关键数据。

　　

【研究背景】
卡廷加(Caatinga)作为巴西特有的季节性干旱热带森林(SDTF)，拥有新热带区最丰富的旱地生物多样性，却因40%植被退化导致凋落物——这一维系土壤肥力、防止侵蚀的关键生态过程面临严重威胁。凋落物通过叶片、枝条等有机质输入驱动养分循环，但在气候多变的半干旱区，其动态规律与气象因子的关联长期缺乏长期观测数据。现有研究多局限于短期分析，难以揭示年际变异规律，而气候模型亟需此类数据预测干旱区生态响应。

为解决这一空白，来自巴西伯南布哥州的研究团队开展了为期五年的系统研究，首次通过高时间分辨率监测，解析卡廷加凋落物沉积的季节性模式、气候驱动机制及土壤养分返还效应。相关成果发表于《Agricultural and Forest Meteorology》，为干旱区生态恢复提供科学基准。

【关键技术】
研究在巴西半干旱区（08°18′31″ S, 38°31′37″ W）设置固定样地，采用凋落物收集器每月定量采样（2017-2021），分离叶片、枝条、繁殖结构等组分并测定干物质(DM)。结合气象站同步监测太阳辐射(Rg)、净辐射(Rn)、冠层温度等变量，采用Olson指数模型计算分解速率(k)，通过原子吸收光谱测定Ca²⁺、N等养分浓度，并分析其与气候因子的相关性。

【研究结果】

1. 凋落物动态与季节性格局
   年均凋落物产量864.69 kg DM ha^-1 year^-1（0.86 Mg ha^-1），显著低于亚马逊等湿润森林。叶片占比61%主导沉积过程，呈现单峰型季节模式——旱季沉积量最高，与雨季降水驱动的植被生长滞后效应相关。

2. 气候驱动机制
   叶片沉积与全球太阳辐射(Rg, r=-0.70)、净辐射(Rn, r=-0.75)、冠层温度(r=-0.61)呈显著负相关，表明强光照与高温加速叶片脱落以降低蒸腾耗水。风速则通过机械胁迫正向影响凋落（p<0.05），而枝条等组分受气候因子影响较弱。

3. 分解与养分返还
   五年平均分解速率1.60 year^-1（范围0.14-3.99），雨季加速明显。养分返还量排序为Ca²⁺(39.4 kg ha^-1 year^-1)>N(20.7)>K⁺(13.1)，磷(P)利用效率最高，印证凋落物作为半干旱区主要养分库的功能。

4. 土壤保护效应
   凋落层使表层土壤有机质提升18%，其物理覆盖减少太阳辐射直接冲击，降低土壤温度2-3°C，显著缓解降水稀少区的蒸发损耗与侵蚀风险。

【结论与意义】
该研究首次揭示卡廷加凋落物沉积的“旱季高峰”模式，阐明太阳辐射与冠层温度是调控叶片脱落的关键气候扳机。通过量化Ca²⁺、N等核心元素的循环通量，证实退化植被恢复中凋落物管理的优先性。成果为预测气候变化下SDTF生态系统功能演变提供参数化依据，并指导半干旱区基于自然解决方案(NbS)的土壤修复实践。作者Wilma Roberta dos Santos等强调，未来需结合树种功能性状进一步解析凋落物质量-气候反馈机制。