23年追踪揭示温带次生落叶林生物量积累与木材净初级生产力的演替动态及其碳汇意义

这篇研究通过23年长期监测，揭示了日本高海拔温带次生落叶林（以Quercus crispula和Betula ermanii为优势种）在演替过程中生物量积累与木材净初级生产力（NPP）的变化规律。研究发现短寿命先锋树种B. platyphylla var. japonica因种间竞争和寿命限制显著衰退，而长寿命树种通过个体生长补偿维持了稳定的木材NPP（年均2.44 Mg ha?1 year?1 ），表明此类森林在冠层郁闭后仍能持续发挥碳汇功能。

　　

引言

森林木材生物量的增加是生物地球化学碳循环中的重要碳汇。理解森林演替对碳 sequestration 的影响对预测全球变暖效应至关重要。然而，基于长期数据的温带次生林NPP时空变化研究仍较缺乏。日本高海拔地区的次生落叶林（如Takayama森林）以Quercus crispula、Betula ermanii和B. platyphylla var. japonica为优势种，为研究演替过程中个体生长与木材NPP的关系提供了理想场所。

材料与方法

研究地点位于日本中部Mount Norikura的Takayama森林（海拔1420米），曾为薪炭林，1950年代废弃后演替为混交次生林。通过1公顷固定样地的23年连续监测（1999-2021年），记录所有DBH≥5 cm树木的存活、生长及死亡动态。采用异速生长方程估算地上生物量（w_t
），木材NPP定义为存活树木生物量增量与新增个体生物量之和。

结果

结构变化：总密度从1254降至891株 ha^?1
，而总断面积从31.9增至35.6 m²
ha^?1
。B. platyphylla var. japonica死亡率最高（4.07% year^?1
），密度降至41%，而Q. crispula和B. ermanii分别保留66%和71%的初始密度。

NPP动态：木材NPP年均2.44 Mg ha^?1
year^?1
，无显著时间趋势。B. ermanii贡献最大（0.805 Mg ha^?1
year^?1
），其个体生长速率随年龄显著增加。

密度-生物量关系：整体符合-3/2自疏法则（斜率-1.52），但B. platyphylla var. japonica斜率仅-0.74，表明其衰退主要受种间竞争驱动。

讨论

长寿命先锋树种（Q. crispula和B. ermanii）通过个体生长补偿维持了群落NPP稳定，而短寿命树种（B. platyphylla var. japonica）因竞争和寿命限制衰退。与北卡罗来纳州松树林NPP下降40%的案例不同，该研究表明温带次生林在冠层郁闭后仍能长期维持碳汇功能。

结论

Takayama森林的演替未导致木材NPP下降，主要归因于长寿命先锋树种的持续生长补偿。这一发现为温带次生林的碳 sequestration 潜力评估提供了重要依据。