树木年轮生态水文学在泥炭地水文修复与土壤流失风险调控中的应用——以大西洋白雪松林为例

这篇综述通过树木年轮生态水文学（dendroecology）方法，揭示了美国大西洋白雪松（Chamaecyparis thyoides）径向生长与水文条件的长期关联。研究基于60年树轮年表（1939–2003）和185棵树木的聚类分析，发现排水沟渠（ditch）和水位波动显著影响树木生长模式，进而指导泥炭地水文修复目标制定，以减少微生物氧化（microbial oxidation）和火灾引发的急性泥炭流失（peat loss）。研究为温带森林泥炭地的碳储存（carbon storage）和生物多样性保护提供了科学依据。

　　

Abstract

温带森林泥炭地因其碳储存和生物多样性等生态系统服务功能而备受重视，但水文条件的人为改变可能导致这些功能丧失。大西洋白雪松（Chamaecyparis thyoides）作为专性水生植物，其径向生长模式可记录水文变化，为泥炭地管理和修复提供关键信息。研究通过分析大迪斯默尔沼泽国家野生动物保护区（GDSNWR）13个林分的185棵树木的年轮数据，揭示了排水历史对泥炭保护的深远影响。

Key message

大西洋白雪松的年轮生长响应受局部水文条件影响，跨越数十年时间尺度。这一视角可帮助泥炭地资源管理者选择水文修复目标，以最小化慢性微生物氧化和火灾相关的急性泥炭流失。

Introduction

水文条件是热带和北方森林泥炭地主控变量。大西洋白雪松沼泽在长期饱和条件下形成泥炭，其生长缓慢但林分生产力高。排水导致土壤从碳汇转为碳源，微生物氧化和火灾加速有机质分解。研究通过分析树木年轮，旨在描述排水历史以指导水文管理和泥炭修复。

Site description

大迪斯默尔沼泽曾拥有大西洋白雪松的最大分布区，但2003年飓风及后续火灾导致1200公顷林分消失。保护区土壤为深厚有机土（Histosols），排水沟渠网络自18世纪起显著改变了水文动态。

Methods

研究采集了11个林分的树干横截面和2个林分的钻取样本，测量年轮宽度并计算断面积增量（BAI）。通过柔性β聚类分析（flexible beta cluster analysis）和多响应置换程序（MRPP）评估水文变量对生长的影响，并采用STARS 6.3进行水文状态转变分析。

Results

聚类分析将林分分为3组：Corapeake/Laurel（最年轻，水文波动最大）、Forestline/South（最老，距沟渠最远）和Forestline/South/Riddick（坡度最陡）。MRPP显示，沟渠距离和水位波动是预测生长的关键变量。状态转变分析检测到1954年和1964年的显著水文变化，1986年水坝建设导致生长短暂抑制。

Discussion

水文分类：所有林分BAI（平均1093 mm²
）显著高于未排水参照点（240 mm²
），表明长期处于暂时性淹没水文状态（temporarily flooded regime）。排水导致泥炭疏水性增强，毛细作用丧失，加剧火灾风险。2008年和2011年火灾释放1.38 Tg泥炭碳，印证了排水后果。

生态修复启示：恢复季节性淹没饱和状态（seasonally flooded, saturated regime）需重建泥炭亲水性和Sphagnum群落。大西洋白雪松对水文波动敏感，其年轮可作为泥炭地修复的精准指标。

Conclusion

树木年轮生态水文学能有效检测水文变化，降低泥炭地生态风险。研究强调，必须通过水文修复逆转排水影响，以维持泥炭地的碳汇功能和生物多样性。