美国缅因州红云杉-香脂冷杉林全树与仅干采伐35年后生态系统碳库恢复研究

本研究针对森林管理对碳循环的影响这一关键科学问题，通过对比分析全树采伐(WTH)、仅干采伐(SOH)和未采伐(REF)处理35年后红云杉-香脂冷杉林各碳库的恢复状况，发现WTH在排水不良土壤上导致生物量碳库显著降低，而矿质土壤碳库增加115-124%，为评估采伐强度对森林碳汇功能的影响提供了重要依据。

　　

在全球气候变化背景下，森林作为重要的碳汇在减缓温室气体排放中扮演关键角色。然而，不同采伐方式对森林生态系统碳库的长期影响仍存在诸多争议，特别是全树采伐(Whole-Tree Harvest, WTH)与仅干采伐(Stem-Only Harvest, SOH)的碳动态差异。美国缅因州北部的红云杉(Picea rubens)-香脂冷杉(Abies balsamea)林作为典型温带森林，其碳库恢复过程对制定可持续森林管理策略具有重要指导意义。

为解决这一科学问题，来自美国缅因大学、多伦多大学等机构的研究团队在Weymouth Point Study Area (WPSA)开展了长达35年的定位研究。通过对比分析1981年实施的WTH、SOH和未采伐对照(REF)处理，研究人员系统评估了不同采伐强度对各碳库组分的影响及其恢复动态。研究发现35年后，WTH处理在排水不良土壤(Poorly Drained, PD)上的地上生物量碳库显著低于SOH处理，而在排水中等土壤(Somewhat Poorly to Moderately Well-Drained, SP-MW)上无显著差异。值得注意的是，矿质土壤(0-100 cm)碳库在采伐区比未采伐区高出15-24%，表明可能存在碳的向下迁移。该研究为理解温带森林碳循环对采伐干扰的响应机制提供了重要数据支撑，相关成果发表在《Forest Ecology and Management》上。

研究团队采用了多项关键技术方法：在48 ha处理流域和73 ha对照流域设置34个长期监测样地；采用破坏性采样与异速生长方程结合的方法估算生物量碳库；通过定量土壤剖面法测定矿质土壤碳库(0-100 cm)；采用线截法(Van Wagner法)和腐烂等级分类系统(Sollins系统)量化粗/细枯落物碳库；运用协方差分析(ANCOVA)评估处理效应和立地因子的交互作用。

研究结果部分：

1. 采伐强度影响：在PD土壤上，WTH处理的地上生物量碳库(52 Mg C ha^-1
   )显著低于SOH(85 Mg C ha^-1
   )，而森林地板碳库也存在类似趋势(18 vs. 42 Mg C ha^-1
   )。但在SP-MW土壤上，两种采伐方式无显著差异。

2. 采伐与未采伐对比：35年生更新林的总生态系统碳库(202-223 Mg C ha^-1
   )仅为未采伐成熟林(270 Mg C ha^-1
   )的75-83%，其中生物量碳恢复62-67%，枯落物碳仅恢复38-39%。

3. 碳恢复动态：以前采伐前森林为参照时，生物量碳恢复率(RR₃₅
   )与立木蓄积呈负相关，表明立地生产力差异对恢复过程的重要影响。

4. 土壤碳重分布：矿质土壤碳库的增加(115-124%