亚热带天然林与人工林林下功能性状对土壤有机碳储量的影响机制研究

【编辑推荐】本研究针对亚热带森林土壤碳汇机制不清的问题，通过对比分析大西洋森林生物群落中天然林与桉树人工林的林下植被功能性状（如CWMHmax、FRic）与土壤有机碳（SOC）关系，发现天然林凋落物量、人工林冠层开放度与功能丰富度（FRic）显著影响20 cm土层碳储量，为森林管理中的碳增汇策略提供了科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，土壤有机碳（SOC）储存作为自然气候解决方案的核心环节备受关注。亚热带森林作为重要碳汇，其天然林与人工林的碳循环机制差异尚不明确，尤其是林下植被功能性状如何影响SOC储存仍缺乏系统研究。这一问题对于实现"生态系统恢复十年"计划中的碳增汇目标至关重要。

巴西国家低碳农业科学技术研究所（INCT-ABC）联合南里奥格兰德州研究基金会（Fapergs）的科研团队，在大西洋森林生物群落的乌拉圭河流域开展了一项开创性研究。通过对比4个地点的天然林与桉树人工林，团队系统分析了20 cm土层的SOC储量、凋落物与根系碳氮比（C:N），以及林下更新树木的功能性状（如最大树高CWM_Hmax、基部面积CWM_BA）和功能丰富度（FRic）。研究发现发表在《Journal of Environmental Management》的成果显示：天然林中林下植被组成与SOC无显著关联，但凋落物输入是关键驱动因子；而人工林中冠层开放度、林下功能丰富度与SOC呈正相关，揭示了不同森林类型碳储存的差异化调控机制。

研究采用标准化采样策略，在40个样方（20×20 m）中同步测定土壤理化性质、植被结构和功能性状。关键技术包括：1）土壤碳库密度计算法；2）植物功能性状系统测量（含12种叶、茎、根性状）；3）基于NMDS（非度量多维标度）的群落组成分析；4）功能多样性指数（FRic、RaoQ）计算；5）结构方程模型解析多因子相互作用。

【研究结果】

1. 林下植被组成差异：NMDS分析显示天然林与人工林林下群落显著分离（R²=0.17），天然林具有更高物种丰富度（+38%）和功能丰富度（FRic）（p<0.05），但人工林林下植被的根系碳氮比（Root_C:N）显著更高。

2. 天然林碳储存机制：结构方程模型表明，凋落物输入量是影响SOC的主要因子（β=0.42），而林下功能性状（如CWM_Hmax）无显著贡献，这与传统"功能性状驱动"假说形成对比。

3. 人工林调控路径：冠层开放度通过增加光资源可利用性，促进林下功能丰富度（FRic）提升（r=0.51），进而协同提高SOC储量；基部面积（CWM_BA）则通过改变凋落物质量间接影响碳储存。

【结论与意义】
该研究首次阐明亚热带森林中不同经营方式下SOC储存的差异化形成机制。天然林依赖"自上而下"的凋落物输入驱动，而人工林则呈现"林下植被-冠层结构"协同调控模式。特别是发现人工林通过维持适度冠层开放（30-40%），可提升林下功能丰富度（FRic）约25%，从而额外增加SOC储量12-15%。这一发现为"生产-生态"协同的人工林经营提供了新思路——在保证木材生产的同时，通过调控林分结构促进自然更新，可实现土壤碳汇功能提升。研究团队建议将林下植被功能多样性纳入森林碳汇评估体系，并为《巴黎协定》框架下的国家自主贡献（NDC）提供新的实施路径。