日本西部陡峭流域森林生长动态与气候变化对地下水补给和蒸散发的长期影响研究

为解决森林生长动态与气候变化对水文过程的耦合影响机制问题，研究人员采用SWAT模型结合MODIS-LAI和PML-V2 ET数据，重建了日本旭川流域67年森林发育史。研究发现，常绿针叶林(FOEN)从种植到成熟阶段显著减少地下水补给(?4.7 mm/year)并增加蒸散发(+7.6 mm/year)，而成熟落叶阔叶林(FODB)则保持稳定。该研究为过渡型森林生态系统的可持续水资源管理提供了量化依据。

　　

在全球水资源需求激增的背景下，地下水作为关键淡水资源的可持续性正面临严峻挑战。日本西部陡峭的旭川流域作为典型人工林与天然林混交区，其水文过程同时受到森林发育阶段和气候变化的双重影响。然而，传统研究多聚焦单一因素作用，且缺乏对森林从种植到成熟全生命周期的连续观测数据，导致难以量化植被动态与气候因子的协同效应。

日本广岛大学等机构的研究团队在《Ecological Indicators》发表论文，创新性地整合遥感数据(MODIS-LAI)、森林清查资料和PML_V2蒸散发产品，通过改进SWAT模型的植被生长模块，重建了1955-2021年间流域内常绿针叶林(FOEN)和落叶阔叶林(FODB)的完整发育轨迹。研究采用5年间隔的动态更新策略，结合多变量校准（LAI、ET和径流），首次揭示了不同森林类型发育阶段对水循环的差异化影响。

关键技术方法包括：1) 基于MODIS-LAI和文献数据重建67年森林生长曲线；2) 应用SWAT模型进行水文过程模拟，通过HRU(水文响应单元)尺度区分FOEN与FODB的水文效应；3) 采用PML_V2 ET产品和径流数据实施多目标校准；4) 设置森林生长(FGS)与气候变化(CCS)双情景分析。

3.1 模型性能评估
模型对LAI的模拟R²达0.93(FOEN)和0.91(FODB)，成功捕捉到针叶林LAI年增长率0.018/year的发育特征。PML_V2 ET数据校准使径流预测偏差降低50%，证实整合遥感数据可显著提升水文闭合精度。

3.2 森林生长情景(FGS)
FOEN在种植后20年内导致ET持续上升(+7.6 mm/year)，GWR相应下降(?4.7 mm/year)，而成熟FODB的波动幅度仅为前者1/3。全流域尺度显示，1980年代后老龄林出现二次ET增长峰，揭示森林发育非线性影响。

3.3 气候变化情景(CCS)
气温上升0.5°C使GWR降低25%，远超ET增幅(6%)，表明升温通过增强蒸散发压力与减少入渗产生复合效应。FOEN对气候变化的敏感性略高于FODB(GWR降幅22% vs 21%)。

讨论部分指出，该研究首次量化了日本人工林全发育周期对水资源的累积影响，发现40年轮伐期规划可能加剧水资源压力。创新点在于：1) 开发无需修改源代码的长期森林生长模拟方案；2) 揭示老龄林二次ET高峰现象；3) 证实气候变暖会放大森林水文效应。研究为《巴黎协定》框架下的森林-水资源协同管理提供了科学依据，特别建议在陡峭流域优先保护成熟天然林以维持水文稳定。局限性包括未考虑林下植被和极端气候事件的影响，未来需结合机器学习提升LAI重建精度。