德国农林复合系统与单一耕作系统的生态系统尺度碳通量比较研究

本研究针对农林复合系统(AF)与单一耕作(MC)在碳汇能力上的差异，通过低成本涡度相关(LC-EC)技术对德国北部四个温带AF及相邻MC站点进行为期两年的连续监测。结果表明，AF系统的净生态系统生产力(NEP)显著高于MC，其中草地AF年均碳汇量比MC高444 g C m-2 y-1，农田AF差异为37-205 g C m-2 y-1。研究证实AF通过增加景观复杂性和凋落物输入可长期提升碳封存潜力，为气候智能型农业提供科学依据。

　　

研究背景与意义
全球气候变化背景下，基于自然的解决方案(NCS)如农林复合系统(AF)因其兼具碳封存与农业生产双重功能而备受关注。传统观点认为，将树木引入农田可提升碳汇能力，但生态系统尺度的直接观测数据长期匮乏。德国哥廷根大学Justus G.V. van Ramshorst团队在《Agroforestry Systems》发表的研究，首次通过低成本涡度相关(LC-EC)技术系统比较了温带短轮作林与单一耕作系统的碳通量差异，揭示了AF在气候减缓中的实际贡献。

关键技术方法
研究团队在德国北部四个AF-MC配对站点部署八套LC-EC系统，连续监测两年以上。采用EddyUH软件处理原始数据，结合XGBoost算法填补数据缺失，通过REddyProc进行通量拆分（将净生态系统交换NEE分解为总初级生产力GPP和生态系统呼吸Reco），并利用Kljun模型估算通量足迹。土壤特性数据来自德国联邦农业生态数据库，作物管理信息由SIGNAL项目合作伙伴提供。

研究结果

1. 碳通量季节性特征

数据显示AF系统夏季NEP显著高于MC，草地AF年均碳汇量达444 g C m^-2 y^-1，而农田AF差异受年际气候波动影响（37-205 g C m^-2 y^-1）。树木落叶和作物收割事件在 aerodynamic canopy height（h_a）数据中均有明显响应（图3）。

2. 树木采伐的影响
2021年2月树木采伐后，Forst站点NEP反增776 g C m^-2 y^-1，而Wendhausen站点下降173 g C m^-2 y^-1。研究表明树木覆盖率仅6-12%的AF系统，采伐对整体碳汇影响有限，但树龄和物种差异会导致响应分化。

3. 生态系统呼吸机制
AF农田的Reco比MC高114-185 g C m^-2 y^-1，这与土壤有机碳(SOC)含量正相关；而草地AF的Reco反而降低735 g C m^-2 y^-1，凸显不同土地利用类型的呼吸特征差异。

结论与展望
该研究证实AF系统通过延长生长季和增加生物量可有效提升碳汇能力，且树木采伐未显著破坏其长期固碳潜力。研究建议将AF与覆盖作物、减耕等再生农业措施结合，进一步优化SOC积累。未来需延长观测周期以量化气候波动的影响，并为碳信用机制提供更精准的数据支持。