驯鹿放牧调控的冬季气候变化对北方森林林下二氧化碳交换的影响机制研究

为解决气候变化下积雪深度变化与大型草食动物活动如何共同影响北方森林碳循环的问题，研究人员通过25年和55年驯鹿排除实验结合积雪处理（环境、减少、增加），系统研究了 boreal 和 subarctic 地区 Scots pine 森林林下净生态系统交换（NEE）、生态系统呼吸（ER）和总初级生产力（GEP）。研究发现长期排除驯鹿会增强生态系统碳源强度（55年排除区在积雪减少条件下NEE增加205%），而增加积雪可抵消放牧差异，表明驯鹿放牧能提升生态系统对冬季气候变化的稳定性。该研究揭示了气候-放牧交互作用对高纬度碳循环调控的复杂性，为预测北极圈碳平衡提供了新视角。

　　

北极地区正经历着前所未有的气候变化，积雪深度和持续时间的改变正在重塑高纬度生态系统的碳循环过程。与此同时，作为北方森林关键草食者的驯鹿（Rangifer tarandus）种群数量持续下降，这种"气候-放牧"的双重压力如何影响森林林下的二氧化碳（CO₂）交换，成为全球碳平衡预测中的重要未知数。传统研究多聚焦于单一因素的作用，而忽视了积雪变化与放牧活动可能产生的协同效应，这限制了我们对北方生态系统碳循环调控机制的理解。

针对这一科学空白，芬兰奥卢大学（University of Oulu）Kvantum研究所的Noora Kantola团队联合美国阿拉斯加大学（University of Alaska）的Jeffrey M. Welker等国际研究者，在《Science of The Total Environment》发表了创新性研究成果。研究团队选择芬兰北部 boreal 和 subarctic 地区的两种贫营养型欧洲赤松（Pinus sylvestris）林作为研究对象，巧妙结合长期驯鹿排除实验（25年和55年）与积雪人工调控（环境、减少25cm、增加至45-88cm），采用便携式手动测量室系统连续监测林下CO₂通量（NEE、ER、GEP），结合土壤温度监测和植被点频法调查，揭示了放牧历史与积雪变化的交互效应。

关键技术方法包括：（1）建立25年（boreal）和55年（subarctic）驯鹿排除区与相邻放牧区对比；（2）实施积雪深度三梯度处理（环境/减少/增加）；（3）使用透明聚碳酸酯室（直径30cm）配备Vaisala GMP343 CO₂传感器进行原位气体交换测量；（4）5cm深度土壤温度连续记录；（5）改良点频法量化地衣（Cladonia spp.）、苔藓（Pleurozium schreberi）和维管植物丰度。

【土壤温度响应】
研究发现积雪减少使冬季土壤温度降低1.6-2.6°C，而增加积雪未显著增温但延迟春季解冻。特别值得注意的是，55年排除区在生长季早期土壤温度比放牧区低1.1-2.1°C，这与排除区内形成连续厚实地衣层（厚度>12cm）的绝缘效应有关。这种微气候调控在25年排除区未出现，暗示地衣群落恢复需要数十年时间才能显著改变土壤热力学性质。

【植被组成变化】
植被调查显示55年排除区地衣丰度比放牧区增加51%（boreal区25年排除区增加125%），但苔藓和维管植物无显著差异。这证实驯鹿主要通过选择性采食影响地衣群落，而长期放牧排除导致的地衣恢复可能是驱动后续碳循环变化的关键生物因子。

【CO₂交换动态】
最突破性的发现出现在subarctic站点：55年排除区在积雪减少条件下，NEE和ER分别比放牧区增强205%和119%，表现为更强的CO₂释放；而增加积雪则完全消除了放牧处理间的差异。这种"积雪-放牧"交互作用在植被恢复较弱的25年排除区未出现，说明地衣群落的充分恢复（>50年）是产生该效应的前提。研究人员提出"地衣垫假说"解释这一现象——连续厚实