功能性状驱动亚热带森林树种丰富度对生态系统碳分配的调控机制

本研究针对森林生态系统碳(C)储存总量及其分配机制不明确的问题，通过亚热带树种多样性控制实验，系统分析了树种丰富度、功能多样性(FD)和功能性状(CWM)对地上-地下生物量碳(Shoot C:Root C)及植物-土壤碳分配(Plant C:SOC)的影响。研究发现树种丰富度通过功能性状(如高叶厚度LDMC、低比叶面积SLA)而非功能多样性，显著提升总碳储量(80.94→105.09 Mg C ha?1)并优化碳分配模式，为混交林营建提供了理论支撑。

　　

在全球气候变化背景下，森林作为重要的碳汇面临着自然面积持续缩减的挑战。虽然联合国《全球森林目标》将森林恢复列为关键策略，但关于树种多样性如何影响生态系统碳储存总量及其分配机制仍存在认知空白。传统研究往往割裂地分析地上生物量碳、根系碳或土壤碳等单一组分，忽视了多样性可能通过改变碳分配比例影响整体碳汇功能。更棘手的是，现有研究对多样性-碳分配关系的结论相互矛盾：有的发现混交促进地上碳分配（如可可树林），有的则显示其增加地下碳投入（如北方森林），这种分歧使得精准评估混交林碳汇潜力变得困难。

针对这一科学难题，中山大学的研究团队在广东黑石顶自然保护区建立了中国竞争与多样性实验平台(CADE)，通过控制不同树种丰富度(1-16种)的样地，系统测定了总碳储量及其在Shoot C:Root C和Plant C:SOC两个维度的分配比例。研究发现树种丰富度使样地总碳储量中位数从80.94 Mg C ha^?1显著提升至105.09 Mg C ha^?1，其中地上生物量碳增幅达140%（20.00→48.02 Mg C ha^?1），而土壤碳库保持稳定。通过结构方程模型(SEM)解析发现，这种变化主要由功能性状(群落加权平均CWM)而非功能多样性(FD)驱动：具有高叶厚度(LDMC)、低比叶面积(SLA)的树种组合会促使碳向地上部分分配（Shoot C:Root C↑），而高比根长(SRL)性状则同步提升植物碳储量与Plant C:SOC比。

关键技术包括：1）在废弃农地上建立树种梯度实验样地（含单种至16物种组合）；2）采用破坏性采样法获取完整生物量数据；3）通过近红外光谱测定叶片功能性状；4）运用结构方程模型解析多样性-性状-碳分配路径。

【结果解析】
• 总碳动态：树种丰富度每增加1种，总碳储量提升1.84 Mg C ha^?1，主要源于地上生物量碳的线性增长。
• 分配机制：Shoot C:Root C比上升由功能性状介导，高LDMC树种通过提升光能捕获效率促进地上生长；Plant C:SOC比增加则源于SRL性状驱动的根系效率提升与稳定SOC的协同作用。
• 性状筛选：叶厚度(LT)和根形态性状(SRL)被证实是预测碳分配策略的关键指标。

该研究首次在生态系统尺度揭示了亚热带森林"树种丰富度→功能性状→碳分配"的级联效应，证实混交林营建应优先选择高LDMC、高SRL的功能型树种。这一发现不仅为《巴黎协定》森林增汇目标提供了可操作的树种配置方案，其建立的"性状-分配"预测框架更可推广至全球变化背景下的适应性森林管理。论文发表于《Forest Ecology and Management》时，审稿人特别指出该研究通过解耦FD与CWM效应，为理解生物多样性-生态系统功能(BEF)关系提供了新视角。