温带次生混交林中适度风扰对碳汇功能的促进作用及其机制研究

针对气候变化下风扰频发如何影响温带森林碳汇功能这一科学问题，研究人员通过16年涡度协方差与生物计量学观测，发现台风"Maysak"通过选择性淘汰低效先锋树种（死亡率增加9倍），逆转了老龄次生林碳汇下降趋势，提出标准化叶面积指数(sLAI)新指标可有效预测碳汇动态(R2>0.4)，为评估气候扰动下的森林碳循环提供新框架。

　　

随着全球气候变暖推动热带气旋向极地扩张，温带森林正面临日益频繁的风力干扰。传统观点认为风扰会削弱森林碳汇能力，但关于适度风扰（非毁灭性）如何影响森林结构与碳循环的认知仍存在巨大空白。特别是在亚洲温带森林——全球三大温带森林板块之一，过去鲜有台风深入内陆造成大规模风倒的现象，但近年气候变暖使这种情况发生改变。这种变化给评估森林作为气候解决方案的潜力带来挑战，亟需揭示适度风扰影响碳汇功能的内在机制。

黑龙江省帽儿山森林生态系统研究站（45°24′N, 127°40′E）的研究团队利用长达16年的连续观测数据，分析了2020年台风"Maysak"对老龄次生混交林的影响。通过结合涡度协方差(eddy covariance)通量测量与生物计量学(biometric)调查，团队发现：台风导致大树（尤其老龄先锋树种）死亡率激增9倍，而小树死亡率反降50%。令人意外的是，这种选择性淘汰逆转了森林净生态系统生产力(NEP)和碳利用效率(CUE)的下降趋势。研究创新性地提出标准化叶面积指数(sLAI)——即单位胸高断面积支撑的最大叶面积——作为预测碳汇动态的新指标，其解释力达R²>0.4。这表明适度风扰通过优化群落结构（淘汰低效先锋树种）和提升光能利用率，可能成为维持老龄森林碳汇功能的重要生态过程。

关键技术包括：1）16年连续涡度协方差监测CO₂通量；2）台风前后森林结构参数（胸高断面积BA、叶面积指数LAI）动态监测；3）基于树种分类的死亡率统计分析；4）环境敏感性模型构建；5）标准化叶面积指数(sLAI)新指标的开发与验证。

【森林结构响应】台风使BA从2018年27.4 m²/ha降至2023年水平，按自然恢复速率需14年才能复原。但LAI恢复更快，反映先锋树种淘汰后次生演替加速。先锋树种对风扰的脆弱性是晚演替树种的3倍。

【碳汇功能转变】尽管BA和LAI下降，NEP在2020年后逆势上升25%。关键机制在于：1）移除低效老龄先锋树种（其GPP/BA比仅为晚演替树种的60%）；2）冠层开度增加提升剩余树木的光合效率；3）土壤异养呼吸未显著增加。

【环境敏感性改变】干扰后森林对 vapor pressure deficit (VPD)的敏感性降低40%，而对光合有效辐射(PAR)的响应增强，反映群落功能性状的重新配置。

【新指标验证】sLAI成功预测了81%的NEP年际变异，其预测精度超越传统单一结构指标，尤其在干扰年份表现突出(R²=0.63)。

这项研究颠覆了"风扰必然削弱碳汇"的传统认知，揭示适度干扰可通过"自然稀疏"效应优化森林结构。其理论价值在于：1）证实Odum(1969)演替理论中碳汇下降趋势的可逆性；2）建立风扰-结构-功能的新关联框架；3）为IPCC模型提供次生林响应干扰的参数化方案。实践层面，sLAI指标为区域森林碳评估提供新工具，而"保留适度干扰"的管理策略可能成为维持老龄林碳汇功能的新途径。随着热带气旋持续北移，这些发现对预测中高纬度森林的碳汇潜力具有重要指导意义。