综述：揭示日本毛竹（Phyllostachys edulis）森林历史管理的环境影响：基于多元插补方法的综述

这篇综述创新性地采用多元链式方程插补法（MICE），系统整合日本48年间（1976-2024）毛竹林生态数据，揭示其作为高入侵性物种对碳循环（C）的双重影响：高净初级生产力（NPP达15.6±49 Gt CO2e yr-1）与土壤有机碳（SOC）动态的独特关联，为管理废弃竹林（年扩张2万公顷）提供数据驱动的决策依据。

　　

引言

日本毛竹（Phyllostachys edulis）作为300年前从中国引入的多年生禾本科植物，其快速生长特性（单秆寿命约10年）和地下根茎网络使其成为碳循环研究的焦点。目前日本17.5万公顷竹林因产业衰退面临大规模废弃，导致年扩张2万公顷，威胁周边生态系统。毛竹表现出惊人的碳汇潜力——在台湾地区其净生态系统生产力（NEP）位居全球森林前列，但其高入侵性（通过根茎扩散）可能降低生物多样性，形成生态悖论。

研究方法

研究团队开发了基于随机森林的多元插补方法（mice算法），整合52项跨48年的研究数据（含未发表资料），通过K-means聚类划分气候区（Cfa湿热型、Cfb海洋性、Cfa2高降水型）。数据分四阶段插补：地上生物量→地下生物量→整体1→整体2，采用10折交叉验证评估，关键变量如秆高、胸径（DBH）和SOC 10 cm层精度达"优秀"级（MAE<5%）。

核心发现

碳分配机制：

• 地上NPP与SOC（R=0.42）、秆密度和基面积显著正相关，每公顷 basal area增加1 m²可提升NPP 0.8 t C yr^-1
• 地下NPP受降雨量驱动（p<0.001），但随秆高增加而降低，反映资源分配权衡
• SOC在土壤氮>0.8%时呈现正相关，可能与有机质积累有关

管理效应：

• 废弃林地地下NPP比管理林地高37%（U=266.4, p<0.001），选择性采伐会抑制地下生长
• 纯竹林胸径（12.3±2.1 cm）显著大于混交林（9.8±1.7 cm），扩张林分蒸腾量降低19%

跨林型对比：

• 毛竹林凋落物量（4.2 t ha^-1 yr^-1）是针叶林的2.3倍（KW=126.84, p<0.001）
• 地下生物量碳储量（93.68 t C ha^-1）显著高于阔叶林（Z=7.58, p<0.001）
• 但各林型间SOC无显著差异（p=0.406），暗示毛竹碳储存的短暂性

应用前景

研究建议将毛竹作为生物炭原料（比木炭高4倍吸附率）可能比自然固碳更有效。气候变暖背景下，需权衡其高生产力（年NPP 8.5 t C ha^-1）与生态风险，建议在Cfa气候区建立隔离带控制扩张，同时开发基于硅元素循环的新型碳封存技术。

方法论创新

该研究首次在竹生态学领域应用MICE处理42%缺失值的数据集，证实随机森林对非线性关系（如地下生物量与降雨量）的预测优势，为全球入侵物种研究提供可复用的数据分析框架。未来需加强跨学科评估，整合社会经济因素完善管理策略。