瑞士亚高山云杉林26年生态系统CO2交换动态：物候与日尺度非生物驱动因子的贡献解析

这篇研究通过26年（1997-2022）的涡度协方差数据，揭示了瑞士亚高山云杉林（CH-Dav）碳汇动态的长期变化规律。研究发现，年均气温（Tair）上升1°C、土壤含水量（SWC）下降显著，但净碳吸收期（CUPnet）长度未呈现显著趋势，表明树木通过生理适应（ecophysiological acclimation）抵消了气候变化影响。机器学习分析显示，日长、短波辐射（Rg）、SWC和最低温是日尺度净生态系统CO2交换（NEE）的主要驱动因子，而春季和秋季的碳汇增强现象提示亚高山森林对非生长季温度升高的积极响应。

　　

长期环境与NEE变化趋势

1997-2022年间，瑞士亚高山云杉林年均气温（T_air）上升1°C，夏季最低温显著增加，而土壤含水量（SWC）下降显著。年净碳汇量在2012年前持续增强，2015年后转为下降。值得注意的是，秋季NEE改善趋势显著（斜率-1.74 g C m^-2 yr.^-1），而冬季碳释放无显著变化。

碳吸收期（CUP_net）的界定与驱动机制

通过10天移动平均NEE_c,DOY定义了碳吸收期（CUP_net），其开始（SOS）和结束（EOS）时间分别由日长与气温、日长与辐射主导。尽管气候变暖，CUP_net长度未显著延长，暗示树木通过生理调节（如冬季光合补偿呼吸）适应环境变化。

日尺度NEE的驱动因子解析

XGBoost模型结合SHAP值分析表明，日长、短波辐射（Rg）、SWC和最低温是日尺度NEE的核心驱动因子。其中，春季碳汇增强与低温缓解相关，而夏季高温对NEE的限制作用日益凸显，预示未来亚高山云杉（Picea abies）可能面临高温胁迫。

物候与碳汇的复杂关联

研究首次在常绿森林中量化了物候对碳汇的贡献：48个春季和秋季的日数呈现碳汇增强趋势，但夏季高温抵消了部分增益。这一发现强调了亚高山森林碳循环对昼夜和季节性气候响应的非线性特征。

生态启示与未来挑战

尽管云杉林通过生理适应维持了碳汇功能，但夏季SWC下降和高温胁迫可能成为未来限制因素。研究为理解高山生态系统气候-碳反馈机制提供了日尺度解析的新范式，对预测全球变暖下的森林碳汇潜力具有重要意义。