太平洋海岸温带雨林碳密集区不同地形气候背景下碳热点分布格局及其生态意义

这篇研究通过量化太平洋海岸温带雨林（PCTR）生态区地上与地下碳储量的空间关联性，揭示了碳热点（高地上-地下碳储量协同区）和冷点（低协同区）的分布规律。研究结合机器学习模型与政府数据，首次绘制了该区域30米分辨率碳储量图谱，发现25%区域存在碳汇协同效应（794 Mg C ha?1），20%呈现碳储分化现象，并证实坡度、降水与温度的交互作用是驱动碳分布的关键因子（ANOVA p<0.001）。成果为气候变化背景下的区域碳管理政策（NbCS）提供了科学依据。

　　

引言

太平洋海岸温带雨林（PCTR）作为全球碳密度最高的生态系统之一，其地上活体树木生物量碳（AGB）与1米深度土壤有机碳（SOC）储量均超过200 Mg ha^?1。尽管全球模型已揭示热带与寒带生态系统中AGB与SOC的此消彼长关系，但区域尺度的碳分布格局仍存在显著空白。本研究聚焦于北美西北部永久湿润区，通过高分辨率空间分析探讨碳储量的协同与分化机制。

材料与方法

研究整合了两套核心数据：Carter与Buma开发的AGB量化回归森林模型（基于2218个森林清查点位），以及McNicol团队的SOC机器学习估算图。通过30米网格的百分位数重分类（阈值设定为70%高碳区与30%低碳区），识别出四类碳分布模式：碳热点（高AGB+高SOC）、碳冷点（低AGB+低SOC）、高AGB-低SOC分化区及反向分化区。地形气候变量（坡度、海拔、降水等）通过ANOVA和Tukey HSD检验进行组间差异分析。

结果

1. 空间格局：约25%（256万公顷）区域呈现碳汇协同效应，其中碳热点（137万公顷）平均储量达794±298 Mg C ha^?1，显著高于冷点（119万公顷，224±71 Mg C ha^?1）。20%区域存在碳储分化，表现为高AGB（316±108 Mg ha^?1）与低SOC（163±26 Mg ha^?1）的组合或相反模式。

2. 驱动因子：碳热点集中于陡坡（22.2°±9.88）、低海拔（231±174 m）及高降水区（3260±773 mm），而冷点多分布于缓坡（11.7°±10.6）与低温带（-2.9±3.87°C）。水文调控（坡度×降水）被证实是碳分布的核心机制。

3. 管理启示：仅7.7%的森林面积可用于自然气候解决方案（NbCS），其中碳热点仅占可用面积的17.2%（13.6万公顷），凸显保护缺口。

讨论

研究首次在区域尺度验证了碳储量的"水文-地形假说"：陡坡通过促进排水维持高AGB，而平坦高降水区则因厌氧环境抑制分解，形成SOC富集。气候变暖可能通过两种途径重塑碳格局：①温度升高加速分解，减少SOC储量；②降水增加可能扩大碳热点范围。值得注意的是，当前模型未包含根系、枯木等组分（占系统总碳19%），未来需整合多碳库数据。

应用价值

该成果为《巴黎协定》下的区域碳政策提供了三方面支撑：①碳热点可作为优先保护区（现有31.6%位于保护地）；②分化区提示需差异化管理（如高AGB区侧重木材生产）；③气候适应性策略应重点关注坡度-降水交互带的监测。研究强调，在全球碳模型中引入地形气候交互项，将显著提升温带雨林碳汇预测的准确性。