美国东南部松林与混交林地上碳储量驱动机制：质量比效应优于生态位互补性

本研究针对森林碳储量驱动机制争议，通过分析美国东南部7224个森林样地数据，发现功能优势度（CWM height）是地上碳储量（AGC）的最强预测因子，其效应在混交林中更显著；物种多样性和功能分歧度虽具正向作用但受树木大小不平等性制约。成果发表于《Trees, Forests and People》，为兼顾碳汇与生物多样性的森林管理提供了理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，森林作为陆地生态系统最大的碳库，其碳储存机制一直是生态学研究的热点。然而，关于驱动森林碳储量的核心机制——质量比假说（强调优势物种功能性状的作用）与生态位互补性假说（强调物种多样性促进资源利用效率）的相对重要性，尤其在单优林与混交林中的差异表现，仍存在显著认知空白。美国东南部作为全球重要的人工林基地，其典型的长期叶松-湿地松（longleaf-slash pine）单优林与混交栎松林（mixed oak-pine）为解析这一科学问题提供了理想研究体系。

阿拉巴马农工大学（Alabama A&M University）自然资源与环境科学系的Olufemi E. Fatunsin团队，基于美国森林调查与分析项目（FIA）2009-2019年间7224个样地数据，系统比较了两种森林类型中地上碳储量（AGC）与生物多样性指标的关系。研究创新性地将功能优势度（CWM of maximum height）、功能分歧度、物种多样性（Shannon指数）和树木大小不平等性（CV of tree height）等指标纳入统一分析框架，首次揭示了亚热带森林碳储存的差异化驱动机制。

关键技术方法包括：（1）利用FIA标准化样方数据（直径≥12.7 cm树木）计算AGC；（2）基于树种最大高度构建功能优势度（CWM）和功能分歧度指标；（3）采用多元线性回归分析森林类型与生物多样性指标的交互效应；（4）通过标准化系数（β）比较不同机制的相对重要性。

物种多样性与碳储存

研究发现物种多样性对AGC的促进作用在混交林中更显著（β=0.68 vs 松林β=0.39），支持生态位互补性在复杂系统中的重要性。这与全球森林BEF（生物多样性-生态系统功能）研究结论一致，但值得注意的是，其解释力（R2=0.26）远低于功能优势度指标。

功能优势度的主导作用

CWM高度是AGC最强劲的预测因子，解释67%的变异。意外的是，其效应在混交林中更强（β=0.87 vs 松林β=0.71），推测可能与混交系统中松树通过资源分配实现超常生长有关。这一发现颠覆了"单优林更依赖优势性状"的传统认知，为混交林管理提供了新视角。

结构复杂性的双刃剑效应

三因素交互分析揭示：树木大小不平等性会削弱功能分歧度对AGC的积极影响（β=-0.12），尤其在混交林中更明显。这表明过度的垂直异质性可能导致光竞争加剧，抵消性状互补带来的碳增益，为"中度干扰假说"提供了实证支持。

这项发表于《Trees, Forests and People》的研究具有多重意义：理论上，首次在亚热带森林中验证质量比效应的普适性，并阐明其与森林类型的非线性关系；方法上，创新性地将功能性状与结构指标耦合分析；应用层面，指出单纯追求物种多样性可能不如精准调控优势性状有效，而混交林经营需警惕过度结构异质性。研究为碳中和目标下的森林精准管理提供了科学依据——在松林应强化优势树种性状表达，在混交林则可适度维持功能多样性，但需通过疏伐等措施控制冠层竞争强度。未来研究可结合DBH（胸径）基的结构指标，并拓展到更广阔的环境梯度，以完善生物多样性-碳储存关系的普适性理论框架。