研究在高二氧化碳浓度和温度升高条件下的海岸植被动态及其对生态系统的影响：一种基于过程的方法

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Investigating Coastal Vegetation Dynamics and Ecosystem Impacts Under Elevated CO2 and Temperature: A Process-Based Approach

沿海森林在气候变暖（+1.5°C）和CO2升大气压（+100 ppm）胁迫下，水文压力加剧导致松树林死亡率显著高于橡树林，前者因恢复滞后导致生产力持续下降，后者通过 marsh 扩张维持生产力，凸显群落动态和局部水文条件的关键作用。

　　

摘要

沿海森林越来越容易受到气候变化和海平面上升的影响，洪水和盐度增加导致生态系统向以沼泽为主的类型转变。我们使用FATES-Hydro的沿海版本，在两个沿海森林地点进行了30年的模拟：一个是伊利湖边的阔叶沼泽白橡树林，另一个是切萨皮克湾边的针叶长叶松树林。模拟涵盖了历史气候条件以及二氧化碳浓度升高（+100 ppm）和温度升高（+1.5°C）的情景。二氧化碳浓度的升高提高了两个地点的净初级生产力，而温度升高本身则加剧了水分胁迫并加速了树木死亡，尤其是在针叶松树林中。模拟结果显示，温度升高加剧了已经受到盐度和淹没影响的水分胁迫，导致树木死亡率远高于非水分限制环境下的预期水平。在伊利湖边的地点，沼泽扩张部分弥补了树木的损失，但在切萨皮克湾边的针叶松树林中，生态系统生产力却下降了。我们的研究结果强调了林分结构、物候特征和局部水文条件在气候变化背景下对生态系统演变的影响，突出了人口动态和群落层面过程在预测沿海森林命运中的重要性。

通俗语言总结

沿海森林正面临海平面上升、洪水和海水入侵的日益严重威胁，这些因素可能导致树木死亡并使森林转变为沼泽。在这项研究中，我们利用计算机模型模拟了两种类型的沿海森林——伊利湖边的阔叶橡树林和切萨皮克湾边的松树林——在30年时间内对温度升高和大气二氧化碳浓度升高的响应。研究发现，温度升高通过加剧水分胁迫使树木更容易死亡，尤其是在已经受到洪水和盐分胁迫的环境中。虽然二氧化碳浓度升高有助于树木长出更多叶子并固定更多碳，但并未阻止树木死亡。重要的是，树木死亡后的生态系统恢复情况很大程度上取决于森林类型：在较为开阔的橡树林中，沼泽植物迅速占据了死亡树木留下的空缺，从而维持了整体生态系统生产力；而在较为密集的松树林中，沼泽植物的生长速度较慢，无法弥补树木的损失，导致生产力长期下降。这些结果表明，沿海森林的未来不仅取决于单个树木对气候变化的响应，还取决于整个植物群落之后的重组情况。

利益冲突

作者声明与本研究无关的利益冲突。

数据获取说明

支持本研究结果的数据和FATES-Hydro代码可在GitHub仓库https://github.com/JunyanDing/FATES_COMPASS或Zenodo（Ding, McDowell等人，2023）中公开获取：https://doi.org/10.5281/zenodo.15116449。