孙德尔本斯红树林人工林中不同树木生长等级的碳储存动态与生长建模

《Forest Ecology and Management》：Carbon storage dynamics and growth modelling across tree growth classes in the Sundarbans mangrove plantations

　　- 碳动态具有类别特异性（优势木遵循Gompertz模型，平均木遵循Logistic模型）。- 受抑制木和土壤碳不表现出与年龄相关的模式（R2≤0.05）。- 生态系统碳遵循Gompertz增长模式（渐近值=169.1 Mg C ha?1）。- 生长模型拟合了现有样地（R2=0.96），但在中部和东部样地失效。- 疏除受抑制木并延长轮伐期可改善人工林的碳储量。**引言**树木生长是一个基本的生物过程，包括初生生长（通过顶端分生组织使根和芽延伸）和次生生长（通过形成层活动进行径向扩展）(Oliver and Larson, 1996)。生长既涉及新组织的形成，也涉及老器官的衰老，从而塑造森林结构和生产力(Barnes et al., 1997)。对生长动态的分析和建模对于理解树木如何响应不同的环境条件至关重要(Evans, 1972)。红树林生长分析对于估算林地蓄积量、生物量和碳封存潜力至关重要。由于种间对光、水和养分的竞争，红树林的生长模式表现出高度变异性，即使在同一均匀的人工林样地内也是如此(Yu et al., 2008, Kunstler et al., 2016, Gurevitch et al., 1992)。在人工林发展的初期阶段（幼苗期和幼树期），竞争尤为激烈(Zhu et al., 2020)，同时也有助于同种个体在胁迫条件下的存活(Toledo et al., 2001)。尽管营养匮乏、盐度和潮汐淹没等非生物胁迫因素导致了生长差异(Feller et al., 2003, Anton et al., 2020)。同一林分内由竞争引起的生长变异可能是影响生长变异的最重要因素，而非地理或海拔梯度。因此，树木生长参数对于通过胸径(DBH)、树高以及有时植物木材密度等森林清查数据来计算红树林的生物量和碳储量非常重要。这些生长指标作为异速方程的关键输入参数，用于估算地上生物量(AGB)和地下生物量(BGB)。这些值随后通过0.45–0.5的碳转换因子(Kauffman and Donato, 2012)转换为碳储量。因此，即使在林分内个体之间树高和胸径的微小生长差异，也可能显著影响碳储存能力，因为这些参数直接用于生物量估算的异速方程中。孟加拉国是20世纪中期开始红树林造林的先驱国家之一，目前人工林已遍布三个沿海区域，即东部、中部和西部（孙德尔本斯附近）(Uddin et al., 2023)。三片人工林具有优异的生长性能和更新能力，有助于稳定沿海土地(Imam, 1982)。Sonneratia apetala（海桑）和Avicennia officinalis（红海榄）占据人工林约~85%(Lewis, 2005)。西部区域的物种丰富度较高（20–38%），高于中部和东部沿海人工林的自然红树林物种丰富度(SMF)(Ahmed et al., 2022)。然而，这些人工林的演替动态仍知之甚少(Salmo et al., 2013)。先前的研究证实，红树林的碳储量因地理、样地条件、年龄相关和环境因素而存在差异。目前尚无研究将孟加拉国红树林人工林的分林分生长变异与长期碳建模联系起来。因此，需要进行碳生长建模研究，以解释长期碳封存动态并确定孟加拉国沿海红树林人工林的适宜管理措施。本研究调查了孙德尔本斯人工林内的红树林生长和碳储存情况，树木可根据胸径和树高分为三个生长类别（优势木、平均木和受抑制木）。优势木具有最高的生长速度和最大的冠幅，占据上冠层；平均木冠幅较窄，占据中冠层；受抑制木冠幅受挤压，表现出明显的抑制(Assmann, 1970)（详见2.2）。我们的主要目标是评估在相似样地条件下生长的不同红树林类别的生长和生物量变异，确定生长变异性和物种组成对人工林生物量碳的影响，并确定最合适的生长模型（在Gompertz、Logistic和Richards模型中）以模拟长期生物量和生态系统碳轨迹。我们进一步假设：1）即使在均匀的同一人工林样地内，生长和生物量碳也存在显著变异；2）最佳拟合的生长模型可以准确预测不同红树林类别的长期碳动态；3）生态系统碳储存与样地特异性生物量碳密切相关，需要针对性的管理措施。因此，通过将生长建模与碳储量评估相结合，本研究将为红树林人工林生产力和碳封存潜力提供重要视角，为孟加拉国及其他地区的沿海森林管理改善提供依据。**部分摘录****研究区域描述**在孙德尔本斯对面的不同河岸地区进行了多次人工造林尝试，以作为绿色防护带，旨在减轻海岸侵蚀和风暴影响(FAO, 2007)。七片人工林的选取基于三个主要标准：1）样地内存在同龄红树林且已知建植日期；2）代表主要的造林类型和物种组成；3）可达性及获得当地当局许可。由于在**植被结构以及树高和胸径的生长增量**在孟加拉国西部孙德尔本斯人工林中，两种先锋红树林物种（S. apetala和A. officinalis）的分布不均匀，且缺乏明显的模式。这两种物种在已识别的五种红树林物种中最为普遍（表1）。先锋物种存在于早期年龄阶段（3–7岁）。中等年龄阶段的物种丰富度增加，但在老龄人工林中下降。红树林树木的分类对形态**局部生长驱动因素对碳动态的影响**本研究调查了孙德尔本斯人工林区域三类红树林树木随时间的生长表现。每个样地最初种植了两种先锋物种，但在野外数据采集过程中发现了超过两种物种。红树林人工林接收来自相邻孙德尔本斯的种子，这些种子漂浮至人工林样地，并通过红树林气生根的存在而扎根(Barik and Chowdhury, 2014)。研究发现胸径（DBH）波动**结论**在本研究中，在特定时期内，使用三种不同的生长模型对优势木、平均木和受抑制木红树林树木的碳生长轨迹进行了考察。孟加拉国红树林人工林的碳积累具有高度的类别特异性。优势木和平均木红树林类别的生物量碳分别遵循不对称Gompertz增长和对称Logistic增长模式。受抑制木碳和土壤碳不表现出对人工林年龄的依赖性。**CRediT作者贡献声明****Sourav Bagchi Ratul：** 数据整理、正式分析、撰写——审阅与编辑。**Md. Nazrul Islam：** 撰写——审阅与编辑。**Luzhen Chen（陈露臻）：** 概念化、资金获取、方法论、资源、监督、撰写——审阅与编辑。**资金**本工作得到了**中国国家自然科学基金**[U22A20584, 42576258]、**福建海洋创新中心**项目（项目编号：25FV0CYJ02）、**厦门市科技研究项目**[3502Z20226020]以及**教育部海岸与湿地生态系统重点实验室访问学者计划**的支持。**利益冲突声明**作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。**致谢**作者感谢库尔纳大学环境学科Mehrab Manik在野外调查期间的帮助；Tanmoy Dey在语言校正方面的协助；以及厦门大学Yiwen Chen、Xinli Wang、Chenjuan Zheng在实验室分析方面的帮助。Sourav Bagchi Ratul | Md. Nazrul Islam | Luzhen Chen