[文献分享] STOTEN: 森林边缘碳储量的驱动因子

以下文章来源于森林经营规划 ，作者梅雪松

核心观点：

森林边缘的总碳和地上生物量碳储量平均比森林内部100m高39%和95%；

氮沉降是森林边缘碳储量增加的重要驱动因子；

储存在欧洲落叶林边缘的额外碳高达183Tg。

科学问题

森林在碳循环中发挥着关键作用，因为它们在地上生物量(茎、枝和叶)、森林土壤、根系、枯木和凋落物层中储存了大量的碳(Fahey et al.，2010)。在过去的几十年里，森林吸收了大约30%的人为碳排放(Pan et al.，2011)，因此它们是重要的碳汇和全球气候系统的调节器。然而，碳储存的潜力受到森林破碎化及其导致的微气候变化、养分输入、干扰和边缘生产力的影响。全球多达20%的森林面积位于边缘100米以内，即使在温带森林，关于边缘条件如何影响碳储量以及这种影响在多大程度上渗透到森林内部的知识也很少。本研究强调了在量化温带森林碳储量时考虑边缘影响的重要性，又强调了保护森林边缘的重要性。

研究方法

如图1左侧所示，我们研究了从意大利中部（42°N）到挪威中部（63°N）（平均年温差≈13℃）的落叶林，沿这一南北梯度选取了九个地区（地图上的白点），并且在这九个地区其中的三个地区（地图上的白色叉）建立了一个高程梯度，包括低、中、高海拔地点，以捕捉海拔差异造成的气候变化（高程范围：海拔21-908m，预期温差≈5.76℃）；中间为三种森林经营类型（垂直结构复杂、有很发达灌木丛的密林；垂直结构较为简单，灌木丛覆盖度较低的中间林；结构简单没有灌木和次优势乔木层的开放林分）；右侧为建立在每个林分中的从边缘到内部的4个梯度。

在所有15个站点（即9个低海拔，3个中海拔，3个高海拔）中，每个站点需收集3个具有不同管理类型的林分数据，所以共45个林分数据。在这45个林分中，每个林分建立5个（分别距林缘1.5、4.5、12.5、36.5、99.5m）半径为9m的圆形样区，对林分碳储量进行采样（n=225），以研究从林缘到森林内部森林碳储量的变化。

本试验研究了4个不同的碳库：地上生物量碳（AGBC）、森林腐殖质层碳（O层）、表层土碳（0-20cm）和森林总碳。在文献基础上选择了宏观气候、氮沉降、林分特征、土壤特征等驱动因子，最后采用结构方程模型（SEM）法判断各因子对森林碳储量的影响。

图1 研究区概况

研究结果

1）碳储量的变化

由表1可知，各区域之间的碳储量差异很大，瑞士北部、德国北部和瑞典南部的总碳储存量最高，而瑞典中部和意大利中部的碳储量最低。我们除了检测出海拔对矿质表土碳储量的积极影响外，没有检测到纬度、海拔或管理对碳储量的影响（表2）。由图2可知（黑色虚线表示站点的平均碳储量，而灰色实线表示在每个站点观察到的实际碳储量。c中红色表示南纬，蓝色表示北纬），森林边缘总碳和地上生物量碳显著高于森林内部，从内部（地块5，距边缘99.5m）到边缘（地块1，距边缘1.5m）的总碳储量分别增加了39%和95%。腐殖质层和矿质表土的碳储量在不同地块之间没有显著差异。

表1 九个区域各碳库的碳储量

表2 线性混合效应模型的结果总结

图2 森林边缘附近各碳库的碳储量

2）碳储量的驱动因子

由图3可知[图中省略了所有其它不重要的路径，正向关系用蓝色表示，负向关系用红色表示，箭头的厚度与效应大小一致。路径系数的标准估计及其p值(p < 0.001 = ***，p < 0.01 = **，p < 0.0 5 = *，p < 0.1 = .)在每个箭头上都有提到]，地上生物量碳主要受氮沉降、沙质土壤、年平均温度影响，其中受氮沉降的影响最大；森林表面腐殖质层的碳储量主要受AGBC、凋落物质量和植物面积指数的影响；此外，森林腐殖质层本身对矿质表土的碳储量有显著的正向影响，年平均降雨和土壤温度是矿质表土碳储量的另外两个决定因素。

图3 碳储量结构方程模型

3）欧洲各地的落叶林都有额外的碳储量

基于高分辨率的哥白尼森林地图，我们发现，阔叶林覆盖了约1.18亿公顷的面积，其边缘周长约为94亿米。当不考虑边缘影响时，欧洲落叶林约储存了20757 Tg C。然而，如果考虑到阔叶林的边缘影响，则额外储存了183 Tg C(表3)。

表3 欧洲落叶林受边缘影响和不受边缘影响的碳储量估算

综上所述，本研究发现温带森林边缘的碳储量高于森林内部，这是由于地上生物量的碳储量增加，地上生物量碳储量的增加可能是氮沉降升高、光照有效性增加和边缘附近小气候条件改变的结果。然而，地上生物量是一个动态和敏感的碳库，温带森林中的碳储量仍然受到威胁，因为气候变化可能会对森林中的碳储量产生负面影响。总之，在估算温带森林碳储量时，应同时考虑大规模驱动因素(如氮沉降)和局部驱动因素(如小气候)。

本文由根特大学生物科学工程学院、瑞士联邦森林/雪/景观研究所、瑞典农业科学大学瑞典南部森林研究中心等研究院共24位学者共同完成。具体详见：Camille Meeussen, Sanne Govaert, Thomas Vanneste, et al. Drivers of carbon stocks in forest edges across Europe, Science of the Total Environment, 759(2021)143497.

转自：“生态科研笔记”微信公众号

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