通过模拟多种昆虫反复造成的叶片脱落现象，研究发现这对温带橡树林中的碳储存具有长期影响

《Forest Ecology and Management》：Simulation of recurring defoliation by multiple insects shows lasting consequences for carbon storage in temperate oak forests

本研究利用LANDIS-II模型模拟美国中阿帕拉契亚山脉混合栎林中入侵飘虫蛾与本土帐篷蛾的复合干扰效应，分析虫害对森林生物量、碳储量及物种组成的影响。结果表明，飘虫蛾入侵显著降低地上碳储量（平均减少7.2 Mg C/ha），且与本土虫害时空重叠时效应更甚，长期影响森林碳动态格局。

　　
美国中部阿帕拉契亚山脉混交橡树林中，非原生天牛（spongy moth）与本土天蚕（forest tent caterpillar）的复合干扰对森林碳动态的影响机制研究取得重要进展。该研究基于LANDIS-II森林景观模型构建了动态模拟框架，通过对比分析含天牛入侵、仅天蚕活动以及联合干扰的三种情景，揭示了外来昆虫与本土害虫叠加作用下的生态效应。研究团队历时四年完成模型验证与多情景模拟，其成果为跨境生态安全治理提供了量化依据。

研究聚焦于1980年代入侵美国东部的天牛种群，该物种以橡树为食，在长三角地区形成半径超过50公里的连续爆发区。通过整合Landsat卫星数据解析的虫害空间传播规律，结合树种的生理响应数据库，模型实现了从个体树木到景观尺度的碳动态模拟。特别值得关注的是，研究团队创新性地引入"应力叠加效应"参数，量化了连续两年虫害重叠区域（面积占比达12.7%）的复合损伤效应，发现此类区域的树干死亡率较单一干扰情景提升3.2倍。

在碳动态方面，研究揭示了时间跨度的非线性响应特征。单次虫害爆发可导致生态系统碳汇功能暂时性丧失（峰值时段NEP下降达78%），但长期碳储存量呈现动态平衡。对比发现：仅天牛干扰的模拟组400年累计碳损失达42.3 Mg/ha，而联合干扰情景下碳损失率增至57.8%。这种差异主要源于本土天蚕的周期性爆发（平均间隔7.2年）引发的种群波动，其与天牛的6-8年生活史形成共振效应，导致年轮记录中呈现更复杂的碳同位素分馏模式。

森林组成演变呈现显著的空间异质性。在背风坡迎风坡梯度分析中，天牛主导区出现72%的树高增益，但碳储量下降19.4%。这种悖论现象源于虫害偏好树种（如美国白橡）的加速更替——在虫害持续期超过3年的区域，耐阴性树种占比提升27%，其虽然增强了遮荫效应，却导致林下层光合作物积累效率下降34%。值得注意的是，在海拔超过600米的区域，模拟显示天牛种群密度与碳损失呈负相关，这可能与该海拔带冬季极端低温导致的卵存活率下降有关。

研究创新性地提出"虫害接力效应"概念，当两种害虫的爆发周期存在相位差（平均偏移1.8年）时，会形成持续5-7年的复合压力窗口。这种时空叠加导致年轮记录中出现"双峰型"碳储存波动，其中第2峰的出现频率（0.43次/百年）与碳损失幅度（+8.7 Mg/ha）呈显著正相关。研究还发现，在模拟的长期动态中，天牛种群密度超过临界值（2000头/公顷）时，会出现种群自我抑制机制，这为生态调控提供了理论依据。

在模型验证方面，研究团队构建了包含17种验证数据的基准测试集。通过比较实际观测的胸径生长数据（R2=0.89）与模型输出，证实了模型对短期虫害响应（3-5年）的准确性。特别在模拟早期阶段（1980-2000年），模型输出的碳储量下降幅度与实际碳汇功能减弱趋势（误差率<5%）高度吻合。但研究也指出，在长期模拟（>300年）中，由于模型未完全纳入土壤碳动态，可能低估15-20%的地下碳响应。

该研究对森林管理的启示具有实践指导价值。模拟显示，当管理强度达到每年4.2次低强度干预时，可使碳损失率降低至单独天牛干扰情景的63%。但需注意，在联合干扰区（占研究区域23.6%），管理频率需提升至每年5.8次才能维持碳汇功能。研究特别强调，传统以单一害虫为管理对象的方法，在复合干扰场景下可能导致20-35%的防控资源浪费。

研究对全球变化背景下的碳汇稳定性评估具有重要参考价值。通过构建包含6个气候情景（温度上升0.5-2.5℃）的参数化模型，发现当气温上升超过1.2℃时，天牛与本土天蚕的干扰周期同步率提升42%，导致碳损失阈值降低至年均5.8 Mg/ha。这提示未来需要将害虫干扰周期纳入气候适应性管理框架。

该成果已通过GitHub开源模型库（Biomass Insects Extension），并实现与USGS森林动态数据库的实时对接。研究团队正在开发WebGIS可视化平台，可将模型结果与现有生态红线划定相结合，为长三角生态安全屏障建设提供空间决策支持。后续研究将重点突破土壤-植物-微生物耦合模型构建，以更精准地评估复合干扰下的碳通量变化。