中欧长期生态系统监测站点碳通量受土地利用与干扰调控的机制研究

本研究通过中欧长期通量观测站点集群数据，揭示森林、草地和农田生态系统的碳通量(NEP)和水汽交换(ET)对气候变化及管理措施的响应规律。研究发现完整森林碳汇能力被低估(DE-Tha站点达350 gC m?2 a?1)，而干扰(如风倒)可使生态系统转为碳源长达11年。该成果为优化土地管理策略以增强碳汇提供了关键科学依据。

　　

气候变化正深刻影响着陆地生态系统的碳汇功能，中欧地区近年来频发的极端干旱事件（如2018-2020年）导致德国50万公顷森林受损。森林和草地作为重要碳汇（全球年均吸收3.8±0.8 Gt C），其碳 sequestration 潜力正面临温度上升、降水格局改变和极端事件的威胁。在此背景下，德累斯顿工业大学（Technische Universit?t Dresden）的研究团队通过其独特的通量观测站点集群（<10 km范围内4个ICOS站点），开展了长达27年的生态系统监测，研究成果发表在《Agricultural and Forest Meteorology》。

研究团队采用涡度相关技术(EC)持续监测CO₂、H₂O和能量通量，站点包括老龄云杉林(DE-Tha)、永久草地(DE-Gri)、轮作农田(DE-Kli)和风倒后重建的橡树林(DE-Hzd)。数据经EddyPro?处理，应用边际分布采样(MDS)填补缺失值，并通过夜间分离法划分GPP和R_eco。同时整合管理记录（如间伐强度、作物轮作）计算净生物群系生产力(NBP)。

3.1 年际变异特征
DE-Tha老龄云杉林展现出稳定的碳汇能力（年均NEP 443 gC m^?2），但干旱年（如2022年）碳吸收下降50%。DE-Hzd风倒区在重建后11年内持续为碳源（年均释放409 gC m^?2），直至2018年树冠闭合才转为碳汇。农田DE-Kli的NEP波动最大，冬季作物（如冬小麦）碳汇能力显著高于春季作物（玉米）。

3.2 管理措施影响
间伐使DE-Tha的NBP稳定在350 gC m^?2 a^?1，而风倒导致累计852 gC m^?2碳损失。农田有机肥施用（7年/20年）仅部分抵消了收获带走的碳（1.5-5.6 tC ha^?1 a^?1），导致DE-Kli长期为净碳源（NBP -127 gC m^?2 a^?1）。

3.3 干旱响应机制
2018-2022年干旱期间，云杉林GPP下降165 gC m^?2 a^?1（11%），而R_eco仅减少44 gC m^?2 a^?1（4%）。202年8月出现罕见现象：土壤呼吸增强导致R_eco短暂超过GPP。橡树林因落叶特性和土壤持水能力，干旱年NEP未显著下降。

讨论与结论
该研究首次通过长期站点集群数据揭示：1）完整温带森林碳汇能力高于既往估计；2）干扰后生态系统碳恢复需10年以上；3）冬季作物可将农田碳源强度降低61%（相比春季作物）。能量平衡闭合问题（站点闭合率64-72%）和分区方法可能引入不确定性，但碳库实测验证了EC数据的可靠性（12年偏差7%）。

研究为"基于自然的解决方案"(NBS)提供了关键参数：维持老龄森林、避免干扰可最大化碳汇；而农田转向冬季作物+覆盖作物能显著减排。这些发现直接支持欧盟LULUCF（土地利用与林业）碳核算体系，并为《巴黎协定》履约提供了区域尺度的重要案例。持续27年的观测数据也凸显长期生态监测对甄别气候变化信号与自然变率的核心价值。