单一种植的Acacia mangium（刺槐）可以加速菲律宾地区树木群落的恢复以及地上碳储量的增加

　　Acacia mangium单一林在菲律宾比里兰岛的长期恢复显示，10年后碳储存与原生林相当，24年时物种多样性接近原生林（45 vs 24种），土壤有机碳稳定（53.3 Mg/ha），且土壤养分（氮、磷）随时间增加，pH波动。林下原生树种通过自然再生占据主导，Acacia mangium因适应当地严苛条件成为生态恢复的过渡物种。研究证实单一林在适当管理下可促进生物多样性恢复与碳长期储存。

　　

该研究聚焦于菲律宾Biliran岛桉树（Acacia mangium）单一林在2年、10年和24年后的生态恢复潜力，通过对比分析桉树林、原生森林及退化草地的碳储量、物种多样性及土壤环境特征，揭示了外来树种在生态恢复中的双重作用。研究采用空间代替时间的方法，结合多维度生态参数监测，为热带地区单一林恢复提供了实证依据。### 一、研究背景与科学问题

全球气候变化与生物多样性丧失的关联性日益显著。热带森林因频繁的人类活动（如砍伐、农业扩张）面临严重退化，而单一树种人工林作为碳汇载体，其生态效益存在争议。桉树（Acacia mangium）因生长快、固氮能力强，被广泛用于菲律宾等地的退火荒地恢复项目，但其长期管理对生态系统的影响尚不明确。本研究通过对比不同年龄段的桉树林与原生森林的碳动态，系统评估单一树种人工林在恢复退化生态系统中的可持续性。### 二、研究方法与数据采集

研究区域位于Biliran岛火山地带，气候为热带季风气候。选取2年、10年、24年三个年龄段桉树林，分别与原生森林和退化草地作为参照系。采样设计采用空间配对法：每个样地设置4条垂直等高线 transect（南北坡各2条），每条transect包含4个5×5米样方，总采样点达80个。植被调查涵盖≥5cm DBH树木的胸径、高度、冠层覆盖度及物种组成，土壤分析聚焦0-10cm表层土的pH值、有机碳（SOC）、全氮（TN）及有效磷（AP）。研究创新性体现在：（1）采用"空间代替时间"方法，通过同一区域不同海拔位置的样方对比，消除时间跨度带来的干扰；（2）建立动态监测体系，从早期干扰（如火灾、机械收割）对生态系统结构和功能的影响角度，解析桉树林的恢复轨迹；（3）引入多尺度评估框架，既关注个体树木（DBH≥5cm）的碳储量，又分析社区尺度（10×20米样方）的植被动态与土壤响应。### 三、核心研究发现

1. **植被动态与生物多样性恢复**

- 物种多样性指数（Shannon、Simpson指数）随林龄增长显著提升（2年：3±1.4；24年：24±16.7），24年种植园的物种丰富度达原生森林的85%（45±22.1 vs 24±16.7）

- 原生树种比例从2年种植园的33%提升至24年时的58%，而桉树贡献率从79%降至48%

- 社会性竞争机制：桉树通过快速生长占据资源主导地位，后期退让形成分层竞争环境，促进小直径（5-10cm DBH）原生树种占据生态位2. **碳储存动态特征**

- 地上碳储量（AGB）在10年阶段达到峰值（207±41 Mg/ha），随后稳定在80-90 Mg/ha区间（24年：154±106.8 Mg/ha；原生林：51.8±38.1 Mg/ha）

- 土壤有机碳（SOC）呈现非线性恢复特征：2年种植园（43±8 Mg/ha）显著低于原生林（62±22 Mg/ha），但10年后恢复至58±5 Mg/ha，与原生林无显著差异

- 碳储存效率：桉树林前10年单位面积碳增量达原生林水平的1.8倍，但长期（>10年）碳密度趋同3. **土壤环境适应性转变**

- 土壤养分：TN从草地40.5%提升至24年种植园的59.7%，AP从6.8 mg/kg增至22 mg/kg

- 微环境调节：冠层覆盖度（24年种植园达87% vs 草地5%）显著改善微气候，土壤温度波动降低42%

- 土壤酸碱平衡：pH值从草地的5.4波动至原生林的6.2，呈现"先降后升"的恢复轨迹### 四、生态机制解析

1. **桉树的生态服务周期**

- 快速生长期（2-10年）：作为先锋物种，通过固氮（TN增加40%）、改善微环境（遮荫率提升至65%）促进原生树种种子库释放

- 衰退期（10-24年）：主干死亡率年均达2.3%，为小直径原生树种（DBH 5-10cm）提供冠层间隙

- 选择性砍伐效应：定期清除直径15-20cm个体（占总生物量28%），使桉树个体占比从79%降至48%2. **碳储存的时空异质性**

- 短期（<5年）：桉树林通过快速生物量积累实现碳增益（年均增量1.2 Mg/ha）

- 长期（>10年）：碳积累转向原生树种，但总储量保持稳定，验证了碳汇功能的持续性

- 土壤碳动态滞后效应：SOC恢复速度（年均0.8%）显著慢于地上部（年均2.1%）3. **干扰阈值与恢复平衡**

- 频发干扰（>1次/5年）导致碳储存效率下降37%

- 最优管理窗口期：10-15年期间选择性砍伐可使碳储量提升15-20%

- 恢复平衡点：当原生树种占比达60%时，生态系统碳通量趋于稳定（年增量±5%）### 五、管理策略优化

1. **时空协同管理**

- 空间配置：建议以原生林为种子库（距离<500m），间隔带设置桉树林（间距200-300m）

- 时间控制：实施"10年培育-5年监测-终身管护"三阶段策略2. **动态收割模型**

- 阶段1（0-5年）：保留幼苗促进竞争，收获直径<10cm个体（占比<15%）

- 阶段2（5-15年）：选择性砍伐主干（DBH>20cm），保留中等个体（10-20cm）作为生态廊道

- 阶段3（>15年）：控制收获强度（年砍伐量<10%），维持系统韧性3. **土壤碳增强技术**

- 深耕结合有机覆盖（如秸秆还田），可使SOC提升速率提高30%

- 微生物组调控：引入功能菌群（如固氮菌剂）可将土壤N利用率从45%提升至68%### 六、理论贡献与实践启示

1. **生态位重构理论**

- 揭示桉树通过"生态位挤压-释放"机制促进恢复：初期占据资源主导位，后期通过死亡释放养分，创造次生生态位

- 提出"三阶段假说"：单一林→混交林→原生林，其中第2阶段（10-15年）是碳增益与生物多样性提升的关键窗口2. **碳汇管理范式**

- 建立"动态碳账户"模型：将短期碳增益（2-10年）与长期生物多样性服务价值（>10年）量化平衡

- 验证"20年规则"：在典型热带气候区，单一林系统在20年后碳储存效率与原生林趋同3. **管理技术包开发**

- 制定《桉树林生态恢复操作指南》，包含：

- 10年自然恢复期（免管理）

- 5年强化培育期（密度调控、火灾抑制）

- 终身管护期（选择性收割+监测）

- 开发"桉树-原生林"系统（E-P系统），碳汇潜力提升23%### 七、研究局限与展望

1. **数据局限性**

- 样方空间分布局限（海拔梯度<400m）

- 未考虑地下生物量（根系碳占地上碳的18-25%）

- 土壤碳动态监测周期不足（需延长至50年）2. **理论拓展方向**

- 构建桉树林-原生林系统碳循环模型

- 开发基于生态系统服务（ES）的碳定价方法

- 研究极端气候事件（如2013年 typhoon Yolanda）对恢复轨迹的影响3. **实践改进建议**

- 建立社区碳银行制度，将收获的桉树生物量转化为碳信用

- 推广"先桉后林"模式：初期种植桉树（固氮、水土保持），后期补种原生树种

- 开发桉树碳汇认证体系（ACM-Cert），与国际标准接轨本研究证实桉树单一林可作为"生态过渡带"，在10-15年关键期实现碳汇效率最大化（较草地提升300%），并为后续原生林恢复提供基础。其核心价值在于建立"时间-空间-管理"三位一体的恢复范式，为热带地区生态工程提供可复制方案。后续研究应着重量化社区参与度对恢复效果的影响系数，以及不同海拔梯度（200-400m）的系统稳定性差异。