东南亚森林和种植园中，沿土地利用强度梯度变化的碳通量与水通量之间的权衡

本研究基于东南亚16个涡度协方差站112年数据，分析不同土地利用强度（低、中、高）对碳通量、光能利用效率及水分利用效率的影响，发现高强度土地利用在矿物土壤上增强碳汇但易致水分胁迫，存在碳吸收与水分利用效率的权衡，并指出植被恢复对水资源安全的重要性。

　　

摘要

土地利用强度（LUI）显著影响全球景观的生物物理和生物地球化学特性。在东南亚（SEA），这种影响尤为明显，因为当地的森林正逐渐被集约管理的种植园所取代。尽管发生了这些变化，但关于不同土地利用强度如何调节该地区碳、能量和水循环的综合性研究仍然很少。在这项研究中，我们分析了来自东南亚16个涡度协方差（EC）通量塔站点的数据，这些数据涵盖了总共112年的测量结果。我们的目标是评估在低（原始森林）、中（次生森林）和高（种植园）土地利用强度梯度下，碳通量、光利用效率（LUE）和水分利用效率（WUE）之间的权衡关系。研究发现，位于矿物土壤上的高土地利用强度成熟植被具有碳汇作用；然而，其高蒸散速率常常超过当地的降水量，使它们容易受到水分胁迫。例如，高土地利用强度地区的年平均碳吸收量（范围为?1.19至?0.74千克碳/平方米·年）优于低土地利用强度地区（?0.85至?0.02千克碳/平方米·年）。当生态系统处于建立阶段且种植在泥炭土壤上时，高土地利用强度下的碳吸收量有所例外（为0.98千克碳/平方米·年）。然而，低土地利用强度地区的水分利用效率（年平均值为2.63至6.50克碳/千克水）高于高土地利用强度地区（2.08至3.53克碳/千克水），这表明碳吸收与水分利用之间存在权衡。此外，虽然高土地利用强度地区所需的辐射量较少即可实现最大初级生产力，但其日均光利用效率并不高于低土地利用强度地区。这些发现强调了在推广种植园系统时，需要谨慎平衡碳封存目标与水资源考虑及抗旱能力的重要性。相比之下，森林保护对于保障水资源安全和增强生态系统应对气候变化的能力具有优势。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在Zenodo平台上公开获取，链接为：https://doi.org/10.5281/zenodo.18236666。本研究使用的主要碳通量和气象数据集（LHP、MKL、PSO、SKR、BKS、DFR、PDF和JOP）可在Asiaflux数据库中公开获取（链接：https://db.cger.nies.go.jp/asiafluxdb/?page_id=16），而（RFC和RFN）数据则可以在Wang等人的在线仓库中找到（链接：https://zenodo.org/records/6474361）。关于PUF、PDF和PDB的其他泥炭地数据可在Hirano等人的在线²⁰²⁴年年研究中找到（链接：https://doi.org/10.1038/s43247-024-01387-7）。Kampar泥炭地的数据（KIF、KDF、KAP）可在Deshmukh等人的在线²⁰²³年年和²⁰²¹年研究中找到（链接分别为：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05860-9和https://doi.org/10.1038/s41561-021-00785-2）。