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本研究针对树干呼吸（EA）测量在降雨事件中存在的系统性低估问题，通过连续自动监测五种植被类型在五个生长季的数据，发现雨水在树皮表面形成的水膜会暂时阻碍CO?扩散，导致EA短期显著下降。该现象造成季节碳通量低估0.3-5.3%，且效应因树种（如山毛榉受影响最大）和降水格局而异。研究强调了在森林碳收支评估中必须考虑降雨引起的测量偏差，以提高当前及未来降水情景下碳通量估算的准确性。
树木，这片地球上最沉默的碳储存者，其“呼吸”——树干组织的二氧化碳释放——是森林生态系统碳循环的关键一环。然而，科学家们在精确定量这一看似简单的生理过程时，却长期面临着一个挑战：测量到的树干表面二氧化碳释放量真的等于其内部组织的真实呼吸活动吗？越来越多的证据表明，两者之间存在着令人困扰的“脱钩”。树干内部的二氧化碳在释放到大气之前，需要穿越层层木质部和树皮组织，这个扩散过程极易受到环境因素的干扰。其中，雨水——这个森林生态系统中最寻常的访客——可能扮演了一个意想不到的角色。降雨时，树干表面被一层薄薄的水膜覆盖，而二氧化碳在水中的扩散速度比在空气中慢约一万倍。那么，这层水膜是否会在短期内变成一道阻碍二氧化碳释放的“屏障”，从而让科学家们误判树木的呼吸强度，并最终影响对整个森林碳收支的评估？为了回答这个至关重要却常被忽略的问题，研究人员开展了一项历时五年的深入研究，并将成果发表在《Agricultural and Forest Meteorology》上。
为了探究降雨对树干二氧化碳释放量测量的影响，本研究采用了长期、连续、自动化的监测策略。研究人员在三个温带森林样地（分别以欧洲山毛榉、挪威云杉、以及欧洲鹅耳枥/英国栎/窄叶白蜡为主的混交林）中，选取了五类共计19棵样本树，在其胸高处安装了自动开合式测量舱室系统。该系统在2019年至2023年的五个生长季（5月至10月）中，以每2小时一次的频率，连续测量树干表面的二氧化碳释放量。每个测量值通过标准化的流量方程计算获得，并同步记录树干表面温度。关键的环境变量——降水，由安装在各林分上方的雨量计连续监测。此外，还利用延时摄影确认了降雨期间树干表面水膜的形成。数据分析的核心是通过建立以温度驱动的二氧化碳释放量模型作为基准，识别出那些与降雨事件在时间上高度吻合、且无法用温度变化解释的二氧化碳释放量骤降时段，进而量化这些“降雨相关下降”对季节累计二氧化碳释放量的低估程度，并比较不同树种间的效应差异。
3.1. 微气象条件
研究期间，云杉林的生长季降水量最高，阔叶混交林最低，这为分析不同降水格局下的影响提供了自然梯度。
3.2. 与降雨相关的EA下降
分析表明，降雨事件会导致树干二氧化碳释放量出现显著的短期下降。
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发生频率与程度：在可用的季节数据集中，被识别为受降雨影响的时段占比最高可达21%（山毛榉）。二氧化碳释放量下降的幅度因树种而异，山毛榉最为显著，其测量值可比模型预测值低40-60%，而栎树和白蜡树的影响最小，通常在10-30%之间。
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对季节碳通量的影响：这些下降导致了季节累计二氧化碳释放量的低估，低估幅度在0.3%至5.3%之间。影响最大的树种是山毛榉，平均低估5.3%，其次是鹅耳枥和云杉，栎树和白蜡树的影响最小。在山毛榉和鹅耳枥中，这种低估程度与生长季总降水量呈显著正相关。
3.3. 雨后时期
在降雨停止后的6小时内，山毛榉、云杉和鹅耳枥的二氧化碳释放量有轻微增加的趋势（通常为0-10%），这可能是由于水膜屏障消除后，暂存的二氧化碳被释放所致。然而，这种增加的幅度和持续时间远小于下降阶段，且并未在栎树和白蜡树中观察到明显规律。
3.4. 降雨相关EA下降对Q10的影响
包含降雨下降数据会严重干扰对树干呼吸温度敏感性（Q10）的估算。以受影响最显著的山毛榉数据为例，使用包含下降数据的全部测量值计算Q10时，会出现异常高的峰值（如高达15.4），而使用剔除下降数据后的“干净”数据集计算，Q10值则在1.5-2.0之间稳定波动。这表明，未经校正的降雨数据会严重高估温度敏感性，引入模型误差。
研究的核心结论明确指出，降雨期间树干表面形成的水膜会暂时性地阻碍二氧化碳向大气的扩散，导致基于舱室法测量的树干二氧化碳释放量出现短期、可重复的下降。这种下降并非呼吸活动本身减弱，而是一种物理扩散限制造成的测量假象。
这一发现具有多重重要意义。首先，它揭示了一个此前未被充分认识的、系统性的测量偏差来源。尽管其对季节碳通量的直接低估百分比看似不大（通常为百分之几），但在降水丰富的地区或如山毛榉这类树皮光滑的树种占优势的森林中，累积效应可能变得相当可观。其次，更重要的是，这种偏差会严重扭曲对树干呼吸温度敏感性（Q10）的估算。由于降雨常伴随降温，将“被压低”的二氧化碳释放量与“被降低”的温度数据一起分析，会得出虚高的Q10值，从而影响对未来气候变暖下森林呼吸反馈的预测。
树种间的差异主要归因于树皮特性：山毛榉和鹅耳枥的光滑树皮导致水流速度快、表面易形成连续水膜，因而受影响大；而栎树和白蜡树的粗糙树皮持水能力强，水流分散，且研究中为密封舱室去除了部分外层树皮，可能无意中改变了局部水文，使其受影响较小。云杉作为针叶树，尽管降水量大，但树冠结构导致茎流较少，因此影响程度中等。
最后，关于“降雨期间未释放的二氧化碳去向何方”的问题，研究发现雨后的轻微释放增加并不足以补偿下降期间的“缺失量”。这些二氧化碳可能溶解在木质部汁液中随蒸腾流向上运输，并在树冠或其他部位释放或被光合组织再固定，从而在时空上转移了碳的释放位点。这提示，要更精确地刻画树木的碳动态，可能需要将高频的表面通量测量与树干内部二氧化碳浓度的监测相结合。
总之，这项研究敲响了警钟：在评估森林碳收支时，不能忽视雨水这个“沉默的修正者”。认识到并校正降雨引起的测量偏差，对于提高当前及未来变化降水格局下森林碳循环评估的准确性至关重要。
