原文以Resilience to Hurricanes Is High in Mangrove Blue Carbon Forests为标题发表在Global Change Biology(IF=10.8)上

作者 | David Reed，Selena Chavez等

红树林被认为是重要的碳汇，除了其在地上、地下、土壤中具备的碳储能力外，缺氧条件还抑制了需氧呼吸过程，这进一步增强了其碳汇潜力。虽然红树林仅占全球沿海区域面积的0.5%，却贡献了全球沿海沉积碳储量的10%–15%，以及10%–11%的颗粒碳向海洋的输出。

同时，红树林也是全球受威胁最严重、消失速度最快的沿海生态系统之一。过去二十年间，超过35%的红树林因人类活动而退化或消失。红树林分布在亚热带至热带沿海，常受热带风暴和飓风等极端天气事件的影响。例如，南佛罗里达、墨西哥湾及加勒比地区的红树林经常遭受飓风袭击。尽管气候变暖使红树林的分布范围在扩大，风暴等极端事件却在不断改变其结构、功能及恢复轨迹。

在全球范围内，飓风和热带气旋是红树林面临的最大非人为干扰因素。在北大西洋流域，过去25年间，约有15%的红树林（约28万公顷）遭受飓风影响。飓风可造成10%–45%的红树林立即或延迟死亡，高大红树林（>10米）更易遭受结构性破坏。尽管风暴会引发红树林生物量和功能的显著变化，研究表明其冠层光合作用可在1–5年内恢复。

不同生态过程的恢复速度存在差异，这使得生态系统总体恢复时间难以精确评估。例如，2005年威尔玛飓风后，研究发现佛罗里达大沼泽地的红树林中，光合速率可在1年内基本恢复，而生态系统呼吸（Reco）因枯枝落叶的持续分解，在风暴后持续升高了4年，导致净生态系统碳交换（NEE）的恢复时间很长。类似现象在干旱热带森林中也有报道：风暴后初级生产量下降约15%，土壤碳通量和氮素含量上升，呼吸与土壤温度的关系也受到削弱。叶面积指数LAI的变化会对多个生态过程产生级联效应，并在不同时间尺度上表现出来。

US-Skr: Shark River Slough（SRS-6 通量塔）大沼泽地 图源/Ameriflux

针对红树林的结构与功能恢复，本研究利用佛罗里达沿海大沼泽地两个代表性红树林样地的涡度相关通量监测数据，分析了2005年的威尔玛飓风和2017年的艾尔玛飓风的影响。研究者们通过分析叶面积指数（LAI）和净生态系统碳交换（NEE）数据，量化了“恢复负债”——即生态系统在受到干扰后恢复到干扰前状态所需的碳赤字补偿。

研究结果表明，在大沼泽地的红树林中，LAI在一年内即恢复至干扰前水平，而生态系统呼吸和最大光合速率的恢复则需要更长时间。高大林分初期恢复负债达178克碳/平方米，而低矮林分受影响较小。在景观尺度上，初期恢复负债为0.40兆吨碳（Mt C）。在大多数沿海红树林中，这些碳损失可在4年内全部恢复。尽管高强度风暴可能对亚热带红树林结构产生长期影响，快速的冠层恢复则表明，红树林是极具韧性的碳汇系统。

LI-7500开路式涡度相关通量观测系统在本研究中的作用
自 2004 年 1 月起，高大林分站点开始使用 LI-7500开路式涡度相关通量观测系统监测生态系统的 CO₂ 通量；低矮红树林站点从 2017 年 1 月起开始观测。高大林分站点先后使用了两款超声风速仪：Gill R3-50（2004–2021 年）和 Gill WindMaster Pro（2022–2023 年）。

2004–2012 年间，高大林分站点的涡度相关数据采用标准方法处理，并上传至 AmeriFlux 数据库以进行质量控制和存档。2017–2023 年，两个红树林站点的数据使用 EddyPro 7.0.9 软件，按照标准通量处理协议进行数据处理。高频数据中，超过 2% 的尖峰数据被剔除，缺失数据则通过线性插值填补。通量数据经过湿度和 WPL 修正，并采用高通和低通滤波处理。稳态与湍流发展条件的质量检查基于动量通量与 NEE 的相关系数，按照 Mauder 和 Foken（2004）的方法去除湍流条件不适宜的数据。最后，剔除了超出期望值范围的数据（CO₂ 交换大于 100 或小于 −100 μmol m⁻² s⁻¹）。通量贡献区使用足迹模型（Kljun 等，2015）进行估算。

通量数据标准处理软件——EddyPro®

高大林分站点在威尔玛飓风（2005 年）和艾尔玛飓风（2017 年）过后，塔及仪器均受到严重破坏，导致观测系统停运一段时间。低矮红树林站点则受艾尔玛飓风影响较小，在飓风后 2 个月（2017 年 11 月）即恢复了数据收集。缺失的辐射和温度数据使用 ERA5 再分析资料（空间分辨率 0.25° × 0.25°，每小时产品）进行填补。