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議題背景：

今（2023）年4月26日台北時間晚上11:00，國際期刊《自然》（Nature）發表一篇森林土壤的最新研究，研究團隊發現森林的樹木多樣性越高，土壤中的碳、氮儲存量越高。

研究團隊依據加拿大國家森林資料庫分析的結果顯示，增加樹種的均勻程度，可使有機層中的土壤碳和氮含量增加30％和42％；提高功能多樣性[註1]，則可以使土壤礦質層中的碳和氮含量分別增加32％和50％。此研究是首次在天然林中，驗證早前在生物多樣性模擬實驗研究的推論，森林樹種多樣性與土壤的碳氮儲存量有關。

台灣科技媒體中心邀請台灣研究森林碳匯的專家說明此研究，並提供台灣森林研究與應用上可能的作法。專家表示，台灣需要透過本地的研究調查，才能評估出是否也如同此研究的發現結果；另外，隨著氣候變遷的影響下，逐年攀升的大氣溫度，森林多樣性高是否仍具有更好的土壤碳氮儲存量，還必須藉由森林情境模式下的模擬研究，加以評估與長期驗證。

引用文獻：

1. Chen, X., Taylor, A.R., Reich, P.B. et al. Tree diversity increases decadal forest soil carbon and nitrogen accrual. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05941-9

專家怎麼說？

2023年04月27日
國立東華大學自然資源與環境學系教授 張世杰

1. 這份研究的重要性為何？

這篇論文以加拿大的406個天然林樣區為對象，在2000-2006年之間對所有樣區進行第一次土壤採樣，並在2008-2017年之間對它們進行第二次採樣。作者根據此2次土壤化學分析的結果，計算每個樣區的土壤碳和土壤氮的10年變化量，並以結構方程模式（structural equation modelling, SEM）探討土壤中碳、氮變化量的影響因子。根據SEM分析結果，作者認為較高的森林組成多樣性，有助於森林土壤的碳和氮的累積。

這個研究結論當然對於現今世界各國亟欲推展的「基於自然的氣候變遷解方（nature-based solutions to climate change）」，指出了一個明確的方向。也就是說，當我們想要藉由新增造林來增加碳匯時，如果能考慮以多樣的樹種而非單一樹種來造林，則森林土壤的碳匯量也能提高。藉此，我們就能提高森林的總碳匯量（林木的碳匯量加上土壤的碳匯量），因而能有助於降低大氣的二氧化碳濃度，減緩氣候變遷的問題。

2. 這篇研究有哪些推論的研究限制嗎？

雖然這個研究的主要結論告訴我們，森林樹種多樣性對提高土壤碳匯的重要性，但是如同作者所說，如果我們仔細觀察SEM的分析結果，我們也能清楚看到一個弔詭的現象：在第一次調查時，有比較高的土壤碳存量和氮存量的森林樣區，它們的土壤碳氮存量在10年之後反而下降。也就是說，森林土壤的碳存量似乎有其上限，一旦飽和之後就不再能提高了，此現象是我們在尋求增加森林土壤碳匯時，必須考慮的限制條件。

另一方面，從SEM分析圖可見，大多數的因子之間的相關係數並不高。也就是說，這些因子之間的因果關係並不強烈，每個因子本身的量測不確定性恐怕會增加整個SEM的不確定性。舉例來說，由於每個森林樣區的土壤樣本數並不高，土壤空間異質性究竟是否能被有效掌握，作者並未說明。相隔10年的兩次土壤採樣所計算的土壤碳存量，其不確定性的高低，會相當程度地影響SEM的推論結果。

3. 目前這項研究發現，對於台灣在增加土壤碳與氮儲存上，有哪些助益或影響？

對位處亞熱帶的台灣而言，除了中海拔以上的山區森林能累積較高的土壤有機碳以外，因為此處的低溫高濕環境，讓枯落物的分解速度較緩慢，而中低海拔的森林土壤碳存量則相當有限。台灣的高降雨量以及常有的高強度降雨，讓土壤有機碳的淋洗作用相當旺盛，也進一步限制了土壤有機碳的累積。

在這樣的條件下，這篇在加拿大進行的研究對我們台灣的參考價值，恐怕必須更以本地的森林土壤調查資料來評估。此外，隨著逐年上升的大氣溫度，土壤有機物的分解速度也勢必逐年提高。森林樹種多樣性對土壤碳匯量的貢獻，是否在氣候變遷的情境下仍舊顯著，則有賴於森林模式的情境模擬研究來評估驗證。

註解：

[註1] 在傳統的物種多樣性概念以及實際的指數計算，都是以物種為主體，但是在一個生態系統之中，可能有一些物種具有相近的生態系功能（例如都是耐陰性樹種），這些功能相近的物種對一個生態系而言，他們對於「多樣性」的貢獻就比較有限。因此，在一些針對生態系功能的研究分析，就改以「功能多樣性」來做為多樣性的指標。

以上述耐陰性樹種的例子來說，如果在樹種的光線利用能力的「光譜」上，可以有各種不同類型的樹種存在，亦即，有陽性樹種、耐陰性樹種、以及介於兩個光線利用特性之間的樹種同時存在，則這個「功能多樣性」就是比較高的。