小兴安岭主要树种及林型对气候变化的潜在响应研究

本文采用了国际上可信度高、应用广泛的林窗模型LINKAGES，结合多个气候模式的预测结果，对小兴安岭地区的17个主要树种和4个主要林型对气候变化的潜在响应进行了系统研究。验证结果表明，LINKAGES模型能够较好地跟踪并再现小兴安岭现有林分及各主要林型的演替动态，适用于树种和林型对气候变化响应的预测研究。主要结论如下： 1）以树种为研究对象的模拟结果表明，不同树种均具有各自不同的生存温度临界值，因此对气候变化的敏感性也不同。当温度缓慢上升时，云冷杉、枫桦将面临退化危险，但红松及其他阔叶树种的生长优势均更加明显；当温度快速上升时，大部分树种均显示出不同程度的衰退趋势，仅蒙古栎等耐高温、干旱的阳性树种能够较好地适应未来的高温环境。 2）以整个林分为研究对象的模拟结果表明，在小幅增温情景下，林分中的云冷杉、枫桦趋于退化，而红松及其他伴生阔叶树种的比重则逐渐增加，森林总生物量呈上升趋势；在中幅增温情景下，现存的云冷杉红松阔叶混交林有可能逐渐演化为阔叶混交林，物种多样性明显减少；在大幅增温情景下，小兴安岭现有林分呈显著的退化趋势。 3）林分年龄影响森林的演替方向。不同年龄林分对气候变化的响应程度存在差异。当未来气候条件适于红松生长时，过熟林的恢复能力最强，而中幼林的适应能力最强；当未来气候条件不适于红松生长时，过熟林的恢复能力下降，而中幼林依然具有较强的适应能力。 4）季节增温方式是影响森林演替方向的另一重要因素。当冬季增温幅度大于夏季时，小兴安岭现存林分的演替受气候变暖的影响相对最小，树种组成仍然能够保持较为稳定的针阔混交状态；反之，当冬季增温幅度小于夏季时，现存林分的演替受气候变暖的影响最显著，树种衰退最迅速。小兴安岭针阔混交林的演替与未来的增温方式关系密切，上限温度是现存树种能否继续存活的重要决定因子。 5）以林型为研究对象的模拟结果表明，如果未来气候维持当前的状况不变，云冷杉红松林、枫桦红松林、椴树红松林和蒙古栎红松林四种主要林型的森林组分均将继续维持目前的优势地位，并一直保持较为稳定的动态平衡。 在变暖气候情景下，各林型中的云杉、臭冷杉和枫桦将退出森林演替；目前的云冷杉红松林、枫桦红松林和椴树红松林均将逐渐向椴树、色木槭阔叶红松林演变；蒙古栎红松林林型内部的树种组成基本不变，但蒙古栎所占比例将大幅上升。 6）气候变化幅度决定各林型未来的生物量水平。椴树红松林和蒙古栎红松林100年后的红松生物量和林分总生物量均在小幅增温情景（OSU和GISS模式）下达到最大，云冷杉红松林则在中幅增温情景（CGCM2和HadCM3模式）下达到峰值，而枫桦红松林在现行气候条件下已经为最理想状态，气温的小幅变化也会对其造成影响。在大幅增温情景（UKMO和GFDL模式）下，各林型均难以适应近8℃的增温而全部呈退化趋势。 此外，土壤水分越充足，各林型对高温的耐受范围就相对越大。故从林型角度进行预测分析时，除温度外还应进一步考虑土壤水分与林内的湿度状况。