全球气候变化对中国森林影响的研究进展

时明芝

(山东财政学院，山东济南250014)

全球气候在变化已是不争的事实，并且已经对社会经济和自然生态系统造成了重大影响，更将威胁到人类的生存，是人类社会可持续发展面临的长期、严峻的挑战。作为陆地生态系统的主体，森林生态系统及其所提供的产品和生态服务也受到气候变化的重要影响。国际林业研究机构联合会(IUFRO，简称国际林联)在2009年得出一个基本结论:气候变化将显著地改变森林生态服务的供给水平和质量［1］。在我国，虽然从20世纪90年代中期就开始研究全球气候变化下中国森林的脆弱性问题，但到目前为止，气候变化对森林影响的科学研究主要集中在气象部门，林业部门对相关的基础性科学、社会经济影响及应对策略研究相对滞后，有可能延误相关的重要决策和行动，所以应加速推进。

1 气候变化对中国森林的影响

1．1 历史上气候变化对森林生态系统的影响［2］

结束于1.1万－1.5万年前的上个冰期，世界曾非常干燥，热带雨林变干并碎化，一些森林变为疏林，目前属于北温带森林的地区在那一时期不是被冰雪覆盖就是冻土地带或寒带草原。当冰期结束时，气候开始变得湿润，森林在地球所有适合树木生长的区域都快速扩展。

在目前的间冰期，自然气候变化从各个方面对生态系统造成巨大影响。在过去的6 000年，非洲的干旱，使树木稀少的大草原在长期气候变化的影响下变成了撒哈拉大沙漠，气候变化在加速中亚咸海干旱中起了主要作用。即长期持续的降水减少造成了大面积的荒漠化;而在长期气候变化不剧烈的地区，许多树种具有的长生命周期和高的生态耐受性，使它们对气候变化的响应相对迟缓。

1．2 气候变化对森林分布的影响

物种向更高纬度和海拔分布的变化与气候变暖相关。一些研究发现，全球多个系统和地区80%的物种变化(增加、减少或迁移)与气候变化预测的结果一致［3］;在气候变化加剧的情况下，2020年兴安落叶松适宜分布区域将减少58.1% ，2050年将减少99.7%，即至2100年兴安落叶松适宜分布区将从我国消失。全球气候变化将造成东北地区湿润森林界线北移，面积明显缩小，寒温带湿润森林将北移出我国东北地区［4］;未来气候若呈“暖干化”(气温升高5℃，降水减少30%)趋势，兴安落叶松将向西北方退缩100 km左右，长白落叶松将向西北方扩展100 km左右，华北落叶松将向东北方扩展800 km左右;若呈“暖湿化”趋势(气温升高5℃，降水增加30%)，兴安落叶松将向西北退缩400 km左右，长白落叶松将向西北方扩展550 km左右，华北落叶松将向东北方扩展320 km左右［5］。

1．3 气候变化对森林演替的作用

陆地表面的植被类型、分布格局是长期适应气候的结果。气候变化与高二氧化碳水平的相互作用，将改变物种集合和生态系统演替［6］。在暖干化气候变化条件下，植被将遵循逆行演替的规律，从高级类型向低级类型退化。据预测，到2050年中国干旱区面积将增加84万km2，荒漠化面积增加 70 万 km2［7］。

森林群落对气候变化的响应十分敏感，新的气候条件下，气候因素、土壤过程、树木个体的响应等诸多因素的结合，可以导致森林演替过程偏离目前的轨道。大兴安岭地区森林结构将发生很大变化，该地区的优势种兴安落叶松生物量下降，蒙古栎、桦树、椴树等阔叶树在森林中占的比重将加大;如果考虑降水增加的作用，群落中将出现红松树种;从森林群落对这些可能气候变化的响应来推测，东北森林分布带将有北移的趋势，大兴安岭将可能以温带针阔混交林为主［8］。

1．4 气候变化对森林生产力的影响

气候变化对森林生产力的影响由于其他同时影响的因素而变得复杂。这些因素主要是指氮沉积和大气CO2浓度变化。一些研究证实，CO2浓度倍增后，中国森林生产力将增加12% －35%，增加的幅度因地区不同而异［9］;气候变化将使兴安落叶松的生长加快8% －10%，大兴安岭地区森林生产力将增加10%［10］。但是，另一些研究结果也证实，气候变暖与干旱、火灾和生物干扰相互作用，造成了森林生产力的下降［11］。

1．5 气候变化对生物多样性的影响

气候变化与生态系统演进的非线性可以对森林物种的组成产生不可预期的结果，并最终对森林产品和服务产生影响。气候恶化会使地表稳定性变差、风蚀现象显著而促进土地的沙漠化进程，并导致新的沙漠化发生，造成沙漠化土地面积不断扩展，从而使物种的有效生境及其种群数量减少，甚至造成热点地区的物种灭绝，温带的高纬度和北温带森林受影响最大。气候的有些变化是预期不到的，对森林生态系统结构将产生较大影响。甄江红等［12］系统分析了四合木分布区35年来的气候变化特点及其对四合木生境与其种群动态的影响，指出气候因素是导致起源古老、抗逆性强、并为生物多样性起源和环境演变研究的理想对象——四合木种群变化的最重要的因素和动力之一。

气候变化可以造成热点地区的物种灭绝。温带的高纬度和北温带森林受影响最大，许多物种60%以上的栖息地将受到影响，据估计，森林系统物种灭绝比例的范围从北方地区的小于1%到一些温带地区的超过24%［13］。

1．6 气候变化对森林火灾的影响

当前的气候变化主要特征是变暖。气候变暖不仅导致火险期提前到来，还使火险期推迟结束，最终是延长整个火险期。气候变暖使很多区域呈现暖干化趋势，导致林火频率、林火强度和过火面积增加。气候变暖使极端气候事件(强降水、飓风、干旱和冰冻灾害等)发生频率增大、强度增加，会导致大量植被受损和死亡，地表易燃可燃物猛增，林火发生的危险性增大。如，2008年初发生在我国长江流域至江南地区百年一遇的低温雨雪冰冻灾害，导致林木大批折断，地表可燃物猛增2－10倍，平均地表可燃物载量超过50 t/hm2，部分严重地段达到100 t/hm2以上，已超过可发生高强度林火和大火的标准(30 t/hm2)［14］。预期气候变暖情景下的模拟结果显示，未来全球大部分区域的林火天气状况会更加严峻，林火数量将比当前状况更多，林火强度更大［15］。

1．7 气候变化对森林水文调节和水质的影响

气候变化将影响陆地淡水系统的有用水量，加大不同土地利用之间的用水矛盾，影响森林的水文调节作用。极端干旱和极端湿润条件下的有用水量对人类福利和土地利用变化都有重要影响(如农业、城镇活动、废水排放等)，这些影响又会通过毁林开荒、林地退化等，对森林产生更大的压力，从而对森林的调节功能产生负面影响［16］。

在发展中国家占主导地位的雨养农业系统下，干旱地区水量的减少会进一步降低农业生产力，引起土地利用变化(如农地扩张和毁林开荒)［17］。

1．8 气候变化对森林生态系统未来的影响

从全球看，森林生态系统具有足够的恢复力，能适应一定限度的气候变化，特别是在半湿润或湿润气候区。但在发生剧烈气候变化的情况下，森林生态系统将难以适应，特别是在干旱和半干旱地区。据预测，在北方森林区，气候变化将使森林生产力增加，但同时，这些地方的森林将受到日益增加的火灾和病虫害的影响;在气候稳定的情景下，温带森林的生产力在向南北两极的区域增长，而在赤道地区则将下降;各种气候变化模拟的结果都显示，绝大多数亚热带地区的森林生产力趋于下降;只要水资源充足，热带森林的生产力将趋于增加。但是，在干季或更干旱的气候下，热带森林的生产力就会下降。

森林支持了地球最大的生物多样性，约3/4的陆地生物在森林中。许多研究表明，在生态系统、物种和基因水平都存在显著的生物多样性的损失，其中物种消失率由剧烈的气候变化所引起，因为气候变化影响物种的分布与组成。许多森林在气候变化面前是高度脆弱的，而且如果受气候变化压力或其它影响，森林还会释放大量的二氧化碳，加剧气候变化，除非这种反馈变慢。气候变化将加剧我国森林的脆弱性，改变森林结构与分布［16－17］。

1．9 气候变化将显著改变森林生态服务的水平和质量

森林不仅为人类社会的生产活动以及人类的生活提供丰富的资源;还在维护区域性气候和保护区域生态环境(如防止水土流失)等方面做出很大的贡献，所以，森林在维系地球生命系统的平衡中具有不可替代的作用。

森林生态系统不仅提供给社会广泛的支持、供给、调节和文化服务功能，同时，一些重要的社会经济过程:毁林、森林碎化、栖息地丧失、人口增长、收入增加以及城市化等，也伴随着对森林生态系统的利用、保护或破坏，其中气候变化将会显著地改变森林生态服务的供给。在人类的漫长历史中，全球森林分布的区域及状况主要由毁林开荒和毁林进行其他建设的状况来决定。

掌握近期气候变化与森林生态系统的相互作用规律是一项艰巨而复杂的任务。尽管非常复杂，但气候变化对森林生态系统影响的机理研究已经取得大量进展。总体来讲，气候变化对森林生态系统的影响取决于具体生态因子及其相互作用，一个或多个尺度的气候变化(如温度和降水)将影响生态系统过程(如光合作用等);生态系统过程的改变将影响生物多样性和服务功能的发挥［18］。森林受气候变化影响的程度不仅取决于受气候变化及其他生态系统因子影响的森林面积，而且与适应力相关。森林适应气候变化的能力是动态的，受多种因素的影响［13］。

2 现有气候变化对森林影响的研究的不足

2．1 忽略了其它环境因子的作用

目前大多数有关气候变化对森林生态系统潜在影响的预测都是根据一个假设，即气候(温度和水分)对树木物种的分布、森林类型以及生物群区和森林生态系统过程发挥最主要的限制作用，是控制树木物种和森林类型分布的惟一因素。基于这一假设的预测是:树木物种及森林的分布将发生很大的变化。然而，制约树木和森林分布的气候因子间的相关性及其它环境因子都可能随气候变化而改变。所以，尽管这些模型对当前气候－植被间关系的模拟与实际相当吻合，但对未来气候变化情形下物种与森林的预测则不一定适用，即仅仅从气候因素的变化来预测未来树木和森林的分布有其局限性和主观性。

2．2 忽略了不同物种之间的竞争机制

自然界不同的物种都是互相影响互相依存的，每一个物种通过对资源的竞争占据着生态系统内相关的时间和空间位置。当一个物种暴露在新的气候条件下，往往可能改变其原有的竞争组合，而与其他物种形成新的竞争关系。因此随着气候的变化，实际生态位也将随着不同物种竞争组合的变化而发生改变。而生态系统的演替和发展正是这种不同物种间相互竞争的结果。由此可见，物种间的竞争在生态过程中起着重要的作用。但是现有气候变化模拟的预测缺乏对物种竞争的了解，很难真实地反映未来树木和森林的分布状况。

2．3 缺乏对极端气候事件的考虑

目前所采用的气候指标都是年平均变化，而很少或没有考虑其季节变化和极端气候事件。但是，未来全球气候变暖却可能会使极端高温和寒冷的频度和强度加大以及气候的季节波动更为明显，而极端高温或低温对很多物种来说可能是致命的。火灾和虫灾的频繁发生将对温带森林景观的演替和发展造成严重的干扰和破坏，导致出现一些偏途演替群落，甚至造成森林景观的消失;而飓风和热带风暴对于热带雨林来说其破坏力是巨大的，它们对雨林生态系统结构的改变往往起着决定性作用。然而，现在模型预测的研究却很难对这些极端气候事件作出评估。

2．4 缺乏森林自身变化对气候变化的反馈

森林与气候之间通过陆地表面与大气间的物质、能量和水分的相互交换而互为影响。森林的变化可能对气候产生反馈:首先，森林碳循环的改变，可能使森林成为大气中CO2的源或汇，造成大气中CO2浓度升高或降低，从而进一步加强或削弱全球变暖趋势;其次，森林结构和分布的变化将改变地表原有的反射率和全球的水循环模式。因此，森林的变化将对气候的变化产生一定的影响，而气候的变化又进一步影响到森林的结构和功能，这种相互作用非常复杂。

2．5 缺乏森林生态系统对全球气候变化反应机制的认识

温度对光合和呼吸的即时、短期和直接的影响已被相对深入的了解，并被大部分所谓的经验预测模型所采用。但越来越多的实验表明，不同植物种、功能群和同一植物在不同生源环境下对温度升高表现出不同的适应模式。在生态系统中光合和呼吸两个组分均涉及一系列化学、生理和物理过程，并通过系统的物流、能流和信息流耦合在一起。由于生态系统组分过程各自的特点以及过程之间复杂的相互作用和反馈，导致整个生态系统对气候变暖响应的时空变异和在估价碳平衡上的不确定性。

2．6 模型及数据的不完善性

对未来的预测，多是在模拟状况下进行的，因为模型是自然的近似，在一定程度上就不能很准确地表达生态系统的真实变化过程，所以模型模拟的结果也就不可能完全与实际状况相符合，总有一定的误差。同时，在调查气象数据的差值过程中，没有考虑或很少考虑观察台的空间分布不均及海拔高度对数据的影响等问题，也会使模拟结果有失客观。此外，生态系统本身也存在一些不确定性:研究CO2浓度升高对森林系统的影响中，还很难区分气候变暖的影响到底占多大比重，不同群落、树种对温度变化反馈的差异还不能定量的区别，当前的预测模拟很少或者很难界定物种的耐性、迁移能力、迁移速率以及迁移障碍等因素对物种的影响等。

3 思考与建议

(1)利用森林资源清查系统、重点工程社会经济效益监测系统等监测平台，开展森林气候影响综合监测，为制定森林适应气候变化相关政策提供坚实的信息基础。我国已有的森林资源清查系统可以成为很好的观测气候变化对森林影响的重要平台，林班和林分水平的监测可以确定一项具体的经营措施是否有效，国家层面的监测可以实现许多目标，如碳核算;重点工程社会经济效益监测则可以通过分布在不同重点工程的企业、职工和农户监测点，观测森林和林区人口适应气候变化的过程及需要的政策支持等。

(2)增加基础设施投资，提高森林抵御暴风雨、火灾、病虫害的能力。根据目前的气候模拟，全球范围内所有气候带、所有地区遭受暴风雨、火灾和病虫害袭击的频率和强度都会增强。要防范这些灾害，就需要在地区和国家层面上建立广泛的通讯和监测网络，在地方层面上加强具体的管理措施(如控制性林火燃烧、卫生伐等)，加强基础设施(通讯网络、瞭望塔、道路网)培训和设备方面的投资。

(3)加强森林适应气候变化的自然科学、社会科学、人文科学综合研究，较好地把握气候变化的规律，更好地为决策服务。气候与森林的作用是双向的，气候变化影响着森林，森林对气候也产生一定的反馈作用，所以要做好双向研究。在社会科学方面，重点研究领域包括气候变化敏感地区森林资源与生态服务变化及其对区域经济的影响，森林生产力变化对农户生计的影响，气候变化对林业重点生态工程的综合影响，气候变化对木材及林产品供给的市场影响等。

(4)加强森林经营水平，提升应对气候变化的能力。首先是保持森林面积。即呼吁减少毁林和森林退化，大力植树造林，减少生物多样性长期持续的损失;其次是促进生物多样性的自然适应。通过设计适当的森林经营方案支持生物多样性适应气候变化，可以采取景观层面的森林经营措施使物种自然迁移到更适合的气候中，建立自然保护区，使森林生态系统在没有人为管理和增加景观连接的情况下，自然地适应气候变化;第三是保持森林生态系统生产力。要加强森林基因研究，加快研究人工林适应气候变化的能力，科学制定森林采伐限额等;第四，发展碳汇造林项目。减少森林排放和森林碳汇都可以降低大气CO2增长的速度。建议在亚热带和热带地区集中进行碳汇造林，而在北温带由于造林和再造林将减少光的反照率进而造成大气变暖使得碳汇效果降低，需要慎重。

(5)组织力量总结研究我国林业重点工程建设对应对气候变化的定量贡献，并向国际宣传，进一步增强我国气候谈判的林业影响力。

(编辑:温武军)

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