全球气候变化对森林的影响与启示

曾子航

十九世纪以来， 人类活动与碳排放导致全球气候剧烈变暖， 全球平均气温升高了0.8〜1.3℃， 且在当前碳排放下， 本世纪末期将提高至2.1〜3.5℃。中国作为世界上最大的发展中国家、全球第二大经济体， 把“碳达峰、碳中和”纳入生态文明建设整体布局， 彰显了我国积极应对气候变化、走绿色低碳发展道路、推动全人类共同发展的坚定决心。森林，作为陆地生态系统碳库的最重要组成之一， 在陆地生态系统碳平衡与地表系统碳循环中具有重要地位。“十三五”期间我国积极推进生态环境保护， 森林面积持续增加， 森林质量稳步提升。第九次全国森林资源清查显示， 全国森林面积2.20亿公顷， 森林蓄积量175.6亿立方米， 森林储碳量91.86亿吨。明确气候变化条件下对森林带来的影响以及如何经营管理， 对“碳中和”目标的保驾护航至关重要。

一、气候变化对全球森林的影响

全球气候变化由温室气体大量排放所引起， 主要表现在大气CO2浓度与大气温度的上升。从工业革命以来， 大气CO2浓度已上升超过125 ppm， 全球地表平均温度升高了1.07 ℃。大气CO2浓度升高能够提高植物的光合作用效率与水分利用效率， 促进植被生长。但对于森林， 该促进作用随着林龄的升高而逐渐减弱， 高CO2浓度可以加速种子的成熟与发育， 也可以促进幼龄林与中龄林的生长， 而对成熟林分的影响却十分微弱。升温会改变植物的生长季长度以及生长分布范围， 也会对植物光合作用产生不同程度的影响。对于热带或干旱地区的森林， 大气温度上升导致水气压亏缺（VPD）呈指数上升， 从而使气孔关闭并限制光合作用， 导致植物生长速度减低、死亡率升高; 而对于温带以及北方森林， 大气温度上升通常会引起树木光合作用增强、CO2净同化率提高， 从而提高森林生产力。此外， 树木自养呼吸消耗的净光合产量比例在40-75%之间， 而温度的升高也会增大这一占比。根据模型预测， 当全球升温达2℃时， 温度对光合作用的促进作用将增强， 全球森林生产力进一步提升; 而当全球升温达4℃时， 高温会促进呼吸作用强于光合作用， 森林生产力降低。

除了温度升高之外， 气候变化还会引起飓风、火灾、干旱、洪水等极端事件的频率与程度的提升。这些自然干扰在全球范围内很可能会抵消升温和CO2浓度升高对森林生长的促进作用。严重的干旱可胁迫树木出现水力失败与碳饥饿， 降低森林生产力并导致树木死亡。当全球升温达2℃和4℃时，将导致全球森林死亡面积分别提高22%和140%。强风事件会在不同程度上对树木造成损伤、对森林结构造成干扰， 并且在气候变暖的情况下， 林木生长速率加快可能会表现为对风灾的抵抗力变弱。此外， 干旱、颶风可能会间接导致昆虫和病菌的爆发， 并增加火灾的风险。其中，对于温带与北方地区， 气候变化将会通过延长火灾季节、创造更干燥的燃烧条件等增加火灾的频率， 使森林面积损失程度进一步加大; 对于热带地区， 火灾也会导致土壤碳氮大量损失， 导致森林生产力下降。

二、全球气候变化对我国森林的影响

得益于生态修复工程与造林工程， 我国森林面积在近几十年中持续增长， 陆地生态系统的总生产力提升超过30%。然而， 我国受到季风气候的主导， 区域与季节间气候差异明显， 是全球气候变化的敏感区和影响显著区。中国气候变化蓝皮书（2021）表示， 在过去六十年中， 我国平均温度增加了1.5℃， 升温速率明显高于同期全球平均水平：东北中北部、西北中部、内蒙古地区以及西藏西北部地区平均升温最高（2.0〜3.0 ℃）， 华北、东部沿海以及新疆中部地区其次（1.0〜2.0 ℃）， 而华中西部、华南西部以及西南地区最低（0〜1.0 ℃）。此外， 我国年降水量整体呈增加趋势， 但不同区域之间存在差异： 东北中北部、江淮至江南大部、青藏高原中北部、西北中部和西部年降水量呈明显的增加趋势， 而东北南部、华北东南部、黄淮大部、西南地区东部和南部、西北地区东南部年降水量呈减少趋势。

在全球变暖过程中， 我国受温度和降水上升的影响， 森林总生产力呈现为上升趋势; 但在未来，随着全球进一步升温以及局部地区干旱加剧， 总生产力的增长将停止甚至负增长。在过去60年间， 我国不同生态区森林生产力对气候变化的响应呈现出三种模式：（1）华北、华中西部以及东北南部地区的森林生产力下降——水分承载能力有限， 生产力受降雨量减少的制约而降低， 并且升温加剧了水分的限制作用; （2）华中、华南以及西南地区大幅增长——水资源充足， 其生产力的提高主要受升温的主导， 甚至随着降水的减少森林生产力会进一步提高; （3）东北中北部、青藏高原以及西北部分地区的森林生产力小幅增长——受水热条件的共同约束， 温度升高与降雨量增加共同主导了森林生产力的提高。在未来， 全球变暖会加重我国不同地域间的干旱， 东北、华中、华南以及西南地区面临的干旱概率上升， 并因此限制森林生产力。研究表明， 当全球升温达1.5℃时， 温度对大兴安岭地区森林的促进作用将消失， 且受干旱与火灾的影响， 总生产力将会出现下降; 在华南和西南地区， 温度升高与降雨模式的变化将导致地域间的季节性干旱， 森林死亡风险升高， 并限制森林生产力的增长。

气候变化也极大程度地增强了我国极端自然事件的发生， 如火灾、病虫害、飓风等， 使我国面临着日益严峻的森林退化与死亡风险。其中， 火灾是我国森林损失的最主要因素， 平均每年火灾面积接近40万公顷， 主要集中在南方和西南地区的亚热带阔叶林（频率高但程度弱）与东北地区的温带与温带落叶针叶林（频率低但程度高）。在全球持续变暖的情况下， 我国森林火灾的发生概率与程度将出现升高， 东北地区的频率上升， 而南方地区的范围扩大。对于病虫害， 气温升高以及降水模式的改变会为部分病原体与森林害虫提供更加适宜的生境， 例如病菌所引起的叶枯病在我国南方热带和亚热带森林中呈上升趋势， 而由松材线虫引起的松枯萎病在我国北部和西部地区的发生概率同样升高。

三、应对全球气候变化的森林经营管理措施

森林碳汇是缓解气候变暖影响的重要战略。但在气候变化下， 森林很容易成为碳源而不是碳汇， 火灾、害虫或干旱等自然干扰机制会影响主要的森林功能、生产和稳定性。而通过采取多措施的经营管理， 可以促进森林中的生物量和碳积累的增加：

（1）树种组成

随着树种多样性的增加， 森林生产力将持续提高。混合物种森林通常具有更高的碳储存能力。同样， 由于促进了树种间的互补性、增强了植物空间资源利用能力， 单位面积生产力通常较单一林分更高。

（2）轮伐期长度

在林分发育的未成熟和成熟阶段， 森林持续固碳; 但在成熟或过熟阶段， 森林碳存储可能会逐渐减少。因此，可以通过调整轮伐期长度， 以便在获得其他林产品或林业服务的同时， 最大化森林碳汇。轮伐期越长， 最终收获木材碳储量在林分中总碳储量的比例越高， 但单位时间的固碳效率降低， 应当根据实际树种、立地条件以及培育目标对轮伐期进行适当的调整。例如， 对于立地质量较差的林分， 可通过延长轮伐期达到与优良立地下相同的培育目标。但若轮伐期过长， 树木死亡率提高， 将可能会增加扰动的风险， 从而导致火灾、害虫和病原体的爆发。

（3）间伐

通过间伐对林木密度进行管理是实现经济和生態目标的最重要抚育措施之一。间伐能够减少林木间竞争以提高森林结构的稳定性并改善森林健康， 也能够在早期阶段获得木材， 并增加剩余林木的尺寸和价值， 以最大限度地提高碳汇。

（4）森林保护

通过减少森林砍伐和退化来保护森林， 尤其在容易受环境胁迫的热带与干旱地区， 是保存森林碳储量的最有效的短期战略。避免森林砍伐与退化能够有效维持森林中碳的存贮与固定、保护区域的生物多样性并降低森林生态系统对气候变化的脆弱性。

（5）植树造林

近几十年来， 通过退耕还林与人工造林， 我国森林面积增加居全球第一。人工林对森林碳汇的影响因人工林用途、类型、目标和管理而异。例如， 作为生态环境保护的防护林对碳汇的作用有限， 而用于生产能源与木材的人工林是一种更好的碳汇策略。

（6）极端事件预防

全球气候变化带来更加剧烈的自然干扰， 例如火灾、风灾或洪水破坏， 可能在局部和全球范围内造成森林地区的巨大损失。这些干扰可以通过人为对抗在短期内及时消除， 如对病虫害受灾林地及时喷洒药物、对森林火灾及时扑灭; 也可以通过长期的森林经营与管理逐渐减弱或消除隐患， 如改善树种群落空间结构以防止风灾受损、避免森林地被物的过度积累降低火灾概率等。目前来说， 森林灾害监测技术已较为成熟， 低成本的遥感影像技术可在大尺度区域广泛应用， 而无人机与激光雷达扫描系统在小范围地区实施精准监测。加强现有森林病虫害及火灾监测系统的预警能力、加密建设森林火灾及病虫害监测站，将有助于构建与完善森林受灾监测技术系统。

（本文作者单位系北京林业大学）