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气候变暖在全球范围内影响着森林生态系统的结构和功能及其自然干扰状况,如森林树种组成、年龄结构、景观格局、生物量以及林火等,尤其是北方森林地区。气候变暖不仅直接影响着森林景观,还通过改变火等自然干扰来影响森林景观动态。对于大兴安岭森林而言,其生态系统特征与其它地区的北方森林相似,对气候变暖响应敏感,火是驱动其森林演替的主导因素。另一方面,采伐是影响森林景观最重要的人为干扰之一,其已较大程度地改变了大兴安岭森林的树种组成和年龄结构。为了维持该地区森林的可持续发展以及其生态功能和社会经济效益,从2000年开始实施“天然林保护工程”,将以皆伐为主的采伐方式改为以生态效益为主的抚育伐,但“天然林保护工程”的效果尤其是中长期效果如何,值得深入探讨。在气候变化背景下,量化气候变暖、火和采伐对森林景观的影响,是管理者制定合理的森林经营管理方案以缓和气候变暖的不利影响及维持森林生态功能和社会经济效益的基础。然而,森林生态系统受气候变暖、火和采伐等及其相互作用的影响,为了可靠地预测森林景观的未来变化,我们借助于森林景观模型(LANDIS)来研究气候变暖、火和采伐对森林景观的影响。
本研究以大兴安岭呼中林区为研究对象,模拟了现行采伐方案下,呼中林区可采伐木材量及树种组成的变化,探讨了采伐对森林景观的影响。采用林窗模型LINKAGES与森林景观模型LANDIS相耦合的方法,通过LINKAGES模型在立地尺度上反映气候变暖对树种的直接影响,通过改变火发生频率和火烧面积作为气候变暖对森林景观的间接影响,模拟了气候变暖对研究区森林组成、森林景观格局和森林生物量的影响。量化了气候变暖、火和干扰对呼中林区森林树种组成、年龄结构和景观格局动态变化的相对贡献,进而阐明了气候变暖和采伐在景观尺度上对大兴安岭森林的影响的有关问题。得出以下主要结论:
(1)实施“天然林保护工程”有助于研究区内的木材可持续生产。随模拟时间,可采伐的木材总量显著增加;主要采伐树种如兴安落叶松和白桦的可采量同样显著增加,尤其是白桦可采伐量增加幅度最大。现行采伐方案在短期和中长期内均能完成其采伐目标,但采伐到的木材的树种组成可能有所变化。现行采伐方案对森林树种组成、年龄结构和景观格局均有较大影响。研究区内的兴安落叶松仍保持其绝对优势的地位,采伐改变了森林的年龄结构,我们可以通过改变要采伐的树种的年龄在景观尺度上改变森林的年龄。采伐将使得森林景观的多样性增加,森林景观破碎化程度加大。
(2)气候变暖将改变研究区森林的生长和分布。气候变暖将改变森林的树种组成和年龄结构,景观格局以及森林生物量。2种气候变暖情景下(B1情景和A2情景),研究区的森林生物量均有增加,森林景观的多样性和破碎程度均将增加。较小幅度的气候变暖(B1情景)生物量增加幅度较小,森林组成中阔叶树比例增加,但兴安落叶松保持其绝对优势地位;较大幅度的变暖(A2情景)将可能会从根本上改变研究区的森林景观如森林组成将由以针叶树为主转变为阔叶树为主,森林生物量增加幅度较大。
(3)气候变暖、火和采伐对研究区森林景观有显著影响。气候变暖的直接影响具有滞后性,气候变化对大多数树种分布面积和多数年龄等级的树种分布面积的直接影响随模拟时间而增大,且其影响随树种和年龄的变化而变化。气候变暖是导致山杨、甜杨和钻天柳3个阔叶树种的分布面积增加的主要因素;采伐是影响兴安落叶松和白桦2个树种分布面积变化的主要因素,火是影响樟子松、偃松和云杉3个树种分布面积变化的主要因素。气候变化对森林年龄结构的直接影响不如火和采伐重要。火是影响处于中期阶段的树种分布面积的主要因素,采伐是影响处于建群(0-40年)和老龄阶段(>180年)的树种分布面积的主要因素。采伐和火对森林景观格局的影响远大于气候变暖的直接影响。采伐加剧了研究区针叶树种的衰退、阔叶树种的增加以及森林景观的破碎化。气候变暖背景下,采伐仍将是影响本区森林景观最重要的因素。