气候变化对东北森林林分最大生长空间和主要树种建群概率影响的模拟研究

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东北森林是我国三大林区之一,森林资源丰富,是我国重要的木材培育基地,温带阔叶林、针阔混交林和寒温带针叶林是该区的典型林型。东北森林处于中高纬度地区,与低纬度地区相比,该区域的气候变化更为显著。已有研究表明,气候变暖将会提高温度受限区域的森林地上生物量,促进适应未来气候条件树种的定植,但同时可能会降低温度不受限区域森林地上生物量,加速不适应未来气候树种的衰退,从而影响森林环境承载力和树种分布。然而气候变化将如何影响东北森林的林分环境承载力(最大生长空间)和树种潜在分布(建群概率)尚不清晰,因此气候变化是否提高了林分最大生长空间、提高了哪些树种的建群概率、降低了哪些树种的建群概率亟需回答。此外,气候变化对森林结构与分布的影响存在区域差异,气候变化是否加剧了气候变化对林分最大生长空间和树种建群概率影响的区域差异、及温度和降水对其影响的相对贡献等问题仍不清楚。解析气候变化对森林环境承载力和树种潜在分布的影响,有助于理解东北林区森林对气候变化的响应规律,也为相关部门制订针对气候变化的森林管理策略提供科学依据。本文以东北森林地区为研究对象,选取现行气候条件和第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中的高分辨率GCMs模型MRI-CGCM3预测的三个典型浓度路径RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5作为未来气候变化情景,并结合环境变量数据和森林调查数据,利用森林生态系统过程模型LINKAGES v3.0评估了未来气候变化对我国东北森林林分最大生长空间和17个主要树种建群概率的影响,解析了其区域差异性,量化了温度和降水对林分最大生长空间和树种建群概率变化的相对贡献,主要得出以下结论:(1)气候变化总体上将降低东北森林最大生长空间,但具有显著区域差异性,其中气候变化降低了长白山和小兴安岭地区森林的林分最大生长空间,而增加了大兴安岭地区森林最大生长空间。同时,气候变化扩大了东北林区森林的最大生长空间的区域差异性,其中长白山地区森林最大生长空间的下降幅度比小兴安岭地区大。此外,不同气候变化情景下森林最大生长空间相差不大。(2)在未来气候变化情景下,影响森林最大生长空间的主导气候因素由降水转为温度。在现行气候条件下,降水的相对贡献率为60%,温度为40%;而在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,降水的相对贡献率分别为34%,33%,38%,温度的相对贡献率分别为66%,67%,62%。(3)气候变化对树种建群概率有较大影响,且具有明显的种间差异和区域差异。因为现行气候条件下落叶松、樟子松、云杉、冷杉、钻天柳和枫桦等树种已经接近生存适应的临界状态,因此未来气候变化将会降低这些树种的建群概率,但将会提高蒙古栎、白桦、山杨、色木槭和红松的建群概率,而未对紫椴、春榆、水曲柳、胡桃楸、黄檗和黑桦产生显著影响。同时,气候变化将扩大紫椴、云杉、白桦、春榆、红松、枫桦等树种建群概率的区域差异,而未对蒙古栎、落叶松、山杨、色木槭、黑桦、樟子松、水曲柳、胡桃楸、冷杉、黄檗、钻天柳等树种建群概率的区域差异产生显著影响。(4)在未来气候变化情景下,影响树种建群概率的气候要素的相对贡献存在种间差异。温度是影响落叶松、紫椴、黑桦、樟子松、胡桃楸、枫桦、冷杉和黄檗等树种建群概率的主导因素,其相对贡献在60%-95%之间;而降水是影响红松、水曲柳和钻天柳建群概率的主导因素,其相对贡献在65%-97%之间;未来气候变化下,白桦、蒙古栎和云杉等树种建群概率的主导因素由降水变为温度,而色木槭和春榆建群概率的主导因素由温度转变为降水。
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