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气候变暖对北半球中高纬度地区有重要影响已是不争的事实,而由于温度上升而降水量变化不大而引起的部分地区暖干化趋势,则引起对地区水量平衡的关注。本研究正是基于这样的背景,以浑河上游森林为研究对象,综合运用遥感影像、空间精确景观模型LANDIS6.0以及区域水文模型DHSVM3.0,观测并分析气候因子对森林动态变化的影响,并预测不同气候条件下以及不同管理政策对森林格局的影响。在此基础上,分析不同森林景观格局对浑河上游地区径流量的影响,以求在气候呈现暖干化趋势的背景下,探索有利于地区水量平衡的森林景观格局,为地区生态系统可持续发展提供科学管理依据。
对2000-2009年MODISNDVI与气候因子温度和降水关系的分析,结果表明以下四点。(1)温度是研究区森林生长的限制性因子。(2)气候因子对森林动态变化的影响具有一定的滞后性。研究区森林夏季平均NDVI以及各优势树种夏季平均NDVI与上季均温的相关系数明显大于与当季均温的相关系数。春季温度对夏季NDVI增长存在一定的滞后性影响。研究区域中植被秋季的生长在一定程度上受到夏季温度和降水综合作用的影响。(3)冬季升温对森林NDVI的影响较其他季节升温影响大,冬季各优势树种平均NDVI增长率高于其他季节平均NDVI增长率。(4)阔叶树对升温的反应更为敏感,在春季和冬季,阔叶树平均NDVI增长率比针叶树平均NDVI增长率高。
利用森林景观模型LANDIS预测不同气候和不同管理政策对浑河上游森林动态变化的影响。(1)尽管不同气候条件下,森林自然演替都是缓慢的向本地区顶级群落阔叶红松林演替。但是,在现行气候条件下红松的面积百分比从开始的4.16%上升到19.53%,蒙古栎面积百分比则由44.81%下降到30.94%。而在气候变暖条件下,红松的面积百分比仅上升到16.63%,而蒙古栎面积百分比仅下降为38.74%。这表明红松在本研究区的竞争力下降而蒙古栎的竞争力上升。(2)无论是在现行气候条件下还是在气候变暖条件下,红松的种植效率都随种植强度的上升而下降。而同一种植强度,在气候变暖的条件下,由于红松在本研究区的竞争力下降,从而导致红松的种植效率下降。(3)因此,鉴于气候变化的不确定性和投入的有效性,本研究建议30%红松种植强度适宜本地区生态恢复。因为从长远来看,在现行气候条件下,该种植强度能促进红松成为主要优势树种,而又不会过多的抑制其他树种,如蒙古栎。而在气候变暖条件下30%红松种植强度,不会促使红松在300年内成为本地区占绝对优势的树种,从而为蒙古栎的生存提供更多空间,增强本地区森林生态系统对气候变化的适应性。
利用DHSVM3.0研究不同森林景观格局下浑河上游径流量的影响,结果表明(1)初始森林景观格局下的年均径流量最大,而演替到第300年的各个森林景观格局下的年均径流量都比初始森林景观格局下的年均径流量小。这表明森林演替会引起年均径流量的下降。另外随着红松种植强度加大,红松所占面积比例越大的森林景观,其年均径流量也越小。(2)森林的演替能调节河川洪峰、枯水期及季节性平均径流量,森林的向前演替提高了枯水季节稳定补给河道的径流量的能力。虽然历史森林演替表明本地区的顶级群落为阔叶红松林,但是通过LANDIS模拟,我们也发现在气候变暖的情境下,蒙古栎与红松在本地区的生存机会发生了转交。而有研究表明蒙古栎对水分的利用状况更适应于暖干化的气候,因此很可能更有利于地区的水量平衡。因此,考虑到地区水量平衡问题,我们同样建议使用较为保守的生态恢复政策30%的红松种植强度。