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全球气候变化及其区域响应已经成为当前地理学和生态学的重要研究方向,森林生态系统作为陆地生态系统中最重要、最复杂的生态系统,气候变化和人类活动共同影响着森林生态系统的结构和功能。中国南方地区拥有全球最大面积的亚热带森林,其中人工针叶林占41%,该区域是我国重要的人工林区和亚热带常绿阔叶林保护区,不仅承担着木材生产任务还具有重要的生态功能。但目前人工林面临着结构单一、生产力低、生产和生态功能不可持续等问题。亟需通过合理的森林管理优化森林结构、提升森林功能,达到适应气候变化、实现森林可持续经营的目标。 本研究结合PnET-Ⅱ和LANDIS-Ⅱ模型,首先模拟不同采伐变量对森林结构和地上生物量(AGB)的影响,评价森林对不同采伐变量的响应差异;在此基础上,研究不同森林经营管理理念下森林AGB与木材生产的权衡关系;最后,模拟未来100年(2009~2109年)气候不变、RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,泰和县森林地上净初级生产力(ANPP)、物种建立系数(SEP)和AGB的动态变化特征,提出能够适应气候变化和森林可持续经营的定量化森林分类经营管理模式。主要结论: (1)采伐变量对森林的影响差异明显,采伐年龄对森林面积和AGB的影响相对较小;采伐频率对面积和AGB有较大影响,采伐频率过高会导致幼龄林面积增加,森林年龄结构不合理;采伐斑块面积对森林面积影响很小,但采伐斑块面积较大会造成AGB降低;采伐面积比例是采伐变量中对森林影响最大、最重要的变量,随着采伐面积比例的增加,森林总面积和生物量均呈现递减趋势。 (2)基于森林经营管理理念设计的采伐情景中,木材生产情景(TP)森林面积减少最大;无采伐情景(NH)和伐后种植情景(PO)森林面积变化不大;森林分类经营情景(CFM)森林面积减小幅度小于TP情景。促进森林更新情景(FR)下森林整体的年龄结构最为均衡;TP、PO情景下,平均年龄小于30年的林地面积占比例最高;CFM情景中在人工林提供木材生产的同时,天然林中仍有大部分保证了森林的自然更新和生长,能够使森林生物量相对稳定的状态。此外,研究结果表明人工种植措施对于森林面积恢复和森林生物量的积累有重要的促进作用。 (3) CFM情景在未来100年的模型模拟过程中,能够较好的权衡森林生产功能(以木材生产量代表)和森林生态功能(以AGB代表)之间的关系使其权衡值较低达到水平,有利于人工林在保障能够获取经济效益的同时,适应当前全球变化背景下对森林固碳释氧、提供水源、保持土壤、生物多样性保护等生态功能的进一步要求。 (4)相比于当前气候条件,RCP2.6和RCP4.5情景下,研究区森林ANPP、SEP和AGB均呈升上趋势,RCP4.5情景下增加幅度最高,说明RCP4.5情景更加适宜研究区森林生长,促进森林生物量积累。RCP8.5情景由于气候变化幅度增高,在模拟的后半段,森林SEP和ANPP出现下降趋势,尤其是落叶阔叶林和针叶林;且其前期表现为促进AGB积累,但是后期气候条件超出树种生长的适宜条件,表现为减少AGB积累,这与ANPP和SEP的结果具有一致性。 (5)未来气候变化使研究区森林AGB增加,但对木材生产的影响很小,木材生产量主要受森林管理策略控制;森林生态系统通过采伐进行木材生产,采伐强度的增加使森林AGB大幅度降低,森林管理对森林AGB的影响远远超过了气候变化。结合气候变化的影响,利用气候变化给泰和县森林带来的潜在好处是非常重要的适应气候变化的措施,因此在不同气候情景下,AGB与木材生产量的权衡关系分析结果表明中等强度的森林分类经营管理是适应气候变化、实现森林生态功能和生产功能双赢的最佳选择。