全球氣候變化對(duì)森林的影響與啟示

曾子航

十九世紀(jì)以來， 人類活動(dòng)與碳排放導(dǎo)致全球氣候劇烈變暖， 全球平均氣溫升高了0.8?1.3℃， 且在當(dāng)前碳排放下， 本世紀(jì)末期將提高至2.1?3.5℃。中國作為世界上最大的發(fā)展中國家、全球第二大經(jīng)濟(jì)體， 把“碳達(dá)峰、碳中和”納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局， 彰顯了我國積極應(yīng)對(duì)氣候變化、走綠色低碳發(fā)展道路、推動(dòng)全人類共同發(fā)展的堅(jiān)定決心。森林，作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的最重要組成之一， 在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡與地表系統(tǒng)碳循環(huán)中具有重要地位?！笆濉逼陂g我國積極推進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)， 森林面積持續(xù)增加， 森林質(zhì)量穩(wěn)步提升。第九次全國森林資源清查顯示， 全國森林面積2.20億公頃， 森林蓄積量175.6億立方米， 森林儲(chǔ)碳量91.86億噸。明確氣候變化條件下對(duì)森林帶來的影響以及如何經(jīng)營管理， 對(duì)“碳中和”目標(biāo)的保駕護(hù)航至關(guān)重要。

一、氣候變化對(duì)全球森林的影響

全球氣候變化由溫室氣體大量排放所引起， 主要表現(xiàn)在大氣CO2濃度與大氣溫度的上升。從工業(yè)革命以來， 大氣CO2濃度已上升超過125 ppm， 全球地表平均溫度升高了1.07 ℃。大氣CO2濃度升高能夠提高植物的光合作用效率與水分利用效率， 促進(jìn)植被生長。但對(duì)于森林， 該促進(jìn)作用隨著林齡的升高而逐漸減弱， 高CO2濃度可以加速種子的成熟與發(fā)育， 也可以促進(jìn)幼齡林與中齡林的生長， 而對(duì)成熟林分的影響卻十分微弱。升溫會(huì)改變植物的生長季長度以及生長分布范圍， 也會(huì)對(duì)植物光合作用產(chǎn)生不同程度的影響。對(duì)于熱帶或干旱地區(qū)的森林， 大氣溫度上升導(dǎo)致水氣壓虧缺（VPD）呈指數(shù)上升， 從而使氣孔關(guān)閉并限制光合作用， 導(dǎo)致植物生長速度減低、死亡率升高; 而對(duì)于溫帶以及北方森林， 大氣溫度上升通常會(huì)引起樹木光合作用增強(qiáng)、CO2凈同化率提高， 從而提高森林生產(chǎn)力。此外， 樹木自養(yǎng)呼吸消耗的凈光合產(chǎn)量比例在40-75%之間， 而溫度的升高也會(huì)增大這一占比。根據(jù)模型預(yù)測(cè)， 當(dāng)全球升溫達(dá)2℃時(shí)， 溫度對(duì)光合作用的促進(jìn)作用將增強(qiáng)， 全球森林生產(chǎn)力進(jìn)一步提升; 而當(dāng)全球升溫達(dá)4℃時(shí)， 高溫會(huì)促進(jìn)呼吸作用強(qiáng)于光合作用， 森林生產(chǎn)力降低。

除了溫度升高之外， 氣候變化還會(huì)引起颶風(fēng)、火災(zāi)、干旱、洪水等極端事件的頻率與程度的提升。這些自然干擾在全球范圍內(nèi)很可能會(huì)抵消升溫和CO2濃度升高對(duì)森林生長的促進(jìn)作用。嚴(yán)重的干旱可脅迫樹木出現(xiàn)水力失敗與碳饑餓， 降低森林生產(chǎn)力并導(dǎo)致樹木死亡。當(dāng)全球升溫達(dá)2℃和4℃時(shí)，將導(dǎo)致全球森林死亡面積分別提高22%和140%。強(qiáng)風(fēng)事件會(huì)在不同程度上對(duì)樹木造成損傷、對(duì)森林結(jié)構(gòu)造成干擾， 并且在氣候變暖的情況下， 林木生長速率加快可能會(huì)表現(xiàn)為對(duì)風(fēng)災(zāi)的抵抗力變?nèi)酢４送猓?干旱、颶風(fēng)可能會(huì)間接導(dǎo)致昆蟲和病菌的爆發(fā)， 并增加火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。其中，對(duì)于溫帶與北方地區(qū)， 氣候變化將會(huì)通過延長火災(zāi)季節(jié)、創(chuàng)造更干燥的燃燒條件等增加火災(zāi)的頻率， 使森林面積損失程度進(jìn)一步加大; 對(duì)于熱帶地區(qū)， 火災(zāi)也會(huì)導(dǎo)致土壤碳氮大量損失， 導(dǎo)致森林生產(chǎn)力下降。

二、全球氣候變化對(duì)我國森林的影響

得益于生態(tài)修復(fù)工程與造林工程， 我國森林面積在近幾十年中持續(xù)增長， 陸地生態(tài)系統(tǒng)的總生產(chǎn)力提升超過30%。然而， 我國受到季風(fēng)氣候的主導(dǎo)， 區(qū)域與季節(jié)間氣候差異明顯， 是全球氣候變化的敏感區(qū)和影響顯著區(qū)。中國氣候變化藍(lán)皮書（2021）表示， 在過去六十年中， 我國平均溫度增加了1.5℃， 升溫速率明顯高于同期全球平均水平：東北中北部、西北中部、內(nèi)蒙古地區(qū)以及西藏西北部地區(qū)平均升溫最高（2.0?3.0 ℃）， 華北、東部沿海以及新疆中部地區(qū)其次（1.0?2.0 ℃）， 而華中西部、華南西部以及西南地區(qū)最低（0?1.0 ℃）。此外， 我國年降水量整體呈增加趨勢(shì)， 但不同區(qū)域之間存在差異： 東北中北部、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顯的增加趨勢(shì)， 而東北南部、華北東南部、黃淮大部、西南地區(qū)東部和南部、西北地區(qū)東南部年降水量呈減少趨勢(shì)。

在全球變暖過程中， 我國受溫度和降水上升的影響， 森林總生產(chǎn)力呈現(xiàn)為上升趨勢(shì); 但在未來，隨著全球進(jìn)一步升溫以及局部地區(qū)干旱加劇， 總生產(chǎn)力的增長將停止甚至負(fù)增長。在過去60年間， 我國不同生態(tài)區(qū)森林生產(chǎn)力對(duì)氣候變化的響應(yīng)呈現(xiàn)出三種模式：（1）華北、華中西部以及東北南部地區(qū)的森林生產(chǎn)力下降——水分承載能力有限， 生產(chǎn)力受降雨量減少的制約而降低， 并且升溫加劇了水分的限制作用; （2）華中、華南以及西南地區(qū)大幅增長——水資源充足， 其生產(chǎn)力的提高主要受升溫的主導(dǎo)， 甚至隨著降水的減少森林生產(chǎn)力會(huì)進(jìn)一步提高; （3）東北中北部、青藏高原以及西北部分地區(qū)的森林生產(chǎn)力小幅增長——受水熱條件的共同約束， 溫度升高與降雨量增加共同主導(dǎo)了森林生產(chǎn)力的提高。在未來， 全球變暖會(huì)加重我國不同地域間的干旱， 東北、華中、華南以及西南地區(qū)面臨的干旱概率上升， 并因此限制森林生產(chǎn)力。研究表明， 當(dāng)全球升溫達(dá)1.5℃時(shí)， 溫度對(duì)大興安嶺地區(qū)森林的促進(jìn)作用將消失， 且受干旱與火災(zāi)的影響， 總生產(chǎn)力將會(huì)出現(xiàn)下降; 在華南和西南地區(qū)， 溫度升高與降雨模式的變化將導(dǎo)致地域間的季節(jié)性干旱， 森林死亡風(fēng)險(xiǎn)升高， 并限制森林生產(chǎn)力的增長。

氣候變化也極大程度地增強(qiáng)了我國極端自然事件的發(fā)生， 如火災(zāi)、病蟲害、颶風(fēng)等， 使我國面臨著日益嚴(yán)峻的森林退化與死亡風(fēng)險(xiǎn)。其中， 火災(zāi)是我國森林損失的最主要因素， 平均每年火災(zāi)面積接近40萬公頃， 主要集中在南方和西南地區(qū)的亞熱帶闊葉林（頻率高但程度弱）與東北地區(qū)的溫帶與溫帶落葉針葉林（頻率低但程度高）。在全球持續(xù)變暖的情況下， 我國森林火災(zāi)的發(fā)生概率與程度將出現(xiàn)升高， 東北地區(qū)的頻率上升， 而南方地區(qū)的范圍擴(kuò)大。對(duì)于病蟲害， 氣溫升高以及降水模式的改變會(huì)為部分病原體與森林害蟲提供更加適宜的生境， 例如病菌所引起的葉枯病在我國南方熱帶和亞熱帶森林中呈上升趨勢(shì)， 而由松材線蟲引起的松枯萎病在我國北部和西部地區(qū)的發(fā)生概率同樣升高。

三、應(yīng)對(duì)全球氣候變化的森林經(jīng)營管理措施

森林碳匯是緩解氣候變暖影響的重要戰(zhàn)略。但在氣候變化下， 森林很容易成為碳源而不是碳匯， 火災(zāi)、害蟲或干旱等自然干擾機(jī)制會(huì)影響主要的森林功能、生產(chǎn)和穩(wěn)定性。而通過采取多措施的經(jīng)營管理， 可以促進(jìn)森林中的生物量和碳積累的增加：

（1）樹種組成

隨著樹種多樣性的增加， 森林生產(chǎn)力將持續(xù)提高?；旌衔锓N森林通常具有更高的碳儲(chǔ)存能力。同樣， 由于促進(jìn)了樹種間的互補(bǔ)性、增強(qiáng)了植物空間資源利用能力， 單位面積生產(chǎn)力通常較單一林分更高。

（2）輪伐期長度

在林分發(fā)育的未成熟和成熟階段， 森林持續(xù)固碳; 但在成熟或過熟階段， 森林碳存儲(chǔ)可能會(huì)逐漸減少。因此，可以通過調(diào)整輪伐期長度， 以便在獲得其他林產(chǎn)品或林業(yè)服務(wù)的同時(shí)， 最大化森林碳匯。輪伐期越長， 最終收獲木材碳儲(chǔ)量在林分中總碳儲(chǔ)量的比例越高， 但單位時(shí)間的固碳效率降低， 應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際樹種、立地條件以及培育目標(biāo)對(duì)輪伐期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。例如， 對(duì)于立地質(zhì)量較差的林分， 可通過延長輪伐期達(dá)到與優(yōu)良立地下相同的培育目標(biāo)。但若輪伐期過長， 樹木死亡率提高， 將可能會(huì)增加擾動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)， 從而導(dǎo)致火災(zāi)、害蟲和病原體的爆發(fā)。

（3）間伐

通過間伐對(duì)林木密度進(jìn)行管理是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)目標(biāo)的最重要撫育措施之一。間伐能夠減少林木間競(jìng)爭(zhēng)以提高森林結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并改善森林健康， 也能夠在早期階段獲得木材， 并增加剩余林木的尺寸和價(jià)值， 以最大限度地提高碳匯。

（4）森林保護(hù)

通過減少森林砍伐和退化來保護(hù)森林， 尤其在容易受環(huán)境脅迫的熱帶與干旱地區(qū)， 是保存森林碳儲(chǔ)量的最有效的短期戰(zhàn)略。避免森林砍伐與退化能夠有效維持森林中碳的存貯與固定、保護(hù)區(qū)域的生物多樣性并降低森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的脆弱性。

（5）植樹造林

近幾十年來， 通過退耕還林與人工造林， 我國森林面積增加居全球第一。人工林對(duì)森林碳匯的影響因人工林用途、類型、目標(biāo)和管理而異。例如， 作為生態(tài)環(huán)境保護(hù)的防護(hù)林對(duì)碳匯的作用有限， 而用于生產(chǎn)能源與木材的人工林是一種更好的碳匯策略。

（6）極端事件預(yù)防

全球氣候變化帶來更加劇烈的自然干擾， 例如火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)或洪水破壞， 可能在局部和全球范圍內(nèi)造成森林地區(qū)的巨大損失。這些干擾可以通過人為對(duì)抗在短期內(nèi)及時(shí)消除， 如對(duì)病蟲害受災(zāi)林地及時(shí)噴灑藥物、對(duì)森林火災(zāi)及時(shí)撲滅; 也可以通過長期的森林經(jīng)營與管理逐漸減弱或消除隱患， 如改善樹種群落空間結(jié)構(gòu)以防止風(fēng)災(zāi)受損、避免森林地被物的過度積累降低火災(zāi)概率等。目前來說， 森林災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)已較為成熟， 低成本的遙感影像技術(shù)可在大尺度區(qū)域廣泛應(yīng)用， 而無人機(jī)與激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)在小范圍地區(qū)實(shí)施精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。加強(qiáng)現(xiàn)有森林病蟲害及火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警能力、加密建設(shè)森林火災(zāi)及病蟲害監(jiān)測(cè)站，將有助于構(gòu)建與完善森林受災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)。

（本文作者單位系北京林業(yè)大學(xué)）