森林樹種分佈變化研究取得進展

中科院之聲2019-03-20 12:17:42

大量數據證實氣候變化已經導致樹種分佈向高緯度和高海拔方向遷移。但近來研究表明這種遷移過程緩慢,很可能趕不上氣候變化的速率,這將導致樹種局部或完全滅絕,影響森林分佈和結構,進而導致森林生物多樣性喪失和生態系統功能的衰退。森林樹種遷移及分佈變化受多尺度過程的影響。在區域尺度上,決定樹種分佈的主要是氣候;在景觀尺度上(幾百米到幾千米空間範圍),種子擴散和干擾等是影響局地的樹種組成、生長與死亡的主要空間動態過程;在林分尺度上,種羣動態和競爭是影響局地樹種生長與死亡的主要生物過程。目前的樹種分佈變化的研究主要考慮了區域尺度氣候等環境因素對樹種分佈的影響,但忽視或簡化了林分尺度與景觀尺度過程,將導致未來樹種遷移及分佈變化的預測有很大的不確定性。


中國科學院東北地理與農業生態研究所景觀生態過程學科組研究人員結合森林調查數據、土地利用數據、土壤數據及氣候變化預測數據,利用森林景觀過程模型(LANDIS PRO)和生態系統過程模型(LINKAGES)預測了30個樹種在未來300年內的分佈變化,明確樹種分佈在未來的變化規律,量化了種羣動態過程、森林採伐、氣候變化及其交互作用的相對重要性以及影響樹種分佈變化的重要的生物屬性。


研究發現大部分的北方、廣分佈及少數南方樹種的分佈面積將縮減,大部分的南方樹種的分佈面積將擴張;種羣動態是影響樹種分佈變化最重要的過程;在短期和中期,採伐的作用比氣候變化的作用大,但在長期,氣候變化的作用比採伐的作用大,採伐和氣候變化有交互作用,採伐將加速由氣候變化導致的分佈面積縮減(特別是北方樹種)和分佈面積擴張(特別是南方樹種);樹種生物屬性如繁殖能力、成熟時間、擴散能力對未來樹種分佈變化起重要作用。該研究強調了在氣候變化下,種羣動態和採伐對提高未來樹種分佈預測起到很重要的作用,在理論上把影響樹種分佈的多尺度過程納入對氣候變化響應的預測,完善了樹種分佈預測的模型理論,提高了預測的真實性;在應用上為資源管理和物種保護提供理論基礎,也為制定適應氣候變化的策略提供科學支撐。


該研究由東北地理所研究員王文娟(第一和通訊作者)、美國農業部林署研究員Frank R. Thompson和密蘇里大學教授Hong S. He等合作完成。相關研究成果發表在生態學領域期刊Journal of Biogeography 和Science of the Total Environment上。研究得到中科院百人計劃項目資助。


 

圖1. 結合區域、景觀和林分尺度過程的樹種分佈耦合模擬方法


  

圖2. 樹種(以white oak 為例)在2050年、2100年和2300年的定殖率(colonization rate, top left)及滅絕率(extinction rate, bottom left)以及樹種在2300年的空間分佈變化(right)


 

圖3. 種羣動態、採伐、氣候變化及其交互作用對樹種(以white oak 為例)分佈變化的相對貢獻


來源:中國科學院東北地理與農業生態研究所


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