全球氣候變化背景下長白山森林生態系統的響應

張明旭

(通化師范學院 歷史地理系，吉林 通化134001)

森林生態系統是主要地球陸地生態系統之一，也是陸地上最為復雜的生態系統，它具有很高的生物生產力和生物量以及豐富的生物多樣性.雖然森林面積僅占陸地面積的26%，但是其碳儲量卻占整個陸地植被碳儲量的80%以上，而且森林每年的碳固定量約占陸地生物碳固定量的2/3[1-2].全球氣候變化不可避免的會影響到陸地上的森林生態系統，同時森林生態系統也會做出相應的響應.

1 研究區概況

研究區位于吉林省東南部的長白山自然保護區內，屬溫帶大陸性山地氣候，年均溫度約3.6℃，年均降水量695 mm，無霜期約140d，日照時數1800～2300 h，該區地帶性土壤為山地暗棕色森林土，主要優勢樹種為紅松、椴樹、蒙古櫟、水曲柳和色木槭等.林分為復層異齡林，林分平均高度為26 m，優勢樹種平均年齡約200 a.

2 氣候變化的趨勢及其對白山森林生態系統影響

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)第三次評估報告中指出，在全球變暖的大背景下，中國氣候也發生了明顯變化，主要表現在：近百年來，中國氣溫上升了0.4℃～0.5℃[3]；從地域分布來看， 長白山區是中國氣候變暖最明顯的地區之一；從季節分布看，長白山冬季增溫最明顯.在假定大氣二氧化碳濃度從1990年起漸進增至2100年，并考慮氣溶膠濃度變化的情景下，不同全球氣候模式對長白山氣候變化的情景預測總趨勢一致表現為：長白山將持續不斷地變暖，降水也將增加[4].由于森林與氣候之間存在著密切的關系，氣候的變化將不可避免對森林產生一定的影響.隨著全球氣候的變化，長白山區未來主要森林分布可能發生明顯變化，氣候變化引起的生態系統變化還將使得生物多樣性減少，許多珍貴的森林樹種喪失.大氣CO2濃度上升及由此而引起的氣候變化將還改變森林的生產力和生物量.隨著全球氣候變化，長白山植物物候也發生顯著變化，冬季和早春溫度的升高使春季提前到來，使它們提早開花放葉，從而導致森林生態系統的結構和物種組成的改變.

3 長白山森林生態系統對全球氣候變化對的響應

全球30%的陸地是森林，由于森林對氣候變化的適應性比較遲緩，因而可能是最易受到氣候變化不利影響的生態系統，氣候變化對森林的影響主要表現在改變了森林生態系統的分布和樹種組成.長白山區山體較高，氣候隨海拔高度的變化較大.山腳表現為典型的暖濕帶氣候，而山頂卻表現出復雜、多變的近極地氣候，山下年均溫約2.8℃，而山頂(天池氣象站，海拔2623.5m)年均溫只有-7.3℃.長白山地區是東北降水量最多的地區，雨量充沛且隨海拔的上升逐漸增加.山下部平均年降水為600～900mm，而山頂天池年降水為1340mm.該區植被呈現出明顯的山地垂直分布帶譜：山下部的紅松闊葉林，是世界上少有的大面積原生針闊混交林，與同緯度的歐美地區比較，該區結構復雜、組成獨特、生物多樣性豐富；以魚鱗云杉和臭冷杉為主要建群樹種的云冷杉林，是長白山保存最好的森林地段，具有典型的北方山地森林的特點，上部間有岳樺混交，下部有紅松等樹種伴生，落葉松零星點綴其間；亞高山岳樺林，是一種以岳樺單一喬木樹種為主的林線植被，另有落葉松等零星分布其間，構成了獨特的亞高山地帶森林景觀.本文主要以長白山地區紅松闊葉林和云杉、冷杉林為研究對象.

3.1 紅松闊葉林對氣候變化的響應

本文設計了2個氣候情景(情景時間尺度超過1000年，)：S1增暖情景(全球氣候模式下的升溫幅度)，降水維持當前氣候條件下的降水量不變；S2氣候增暖(全球氣候模式下的升溫幅度)，并且考慮降水(全球氣候模式下的降水變化幅度)變化情景，該地區溫度和降水都發生變化.根據生物特性，分別在這2個氣候情景下研究氣候變化對森林的影響.

氣候情景S1下紅松闊葉林的變化.紅松闊葉林群落的地帶性樹種紅松、闊葉樹蒙古櫟和榆樹生物量減少，甚至從森林群落中消失.其它闊葉樹椴樹、白蠟樹的生物量有較大幅度的增加，成為森林群落的主要樹種.落葉闊葉樹色木槭等的生物量變化不大.長白山地區紅松林的伴生闊葉樹椴樹主要是紫椴，白蠟樹主要是水曲柳.表明，氣候增暖之后，該林帶的氣候變得更加適宜紫椴和水曲柳等闊葉樹生長，而主要建群樹種紅松因為溫度增加已經停止生長.氣候增暖之后，群落中闊葉樹的比例增加，群落將以闊葉樹為主.

氣候增暖基礎上考慮降水變化，氣候情景S2下紅松闊葉林的變化.紅松闊葉林未來的變化趨勢與增暖情景下相似，依然是以紫椴、水曲柳和槭樹等為主的闊葉林.不同的是降水量的變化改變了闊葉林各個樹種的生物量大小.這說明氣候增暖，長白山地帶性植被紅松闊葉林變成以闊葉樹為主的群落；降水變化基本上不改變群落樹種組成，只影響樹種生物量大小，這是因為該群落中的闊葉樹紫椴、水曲柳和色木槭等都是較喜暖濕樹種.

在S1和S2兩種氣候變化情景下，長白山地區地帶性植被紅松闊葉林的變化趨勢一致：闊葉紅松林將變成以闊葉樹為主的群落，林線上移.降水變化影響低海拔典型紅松闊葉林各樹種的生物量大小，隨著海拔升高，降水的影響越來越小.

3.2 云杉、冷杉林對氣候變化的響應

云杉、冷杉林帶地處中山帶，氣候冷濕，土壤以山地棕色泰加林土為主.可分為上部云杉、冷杉林亞帶(1600～1800米)和下部云杉、冷杉林亞帶(1200～1600米).

下部云杉、冷杉林亞帶為紅松闊葉林向云杉、冷杉林的過渡帶.林業部調查結果顯示，該林帶紅松也占一定比例，闊葉樹種較貧乏，生長也差.根據生物特性，優勢樹種云杉、冷杉生物量減小，混生樹種紅松在氣候增暖之后生物量增加，群落中闊葉樹樺樹、椴樹、榆樹和一些落葉闊葉樹的生物量增加.

上部云杉、冷杉林亞帶的主要樹種為云冷杉，混有少量岳樺和落葉松，紅松闊葉林帶內的樹種在這里幾乎沒有分布， 在S1情境下上部云杉、冷杉林群落的變化趨勢是群落中的主要樹種云冷杉的生物量有小幅度的上升；由于云杉、冷杉等均是適應在高山及寒冷地區生長的針葉樹種，對氣溫變暖相對比較敏感，在S1情境下的增溫幅度對該帶云冷杉樹種來說，改善了其生長條件，引起其生物量的增加；也可以從林線上移的角度解釋，在S1的氣候條件下使得云冷杉林帶主帶上移，所以生物量增加，林線上移.

氣候增暖的基礎上考慮降水變化(情景S2)，森林群落樹種組成變化趨勢與增暖情景(情景S1)下樹種組成變化趨勢一致：本帶下部優勢樹種云杉、冷杉生物量減小，紅松闊葉林帶的樹種紅松、楓樺、椴樹、榆樹等闊葉樹和槭樹等一些落葉闊葉樹的生物量增加.本帶上部云杉、冷杉樹種在S1情景下生物量小幅度增加.

4 結束語

通過對長白山地區森林生態系統對氣候變化的響應得出，氣候增暖，該區溫帶針闊混交林地區的地帶性植被闊葉紅松林中闊葉樹的比重增加，群落將以闊葉樹占主導，且氣候增暖越多變化趨勢越明顯；降水影響各個樹種的生物量大小，但是不改變群落的樹種組成.氣候增暖，云冷杉林帶群落中出現了紅松闊葉林帶的樹種，并且溫度增加的幅度越大，下部紅松闊葉林帶的樹種在群落中占的比例越多，表明氣候增暖林線上移，且上移的幅度決定于溫度增加的幅度.氣候增暖的基礎上考慮降水變化，無論是降水減少，還是降水增加，都對該林區森林群落中各個樹種生物量以及森林群落總生物量沒有太大影響，但闊葉紅松林和云冷杉林最終的演替趨勢與增暖情景下的演替趨勢一致，所以溫度是影響該地區森林的主要氣候因子，降水對森林影響不大，且隨著海拔升高，影響越小.

參考文獻：

[1]Bazzaz FA. Plants in Changing Environment:Linking Physiological Population， and Community Ecology[M].Cambridge: Cambridge University Press， 1996.

[2]Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).Climate Change 1995: The Science of Climate Change[M].Cambridge: Cambridge University Press， 1996.

[3]韓淑云.氣候變化對人類現實生活的影響[J].城市與減災，2005(1).

[4]劉惠民，鄧惠平.全球氣候變化影響研究進展[J].安徽師范大學學報， 1999，22(4).