全球气候变化背景下森林生态系统现状和响应机制研究

摘 要：全球气候变化对生态环境的影响正引起人们的广泛重视，森林生态系统对未来全球气候变化的影响成为人们关注的重点。基于此，本文分析全球气候变化背景下森林生态系统产生的变化，并探讨相关的响应机制。

关键词：全球气候变化;森林生态系统;响应机制

全球气候变暖已经是一个不争的事实。气候变化改变的不只是天气，而且森林、河流、湖泊、草原都会受到气候变化的影响，这些影响可能会影响人类的生存与发展。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在第五次评估报告中指出，气候变化已经是一个全球性问题，全球气候变暖的趋势仍在继续。导致全球气候变化的主要原因是温室气体排放和其他人为驱动因子。随着气温不断升高，加之人类活动的影响，导致气候变化具有动态不确定性[1]。

森林作为全球陆地生态系统的重要组成部分，对未来气候变化的响应成为人们关注的重点。森林生态系统的主体是树木，树木具有吸收大气中二氧化碳的作用，并且通过植树造林可以有效改善全球气温变暖问题。因此，森林生态系统与气候之间有着密切的联系。该文主要研究气候变化背景下森林生态系统发生的变化，并分析森林生态系统对全球气候变化的反馈以及对气候的调节作用，使人们充分认识到两者之间的关系，并掌握两者之间的响应机制，以促进生物多样性发展，保护环境，促进林业可持续发展。

一、气候变化背景下森林生态系统发生的变化

（一）森林植物物候的变化

物候学是研究自然界动植物和环境条件（气候、水文、土壤条件）周期变化之间相互关系的学科。其中，气候变化对植物物候的影响最大，同时植物的变化也能准确反馈出气候的变化。所以，当下人们主要使用物候法对生态系统的物种进行研究和检测气候变化响应。目前，在全球气候变暖的情况下，植物物候变化已成为重要的研究方向。大量研究结果表明，气候变化会导致植物开花时间有所提前，在我国，随着温度上升，长江流域和黄河流域地区的春季物候期明显提前。近50年内，全球平均气温明显提升，各个国家植物的生长季节提前、衰落季节延迟[2]。

（二）森林结构、分布和组成的变化

森林结构包括森林植被的营养结构、年龄结构、空间结构和组成结构。森林结构在一定程度上受到气候变化的影响。相关学者研究不同的气候变化对森林生态系统结构和功能的影响，结果表明在江西省泰和县，不同气候变化影响下木荷、湿地松和马尾松会提前成熟，且年龄会越来越大，而其他植物的龄级会越来越小[3]。

有關研究表明气候成为调节树种地理分布的首要因子[4]。随着气候的变化，大部分植物都有向北扩张的趋势，这种现象在北半球表现较为明显[5]。例如，我国东北地区的红松林明显发生了北移，同样在大、小兴安岭具有这种趋势。另外，一些山地系统的植物也逐渐向海拔更高的地区迁移。

（三）森林生产力的变化

森林和森林生产力对于人类发展有重要的影响，而研究证明气候变化会直接影响森林生产力和森林生态系统。有关学者通过模拟试验来研究气候变化对森林生产力的影响，结果表明二氧化碳浓度的上升能明显提升植物生长率，且能提高生物量和植物生产力[6]。一般二氧化碳浓度升高，对于森林生产力和生物量而言，只有在短期内才会有促进作用，而在气候变化背景下，如果长期持续发展，可能导致森林生产力下降。气候变化会直接影响植物在夜间的呼吸作用，气温升高使植物的呼吸作用增强，降雨量的减少导致干旱加重，导致森林植被的净初级生产力（NPP）持续下降。有关学者对亚马逊河流域热带雨林地区进行研究，结果表明气候变暖会导致森林生态系统NPP明显下降。另外，一些极端气候发生频率的增加也会影响森林生态系统[7]。

面对气候变化，可通过不同的气候模式分析气候对森林生产力的影响。有关学者预测未来NPP增加、森林向两极迁移，森林生产力会大幅度提升[8]。但也有学者研究表明，到2030年气候变化可能不会影响我国森林生产力从东南向西北的变化趋势，但是会增加一定的森林生产力[9]。

（四）森林碳库的变化

占陆地面积的1/5的森林是陆地生态系统中最大的碳库，蕴含着大量的碳资源。而气候变化会在一定程度上影响森林碳库。随着全球经济的发展，大气中的二氧化碳浓度持续增加，全球温室效应越来越明显，植物生长期不断延长，再加上植树造林措施的不断实施和氮沉降，森林碳库碳储量呈现上升趋势。植被覆盖指数和森林清查数据显示，我国东北地区的森林碳储量在不断增长，其中增长速度最快的地区是小兴安岭北部和长白山。相关模拟研究结果表明，气候变暖会增加碳的储藏量。但是对于中低纬度地区而言，随着气候变暖，热带雨林和温带森林的碳储量会明显减少。

森林不仅具有生物量碳，还具有较多土壤碳。但相关模拟研究结果表明，随着气候变暖，我国北方森林土壤中的碳含量大大降低。

（五）森林生物多样性的变化

森林生态系统具有生物多样性的特征，但随着气候变暖，森林生态系统的稳定性受到严重威胁，物种的数量和有效生境也受到了影响，很有可能导致部分物种灭绝。全球气温变暖会影响海平面的高度，海平面上升会导致很多沿海地区的森林物种灭绝。美国学者通过相关模型研究发现，受气候变化影响，北方林种将逐步被南方林种替代。气候变化除了会导致部分物种灭绝外，还会导致其他物种数量增加。澳大利亚的学者利用模型研究气候变化对森林生物多样性的影响，发现寄生虫科、步行虫科物种数量及森林树种密度会降低，而膜翅目昆虫、软体动物类密度有一定的增加。另外，美国学者研究发现，气候变化会使山核桃木变成枫树，减少了物种的多样性[10]。

气候变化下大气中二氧化碳浓度的增加，有利于C3植物生长，但对C4植物构成威胁，从而导致低营养生态系统更易受到入侵，这在一定程度上改变了森林生态系统的生态结构。另外，气候变暖还会降低部分地区的降水量，那么就更易被其他物种入侵。

（六）森林生态服务功能变化

森林具有净化大气环境、积累营养物质、固碳释氧、保育土壤和涵养水源等功能，还有森林游玩休憩和保护生物多样性的服务功能。目前，虽然还没有直接找到气候变化对生态服务功能的影响，但已有学者对其进行了大量的研究。

气候变化对森林生态系统的影响取决于生态因子之间的相互作用，气候变化会影响生态系统的过程，从而影响森林生态系统的服务功能和生物多样性。已经有学者对其进行了充分的研究，虽然森林面积在不断减少，但是服务价值却在持续增加，如休闲游乐、基因资源和原材等方面的价值都在不断增加[11]。

二、森林生态系统对气候变化的反馈

森林与气候间的相互作用非常复杂。现在有关的模型预测研究中为了避免这种复杂的关系，往往很少考虑气候变化所引起的森林变化对气候的反馈作用。森林生态系统会直接受到气候变化的影响，也会对气候变化产生一定的响应机制。一是气候变化会影响森林碳库，而森林碳循环的改变可能会使森林成为大气中二氧化碳的源或汇，造成大气中二氧化碳浓度升高或降低，从而进一步加强或削弱全球变暖。二是气候变化会影响森林结构、分布和组成，而森林结构和分布的变化将改变地表原有的反射率和全球的水循环模式。三是降雨格局和气候变暖的改变会增强植物的光合作用，那么森林土壤和植物的呼吸作用就会受到影响。不同地区的森林生态系统不同，所以反馈响应也不同，寒帶或者温带的森林生态系统对气候变化的反馈具有不确定性，而热带雨林对气候变化却具有减缓作用。

森林生态系统是陆地生态系统的主体，且组成越丰富，结构就越复杂，说明抗干扰能力强、稳定性好。另外，森林生态系统具有较强的适应性，在一定变化范围内具有稳定性和滞后性的特点，所以必须要合理控制气候变化情况，提前采取预防措施。

三、结语

虽然，目前对气候变化与森林生态系统关系的研究主要是利用模型，与实际情况存在一定差异，研究结果具有不确定性，但是可以肯定气候变化对森林生态系统具有一定影响。为了地球能长期稳定发展，必须要对森林进行科学合理管理，提高森林的抵抗灾害能力，促进森林向多服务、多产品、多价值和多用途方向发展。

在林业发展过程中，要结合实际情况，采用科学合理的措施，推动林业更好发展。一是从源头上减少森林退化和毁林现象的发生，进而控制温室气体排放量，使气候变化得以缓解;二是全面落实退耕还林政策，种植更多树种，增加森林面积;三是加大对天然林的保护、管理力度，重点要加强对森林病虫害的检测和科学综合防治，以及加强森林大火的防控和火灾后的恢复管理;四是制订科学合理的森林经营措施，确保森林分布密度合理;四是加快碳汇林业的发展，并根据实际情况制订合理的管理方案。森林经营和减缓气候变化需要所有利益相关者包括政府机构、非政府组织、多个行业、部门之间相互协作，才可能实现多赢的局面。

参考文献：

[1]刘文泉，王馥棠.黄土高原地区农业生产对气候变化的脆弱性分析[J].南京气象学院学报，2002（5）：620-624.

[2]杨育武，汤洁，麻素挺.脆弱生态环境指标库的建立及其定量评价[J].环境科学研究，2002（4）：46-49.

[3]吴卓.气候变化对我国红壤丘陵区森林生态系统结构的影响[D].北京：首都师范大学，2014.

[4]Davis M B，Shaw R C. Range shifts and adaptive responses to quaternary cliamate change[J].Science，2001（5517）：673-679.

[5]Penuelas J，Boada M. A global change –induced biome shift in the montseny mountains（NE Spain）[J].Global Change Biol，2003（2）：131-140.

[6]龚道溢，王绍武.全球气候变暖研究中的不确定性[J].地学前缘，2002（2）：371-376.

[7]Alig R J，Adams D M，Mecarl B A. Projecting impacts of global climate change on the US forest and agriculture sectors and carbon budgets[J].Forest Ecology and management，2002（1）：3-14.

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[9]刘国华，傅伯杰.全球气候变化对森林生态系统的影响[J].自然资源学报，2001（1）：71-78.

[10]刘春蓁.气候变化影响与适应研究中的若干问题[J].气候与环境研究，1999（2）：2-7.

[11]张明军，周立华.气候变化对中国森林生态系统服务价值的影响[J].干旱区资源与环境，2004（2）：40-43.

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