全球气候变化背景下长白山森林生态系统的响应

张明旭

(通化师范学院 历史地理系，吉林 通化134001)

森林生态系统是主要地球陆地生态系统之一，也是陆地上最为复杂的生态系统，它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性.虽然森林面积仅占陆地面积的26%，但是其碳储量却占整个陆地植被碳储量的80%以上，而且森林每年的碳固定量约占陆地生物碳固定量的2/3[1-2].全球气候变化不可避免的会影响到陆地上的森林生态系统，同时森林生态系统也会做出相应的响应.

1 研究区概况

研究区位于吉林省东南部的长白山自然保护区内，属温带大陆性山地气候，年均温度约3.6℃，年均降水量695 mm，无霜期约140d，日照时数1800～2300 h，该区地带性土壤为山地暗棕色森林土，主要优势树种为红松、椴树、蒙古栎、水曲柳和色木槭等.林分为复层异龄林，林分平均高度为26 m，优势树种平均年龄约200 a.

2 气候变化的趋势及其对白山森林生态系统影响

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)第三次评估报告中指出，在全球变暖的大背景下，中国气候也发生了明显变化，主要表现在：近百年来，中国气温上升了0.4℃～0.5℃[3]；从地域分布来看， 长白山区是中国气候变暖最明显的地区之一；从季节分布看，长白山冬季增温最明显.在假定大气二氧化碳浓度从1990年起渐进增至2100年，并考虑气溶胶浓度变化的情景下，不同全球气候模式对长白山气候变化的情景预测总趋势一致表现为：长白山将持续不断地变暖，降水也将增加[4].由于森林与气候之间存在着密切的关系，气候的变化将不可避免对森林产生一定的影响.随着全球气候的变化，长白山区未来主要森林分布可能发生明显变化，气候变化引起的生态系统变化还将使得生物多样性减少，许多珍贵的森林树种丧失.大气CO2浓度上升及由此而引起的气候变化将还改变森林的生产力和生物量.随着全球气候变化，长白山植物物候也发生显著变化，冬季和早春温度的升高使春季提前到来，使它们提早开花放叶，从而导致森林生态系统的结构和物种组成的改变.

3 长白山森林生态系统对全球气候变化对的响应

全球30%的陆地是森林，由于森林对气候变化的适应性比较迟缓，因而可能是最易受到气候变化不利影响的生态系统，气候变化对森林的影响主要表现在改变了森林生态系统的分布和树种组成.长白山区山体较高，气候随海拔高度的变化较大.山脚表现为典型的暖湿带气候，而山顶却表现出复杂、多变的近极地气候，山下年均温约2.8℃，而山顶(天池气象站，海拔2623.5m)年均温只有-7.3℃.长白山地区是东北降水量最多的地区，雨量充沛且随海拔的上升逐渐增加.山下部平均年降水为600～900mm，而山顶天池年降水为1340mm.该区植被呈现出明显的山地垂直分布带谱：山下部的红松阔叶林，是世界上少有的大面积原生针阔混交林，与同纬度的欧美地区比较，该区结构复杂、组成独特、生物多样性丰富；以鱼鳞云杉和臭冷杉为主要建群树种的云冷杉林，是长白山保存最好的森林地段，具有典型的北方山地森林的特点，上部间有岳桦混交，下部有红松等树种伴生，落叶松零星点缀其间；亚高山岳桦林，是一种以岳桦单一乔木树种为主的林线植被，另有落叶松等零星分布其间，构成了独特的亚高山地带森林景观.本文主要以长白山地区红松阔叶林和云杉、冷杉林为研究对象.

3.1 红松阔叶林对气候变化的响应

本文设计了2个气候情景(情景时间尺度超过1000年，)：S1增暖情景(全球气候模式下的升温幅度)，降水维持当前气候条件下的降水量不变；S2气候增暖(全球气候模式下的升温幅度)，并且考虑降水(全球气候模式下的降水变化幅度)变化情景，该地区温度和降水都发生变化.根据生物特性，分别在这2个气候情景下研究气候变化对森林的影响.

气候情景S1下红松阔叶林的变化.红松阔叶林群落的地带性树种红松、阔叶树蒙古栎和榆树生物量减少，甚至从森林群落中消失.其它阔叶树椴树、白蜡树的生物量有较大幅度的增加，成为森林群落的主要树种.落叶阔叶树色木槭等的生物量变化不大.长白山地区红松林的伴生阔叶树椴树主要是紫椴，白蜡树主要是水曲柳.表明，气候增暖之后，该林带的气候变得更加适宜紫椴和水曲柳等阔叶树生长，而主要建群树种红松因为温度增加已经停止生长.气候增暖之后，群落中阔叶树的比例增加，群落将以阔叶树为主.

气候增暖基础上考虑降水变化，气候情景S2下红松阔叶林的变化.红松阔叶林未来的变化趋势与增暖情景下相似，依然是以紫椴、水曲柳和槭树等为主的阔叶林.不同的是降水量的变化改变了阔叶林各个树种的生物量大小.这说明气候增暖，长白山地带性植被红松阔叶林变成以阔叶树为主的群落；降水变化基本上不改变群落树种组成，只影响树种生物量大小，这是因为该群落中的阔叶树紫椴、水曲柳和色木槭等都是较喜暖湿树种.

在S1和S2两种气候变化情景下，长白山地区地带性植被红松阔叶林的变化趋势一致：阔叶红松林将变成以阔叶树为主的群落，林线上移.降水变化影响低海拔典型红松阔叶林各树种的生物量大小，随着海拔升高，降水的影响越来越小.

3.2 云杉、冷杉林对气候变化的响应

云杉、冷杉林带地处中山带，气候冷湿，土壤以山地棕色泰加林土为主.可分为上部云杉、冷杉林亚带(1600～1800米)和下部云杉、冷杉林亚带(1200～1600米).

下部云杉、冷杉林亚带为红松阔叶林向云杉、冷杉林的过渡带.林业部调查结果显示，该林带红松也占一定比例，阔叶树种较贫乏，生长也差.根据生物特性，优势树种云杉、冷杉生物量减小，混生树种红松在气候增暖之后生物量增加，群落中阔叶树桦树、椴树、榆树和一些落叶阔叶树的生物量增加.

上部云杉、冷杉林亚带的主要树种为云冷杉，混有少量岳桦和落叶松，红松阔叶林带内的树种在这里几乎没有分布， 在S1情境下上部云杉、冷杉林群落的变化趋势是群落中的主要树种云冷杉的生物量有小幅度的上升；由于云杉、冷杉等均是适应在高山及寒冷地区生长的针叶树种，对气温变暖相对比较敏感，在S1情境下的增温幅度对该带云冷杉树种来说，改善了其生长条件，引起其生物量的增加；也可以从林线上移的角度解释，在S1的气候条件下使得云冷杉林带主带上移，所以生物量增加，林线上移.

气候增暖的基础上考虑降水变化(情景S2)，森林群落树种组成变化趋势与增暖情景(情景S1)下树种组成变化趋势一致：本带下部优势树种云杉、冷杉生物量减小，红松阔叶林带的树种红松、枫桦、椴树、榆树等阔叶树和槭树等一些落叶阔叶树的生物量增加.本带上部云杉、冷杉树种在S1情景下生物量小幅度增加.

4 结束语

通过对长白山地区森林生态系统对气候变化的响应得出，气候增暖，该区温带针阔混交林地区的地带性植被阔叶红松林中阔叶树的比重增加，群落将以阔叶树占主导，且气候增暖越多变化趋势越明显；降水影响各个树种的生物量大小，但是不改变群落的树种组成.气候增暖，云冷杉林带群落中出现了红松阔叶林带的树种，并且温度增加的幅度越大，下部红松阔叶林带的树种在群落中占的比例越多，表明气候增暖林线上移，且上移的幅度决定于温度增加的幅度.气候增暖的基础上考虑降水变化，无论是降水减少，还是降水增加，都对该林区森林群落中各个树种生物量以及森林群落总生物量没有太大影响，但阔叶红松林和云冷杉林最终的演替趋势与增暖情景下的演替趋势一致，所以温度是影响该地区森林的主要气候因子，降水对森林影响不大，且随着海拔升高，影响越小.

参考文献：

[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]韩淑云.气候变化对人类现实生活的影响[J].城市与减灾，2005(1).

[4]刘惠民，邓惠平.全球气候变化影响研究进展[J].安徽师范大学学报， 1999，22(4).