气候变化对森林生态系统的主要影响述评

森林生态系统是陆地生态系统的主体,其对减少大气中的CO₂浓度从而减缓全球变暖有着决定性的作用。为了探究气候变化对森林生态系统的影响以及森林生态系统的反馈机制,发展合理的森林经营策略以应对气候变化,笔者综述了国内外有关气候变化对森林生态系统影响的相关研究方法与成果,重点讨论了气候变化对森林结构、组成和分布、森林生产力、森林碳库、森林生态系统生物多样性、生态系统生态服务功能等方面的影响,论述了森林生态系统对气候变化的反馈机制,并指出了现有研究的不足之处,提出了适应或者减缓气候变化对森林生态系统影响的森林经营策略,主要包括:①坚决贯彻实施退耕还林政策; ②加强保护天然林; ③制定科学的森林经营对策; ④加速我国碳汇林业的发展。     

第二届人地系统模型与模拟国际研讨会

正近百年来以全球变暖为首要特征的气候变化已成为国际社会和科学界广泛认同的事实。气候变暖与全球水循环、陆地生态系统、冰雪圈相互作用,对全球及区域尺度的生态环境产生了深远影响,成为制约人类社会可持续发展的重要因素。近几十年来,气候变化受到学界广泛关注,有关气候变化机理与预测、气候变化影响及气候变化的适应等一系列科     

气候变化对生态系统服务影响的研究进展

气候变化是影响生态系统服务的重要驱动因素。气候变化影响下生态系统服务稳定持续的供给水平深刻影响着区域可持续发展能力。笔者通过分析国内外气候变化对生态系统服务影响的已有研究成果,全面系统总结了气候变化对生态系统服务影响的研究现状和存在问题,并展望了未来研究趋势。气候变化对生态系统服务影响研究的主要内容包括:气候变化对生态系统服务供给水平、生态系统服务相互关系、生态系统服务管理的影响以及极端气候事件对生态系统服务影响。分析认为,气候变化对生态系统服务影响的研究应在不同尺度气候变化对生态系统服务供给变化特征的影响,不同尺度气候变化影响下生态系统服务权衡与协同关系类型识别及其空间格局特点分析,气候变化影响下全球尺度生态系统服务可持续管理的评价指标体系和评价模型构建,区域生态系统服务保护规划,小尺度极端天气气候事件和未来极端气候事件对生态系统服务的影响等方面进行深入研究。气候变化对生态系统服务影响的研究可以深化生态系统服务变化驱动机理研究,为区域生态系统服务管理、生态环境保护政策制定提供科学依据。     

探寻“北回归线上的明珠”的奥秘

在本世纪，生态危机将有可能成为人类面临的重大威胁。随着全球变暖、全球环境恶化和全球生物多样性的急剧下降，人们对森林生态系统在全球地圈、生物圈平衡上的作用的认识正在深化，开始意识到人类生存兴亡与森林生态系统的密切关系。森林是经济可持续发展的基础，也是控制全球变暖的缓冲器。     

探寻"北回归线上的明珠"的奥秘

在本世纪,生态危机将有可能成为人类面临的重大威胁.随着全球变暖、全球环境恶化和全球生物多样性的急剧下降,人们对森林生态系统在全球地圈、生物圈平衡上的作用的认识正在深化,开始意识到人类生存兴亡与森林生态系统的密切关系.森林是经济可持续发展的基础,也是控制全球变暖的缓中器.     

地质历史时期低CO2大气浓度对陆生植物的影响

【目的】低CO2大气浓度对陆生植物的影响研究对预测 CDAC 升高的潜在影响、评估群落组成的动态变化和生态系统功能、从进化时间尺度上探讨全球气候变化下陆地生态系统的碳循环均具有十分重要的意义。【方法】综合分析低CDAC 对植物个体和生态系统的影响、植物的进化适应及低 CDAC 与其他环境因子的相互作用。【结果】低 CDAC 对植物的存活、生长和繁殖等方面表现出极大的限制性影响,不利于森林生态系统的发展,并与水分、温度以及营养供给等因素协同对植物产生影响。【结论】植物对地质历史时期低 CDAC 的进化适应可能限制了植物对将来 CDAC 升高的响应,相关研究值得深入开展。
     

地质历史时期低CO_2大气浓度对陆生植物的影响

【目的】低CO_2大气浓度对陆生植物的影响研究对预测CDAC升高的潜在影响、评估群落组成的动态变化和生态系统功能、从进化时间尺度上探讨全球气候变化下陆地生态系统的碳循环均具有十分重要的意义。【方法】综合分析低CDAC对植物个体和生态系统的影响、植物的进化适应及低CDAC与其他环境因子的相互作用。【结果】低CDAC对植物的存活、生长和繁殖等方面表现出极大的限制性影响,不利于森林生态系统的发展,并与水分、温度以及营养供给等因素协同对植物产生影响。【结论】植物对地质历史时期低CDAC的进化适应可能限制了植物对将来CDAC升高的响应,相关研究值得深入开展。     

林火对森林生态系统碳氮磷生态化学计量特征影响研究进展

林火可以改变森林生态系统元素的生态化学计量特征,反映火后森林生态系统环境中生物地球化学循环变化模式,阐明林火干扰下森林生态系统碳(C)氮(N)磷(P)生态化学计量特征,对于理解森林生态系统对林火干扰的响应机理至关重要。笔者通过查阅大量相关文献,总结与分析了林火干扰对森林生态系统C-N-P生态化学计量特征影响模式,以及林火干扰对植物C-N-P生态化学计量特征、凋落物C-N-P生态化学计量特征、土壤C-N-P生态化学计量特征的影响,认为森林生态系统C-N-P生态化学计量特征主要受到火烧因子(火烧强度、火烧频率、火烧后恢复时间)、植被类型及土壤性质3个方面的影响,针对林火对森林生态系统生态化学计量学研究亟待解决的科学问题,从林火干扰对植物生态化学计量内稳性的影响机制、林火干扰下多重元素生态化学计量学研究、建立林火干扰下植物-凋落物-土壤复合系统生态化学计量学关系等3个方面进行了展望,以期深入了解林火干扰下植物调控策略,明确林火干扰后多重化学元素间相互耦合机制,完善以植物-凋落物-土壤为复合整体的地上地下养分输入输出的关系,对于深刻理解全球气候变化背景下森林生态系统养分循环和平衡,以及合理制定林火管理措施具有重要作用。     

土地利用变化的碳排放机理及效应研究综述

就影响陆地生态系统碳储量的主要生态机制(CO2施肥效应、氮沉降增加、污染、全球气候变化、土地利用变化和土地管理),阐述了土地利用变化对陆地生态系统结构和功能产生的影响,以及对系统造成的碳储量变化.主要从土地利用变化和土地管理两方面对土地利用碳排放效应进行论述:森林砍伐后变为农田和草地,使生态系统中植被和土壤碳贮量大大降低;农田和草地弃耕恢复为森林,以及农田保护性管理措施的利用,能够使大气中的碳在植被和土壤中得到汇集;森林恢复过程中植被可以大量汇集大气中的碳,而由于农田耕种历史不同以及土壤空间异质性,导致土壤碳汇集速率差异极大;保护性农田管理措施(诸如免耕、合理的种植制度、化肥的施用等)可以影响土壤理化特性、作物根系生长以及残茬数量和质量、土壤微生物数量和活性,维持和提高土壤碳含量水平.土地利用碳排放核算主要从陆地生态系统的植被碳和土壤碳入手,综述了目前国内外的研究进展.     

松嫩草地碳和水通量对全球变化的响应

全球变暖和氮格局的改变对生态系统碳通量的变化具有深远的影响,长期的模拟增温和氮沉降实验对预测21世纪全球气候变化下草地生态系统生产力和碳匮缺的响应有着至关重要的意义.在中国东北松嫩草地开展4年的增温和施氯实验,通过测定羊草草地光合特性,试图揭示全球变化对羊草草地的碳、水通量产生的影响.试验采用一个封闭的光合测定系统(LI-6400)测定草地的碳、水通量变化,通过计算CO2的变化量确定净生态系统CO2交换量.结果表明,增温降低了净生态系统CO2交换量(NEE),净生态系统生产力(GEP)和生态系统蒸腾作用(ET),升高了生态系统呼吸(ER)和水分利用效率(WUE);施氮处理刺激了NEE、ER、GEP和WUE;增温加施氮处理,氮素的添加缓解了因增温对生态系统产生的负效应.碳、水通量对全球变化的响应是通过改变生物群落中优势物种羊草的数量实现的,全球变化能在短期内迅速改变松嫩草地的碳通量.这些结果都有助于理解未来生态系统碳循环对全球气候变化的反馈.     

热带森林碳通量研究综述

综述了热带森林碳通量的研究结果，指出随着电子测量和存储技术的发展，微气象涡度相关法已应用于森林碳通量的测量和研究；热带森林是碳源还是碳汇仍是一个存在争议的问题，热带森林的利用方式以及森林火灾在很大程度上决定了热带森林是碳源还是碳汇。夜间通量测量的不准确性，水平平流以及垂直平流都会在一定程度上影响碳通量测量的准确性，因此只有尽量减小测量误差，提高数据分析及处理技术，才能更准确地了解热带森林的作用。     

林业碳汇提升的主要原理和途径

降低大气CO₂含量、缓解气候变暖,已成为当今科学界和国际社会广泛关注的前沿热点问题。林业碳汇作为基于自然解决方案实现“碳达峰、碳中和”的一个重要途径,在应对全球气候变化方面发挥着基础性、战略性、独特的作用。林业碳汇不仅是森林碳汇,林产品碳汇也起着不可忽视的重要作用。林业碳汇潜力提升是一个森林生态系统净碳收支平衡和全产业链林产品碳汇的调控过程,主要包括无机碳的植物固定(光合过程、净生产力等)、土壤有机碳的周转与固定(动植物和微生物残体分解与黏土固定)、林产品碳的固持(林产品产量、木材转换效率、种类和使用寿命等)等3方面的调控原理。笔者从森林碳汇和林产品碳汇两个维度阐述了提升林业碳汇的主要原理、方法或途径。提升林业碳汇潜力的主要途径包括:①通过适地适树、适钙适树人工造林,以增加森林面积;②以完善森林经营措施来增加森林净生产力;③利用矿质黏土对有机碳的保护来增加森林土壤碳汇;④提升林产品产量和改进林产品用途以增加其寿命。在全球尺度上,增加森林面积或提高森林净生产力3.4%,或用可再生能源替换薪炭木材,再将薪炭木材用于制造锯材和人造板,都可以连续30 a每年增加1 Pg的碳汇量。减少全球森林火灾面积1/4或增加森林土壤有机碳含量0.23%,也可以增加碳汇1 Pg。此外,林业固碳还有巨大潜力可以挖掘。     

适应全球气候变化的森林固碳计量方法评述

在全球气候变化背景下,研究森林固碳计量方法理论具有重要意义。笔者基于文献计量学方法评述了该研究领域近年来的最新进展,比较了各森林固碳计量方法的优缺点。森林固碳计量方法主要包括基于样地清查或遥感估测和基于模型模拟的方法。选择合适的方法需要考虑数据信息、研究侧重点及各方法间的兼容性等。目前,森林碳计量的核心目标是构建各树种的异速生长方程,难点主要是尺度转换。样地调查、遥感估测和模型模拟等方法的综合运用是解决尺度转换问题和研究森林生态系统碳循环的主要趋势。特别要加强全球气候变化背景下人工林的适应性管理,科学评估人工林的固碳潜力,提升人工林固碳潜力评估方法的必要性。同时,也需要加强森林生态系统C-N-H₂O耦合循环及其生物调控机制方面的研究,降低森林生态系统碳收支评估的不确定性。     

Mountain pine beetle and forest carbon feedback to climate change

The mountain pine beetle (Dendroctonus ponderosae Hopkins, Coleoptera: Curculionidae, Scolytinae) is a native insect of the pine forests of western North America, and its populations periodically erupt into large-scale outbreaks. During outbreaks, the resulting widespread tree mortality reduces forest carbon uptake and increases future emissions from the decay of killed trees. The impacts of insects on forest carbon dynamics, however, are generally ignored in large-scale modelling analyses. The current outbreak in British Columbia, Canada, is an order of magnitude larger in area and severity than all previous recorded outbreaks. Here we estimate that the cumulative impact of the beetle outbreak in the affected region during 2000-2020 will be 270 megatonnes (Mt) carbon (or 36 g carbon m(-2) yr(-1) on average over 374,000 km2 of forest). This impact converted the forest from a small net carbon sink to a large net carbon source both during and immediately after the outbreak. In the worst year, the impacts resulting from the beetle outbreak in British Columbia were equivalent to approximately 75% of the average annual direct forest fire emissions from all of Canada during 1959-1999. The resulting reduction in net primary production was of similar magnitude to increases observed during the 1980s and 1990s as a result of global change. Climate change has contributed to the unprecedented extent and severity of this outbreak. Insect outbreaks such as this represent an important mechanism by which climate change may undermine the ability of northern forests to take up and store atmospheric carbon, and such impacts should be accounted for in large-scale modelling analyses.     

Old-growth forests as global carbon sinks

Old-growth forests remove carbon dioxide from the atmosphere at rates that vary with climate and nitrogen deposition. The sequestered carbon dioxide is stored in live woody tissues and slowly decomposing organic matter in litter and soil. Old-growth forests therefore serve as a global carbon dioxide sink, but they are not protected by international treaties, because it is generally thought that ageing forests cease to accumulate carbon. Here we report a search of literature and databases for forest carbon-flux estimates. We find that in forests between 15 and 800 years of age, net ecosystem productivity (the net carbon balance of the forest including soils) is usually positive. Our results demonstrate that old-growth forests can continue to accumulate carbon, contrary to the long-standing view that they are carbon neutral. Over 30 per cent of the global forest area is unmanaged primary forest, and this area contains the remaining old-growth forests. Half of the primary forests (6 x 10(8) hectares) are located in the boreal and temperate regions of the Northern Hemisphere. On the basis of our analysis, these forests alone sequester about 1.3 +/- 0.5 gigatonnes of carbon per year. Thus, our findings suggest that 15 per cent of the global forest area, which is currently not considered when offsetting increasing atmospheric carbon dioxide concentrations, provides at least 10 per cent of the global net ecosystem productivity. Old-growth forests accumulate carbon for centuries and contain large quantities of it. We expect, however, that much of this carbon, even soil carbon, will move back to the atmosphere if these forests are disturbed.     

全球桉树人工林发展面临的困境与对策

桉树人工林是世界人工林的重要组成部分,在木材供给和应对气候变化等方面扮演着越来越重要的角色。世界热带亚热带地区的国家都在大力发展桉树人工林,使全球桉树人工林的面积呈现不断增加的趋势,近15年来全球桉树人工林面积年平均增长110万hm~2。面对可利用林地资源的限制、立地条件的制约、气候变化的胁迫、社会对林产品需求的变化,以及社会舆论博弈的影响,世界桉树人工林必将在营林制度、经营策略和经营途径方面发生深刻变化和重大调整。营林制度上由短周期纯林连作的林分经营转变为短中长周期循环混交轮作的景观经营,经营策略上从注重桉树造林面积扩张转变为人工林单产和生态系统服务的全面提升,经营途径上更加重视多目标森林生态系统可持续经营将成为未来桉树人工林发展的主流趋势。然而,在由单一的木材经营转变为多目标森林生态系统可持续经营过程中,桉树人工林仍将保持以木材生产为主导功能的发展格局,这是桉树人工林的比较优势和特点决定的。但有效权衡和协同桉树木材生产主导功能与其他生态服务功能是今后经营的方向。     

全球森林及林产品碳科学研究进展与前瞻

森林和木质林产品是全球碳循环系统中的一个重要组成部分,能够对大气层温室气体的浓度造成重大影响。研究发现全球森林在最近几十年平均每年从大气中吸收二、三十亿吨碳,而毁林和森林退化又造成每年10多亿吨的碳排放。全球森林碳汇并不平衡,由于森林面积的增加,美国、加拿大、中国、欧盟等国家和地区的森林碳汇在近几十年里有了巨大的增长,而在南美洲、中美洲、非洲、南亚和东南亚,毁林却造成了森林碳汇大量减少。相对于森林碳汇来说,木质林产品碳储量较小,但在全球尺度上木质林产品碳储的持续增加对减排的贡献却非常重要。近10年的研究发现,使用木质林产品替代高能耗非林产品可以对林业整体的减排效益做出重要贡献,而生命周期分析法的引入使得这种替代减排效应的核算更为准确。主流研究强调使用集成评估,将经营森林和源于这些森林的木质林产品看作一个整体,从而把两者的碳储及碳排放系统结合,集成评估能够更全面准确地核算整体林业的净温室气体效应。林业碳科学的研究前沿在以下重要领域仍需着力拓展:充分考虑气候变化对森林生长及森林碳汇的影响; 积极推进并完善各国的森林资源清单; 可持续管理和优化使用森林资源以使林业在减缓气候变化方面的贡献最大化; 构建和完善林产品生命周期数据库; 加强全球林业减排效应的集成评估和系统研究。