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1、全球变化对长白山北坡森林影响综述（东北师范大学地理科学学院吉林长春130024）摘要:全球气候变化已是当今学术界在全世界范围内研究的一个热点，全球气候变暖已经成 为了当今气候变化的主要趋势，由于人类活动的影响，0世纪全球的平均气温升高0.6 Co 近些年来，气候变化对森林的影响也到人们关注，尤其是在高纬度和高海拔地区响应更为显 著且敏感。长白山地区是气候敏感区和生态环境脆弱带，气候变化对长白山森林影响会更加 明显。本文通过梳理现有文献，综合了在全球变化影响下几方面长白山北坡森林的变化。 关键字：气候变化长白山 森林植被一、前言全球气候变化是指地球大气物理化学的改变，从而引起地球表面云系、温度
2、和降水等气候格局的变化。这种变化一方面是因为地球太阳辐射、大气环流、地 表状况等自然因素的作用；而另一方面，尤为重要的是人类活动造成的，石油、煤 炭、天然气等化石燃料的过度使用，原始森林的大量采伐，土地利用方式的变更等, 都不同程度地导致了大气中CO2、CH,、CFCS和N20等温室气体浓度的提高。全球气候变暖势必对陆地生态系统产生极大的影响，而森林生态系统是陆地 生态系统的重要组成部分，森林占地球表面的1/3,它贮藏着全球陆地生态系统 80%的有机碳，其碳库的任何变化，都将对大气中CO2的浓度产生不同的影响，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
3、的响应，这必然对未来的全球气候变化产生反馈作用。长白山位于吉林省东南部的 中朝两国交界处，41 23，N42 36，N，126 55，E129 E。是东 北地区松花江、鸭绿江和图们江三 大河流的发源地，是我国著名的休 眠火山，是欧亚大陆东岸的最高山， 海拔2744 m。属温带大陆性山地 气候，降水多集中在夏季,69月 降水量占全年的80%。但它东边受 太平洋影响，气候潮湿多雨，从山 脚到山顶，年降水量变幅在 800-1800 mm之间，年相对湿度为65%-74%,年均温度在-7.3-4.9C圏i长白山自然保护区之间，无霜期约140d，日照时数 1800-2300d,综上所述，长白山地区气温低、
4、降水多、蒸发多量小，气候非常湿 润。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26m，优势树种平均年龄 约 200a。二、全球变化对长白山北坡森林影响气候是影响植被过程的重要因素,主要通过影响植被需要的光照、温度、水 分等因子来实现,气候变化对植被的影响表现在对其分布范围,植被生产力以及植 被多样性等方面，进一步分划，气候变化对森林的影响主要表现在改变了森林分 布范围、生态系统变化和树的种类组成等等。以下作详细介绍。1、林线林线的变化可以反映出长白山北坡的森林分布范围的变化。 通过对林线岳桦种群径级结构与气候因子的相关
5、分析表明，近 50 年来岳桦 向苔原的入侵程度增加，林线上移，长白山北坡林线是对气候变化响应的一个重 要标志。王晓东等在长白山北坡林线带设置 7 条样带，采用遥感影像、样方调查、 树轮分析等手段结合数字地形、气象资料等数据，运用数理统计、 GIS 技术和 树轮分析技术分析长白山北坡林线 56 年（1953-2008）和近 150 年（1860-2008） 不同时间尺度的气候变化特点，印证了东北和长白山北坡近年气温升高的事实。 并总结出在气温升高的大趋势下，无论是在突变型林线、前缘树岛还是整个北坡 林线岳桦种群都普遍上侵，对气候变化做出积极响应。突变型林线岳桦按径级从 小到大生长阶段明显分为适应
6、期，弱胁迫期和胁迫期，与气温变化规律一致。当 气温升高时，岳桦以树高生长加快的方式做出明显的响应。树岛和整个北坡林线 岳桦以调整繁殖方式与生存数量对气温变化做脉动式响应。在气温升温不明显阶 段，岳桦以无性繁殖的灌木状地下根占领点状生态位完成繁殖和生长过程；在温 度明显增高阶段，以有性繁殖的乔木状生长方式实现种群的增长与面状领域的扩 张。岳桦以无性繁殖与有性繁殖相结合实现气候变暖情况下林线的上移和种群的 扩张，数理统计和 GIS 技术的时空分析显示种群动态对气候变化响应积极（相 关系数高），对气温变化的敏感度高于降水变化（气温的相关系数与纳入频数 降水），气候变暖导致长白山北坡林线岳桦沿海拔由低
7、向高差异性扩张（pV0.05）。 气温变暖不仅使岳桦种群上侵，而且促使岳桦林下灌木草本植物相继移动，即上 侵不仅是单一岳桦种群的变化，而是森林群落向苔原群落的整体入侵，在空间上 抢占生态位的过程。在林线上侵过程中，群落各种组分的上侵与后退亦存在差异。 岳桦群落上移过程中当岳桦种群占领苔原生态位后，岳桦林下的牛皮杜鹃随之入 侵，开始挤占苔原植物生态位，当小叶章等草本植物完成入侵后，岳桦群落在整 体上替代苔原群落。此外，刘红梅等借助植硅体的研究明确了1500年长白山林线的变动情况， 从整体上看，长白山北坡林线基本上是呈上侵趋势；王晓明等利用岳桦年轮年表 与气候的关系分析气候对林线的影响，得出结论岳
8、桦生长并未显示出会随温度的 升高和降水量的增大而增加。Wang等与Camarero等的研究同样表明相似的情况, 即在全球变暖背景下预估的气温升高并不会必然引起海拔上林线的攀升 . 这是 由于温度并不是影响林线树木生长动态的唯一气候要素,且在其研究中岳桦对月 份和季节性气候因子具有不同的响应特征,因此全球变暖对岳桦生长的影响是比 较复杂的,不可过于简单地得出关于岳桦林线进退的结论,还需要对生长与气候 响应模式作进一步的研究。2、森林植被物候物候是反映气候变化对植物发育阶段影响的综合性生物指标。随着全球气候 的变化,植物的物候也将发生显著变化。冬季和早春温度的升高使春季提前到来, 从而影响到植物的
9、物候,使它们提早开花放叶,这将对那些在早春完成其生活史的 林下植物产生不利的影响,甚至有可能使其无法完成生命周期而导致灭亡,从而导 致森林生态系统的结构和物种组成的改变。气温升高也将导致地面蒸散作用增加, 使土壤含水量减少,植物在其生长季节中水分严重亏损,从而使其生长受到抑制, 甚至出现落叶及顶梢枯死等现象而导致衰亡。但是对于一些耐旱能力强的物种来 说,这种变化将会使它们在物种间竞争处于有利的地位,从而得以大量的繁殖和入 侵。总之,全球气候变化影响着植物物候的变化。郑景云等分析了近40年我国木本植物物候变化及其对气候变化的响应关系, 及当前气候增暖背景下物候期地理分布规律变化对气候变化的响应关
10、系。结果表 明:温度上升,我国的木本植物春季物候期提前,20世纪80年代以后,东北、华北及 长江下游等地区的物候期提前,西南东部,长江中游等地区的物候期推迟,同时物 候期随纬度变化的幅度减小。张福春论证了气温是影响中国木本植物物候的主要 因子,又利用其建立的统计模式分析计算了未来全球年平均气温升高0.厂2.00 和未来大气中CO2浓度倍增而增暖情况下，我国主要木本植物物候期的大致变幅。针对长白山，李明利用GIS和遥感技术分析了 19992008年长白山森林生 长季始期、生长季末期、生长季长度、DN年最大值、DN年振幅和DN生长 季积分值的时空分布格局及年际变化趋势，选取了长白山9种典型植被，通
11、过分 析得出就长白山而言温度对森林植被的生长过程的影响大于降水。各种森林植被 类型，无论是针叶林还是阔叶林，它们的生长季始期大都与其之前各月月均温呈 显著负相关，而生长季末期则与其之前各月月均温呈显著正相关；而它们的生长 季始末期与降水的关系就较复杂一些，针叶林的始期与其之前的各月降水量呈正 相关，阔叶林则呈大都呈负相关。除蒙古栎外，其它森林类型的生长季末期与其 前各月的降水量呈负相关。3、森林凋落物分解全球变暖可能会带来气候带的移动。气候带将北移,降水也随之发生变化, 进而导致植被带的迁移。相关学者预测显示全球变暖会加快热带雨林的更新,热 带雨林将向亚热带地区入侵,而寒温带会向北方针叶林带入
12、侵。寒温带和热带森 林的面积将趋于增加,温带森林面积将减少。因全球变暖而扩大寒温带和热带林 面积的趋势预期在总体上将会加大增温地区凋落物的分解速率。温度作为影响生命活动的主导因子,对微生物的数量和酶的活性有着重要影 响,进而对凋落物的分解起着主导作用。大量国外研究结果表明,由于受温度的影 响,凋落物的分解速率呈现明显的气候地带性,各气候带中的凋落物分解速率从 大到小依次为:热带亚热带温带寒温带，徐振邦等对长白山森林典型植被红松 阔叶林-椴树叶分解进行实验分析得出水分条件对于光照条件更会促进凋落物分 解，因此，当气候变暖时，降水增加，在长白山的森林凋落物分解速率会明显提 高，土壤有机质增加，对长
13、白山森林植被生长起到正面作用。4、森林土壤1）气候变化对森林土壤碳库和氮库的影响森林土壤碳作为全球碳循环的重要组成部分，在全球碳收支中占主导地位. 据统计，森林生态系统中土壤碳含量约占全球土壤碳总量的73%，是陆地生态系 统中最大的碳库，也是全球碳循环中重要的碳库。目前几乎所有关于气候变暖对 土壤碳循环的影响研究结果都表明，气候变暖将提高有机质的分解速率，导致土 壤中碳的缺失，并可能有效缓解气候变暖的速率。张金屯关于全球气候变化对氮循环影响的研究表明,随着全球气候的变化,土壤有机氮库储量将减少,但在不同的生态系统中,其变化是不平衡的。2）气候变化对森林土壤呼吸的影响温度升高一般会促进土壤CO2
14、的排放，这是碳循环与全球变暖之间的一个正 反馈效应。李玉宁等的研究表明全球变暖使分解作用受温度限制的地区（比如北 方森林和苔原地区）减少，扩大了全球土壤呼吸的范围,加快了 CO2从土壤中的释 放，使土壤日益成为CO2进入大气的“源”大量研究证明，寒冷气候环境的北方 森林和苔原地区土壤碳的损失最大。有机质在寒冷地区土壤中累积，形成最大的 有机碳库。全球变暖会使长白山森林土壤中的CO2排放出，在一定程度上再次加 重了全球变化对长白山森林的影响。但气候变暖在短时间内尽管可以刺激土壤呼 吸产生大量的CO2，但增温并不能长期使土壤呼吸持续地增加，即随增温时间的 延长土壤呼吸对温度变化表现出一定的适应和驯
15、化现象，从而降低或缓和陆地生 态系统对全球变暖的正反馈效应。和大多数森林一样，当气候变暖时会造成长白山森林土壤碳和氮的缺失，根 据资料分析长白山处于东北地区，气温相比较低，在一定程度上促进了土壤CO2 的排放，土壤中碳的减少势必会影响森林生长，CO2的增加对森林植被又会发生 作用力。5、森林物种及生物多样性气候变化通过温度协迫、水分协迫、物候变化、日照和光强变化等途径来改 变森林生态系统的组成。在自然界，每一个森林生态系统中都包含着众多的物种， 虽然它们生长在同一个气候条件下，但它们对气候变化的适应能力是不同的。气 候变化对森林生态系统结构和组成的影响是各种因素耦合作用的结果，气候变化 使一些
16、树种退出原有的森林生态系统，而一些新的物种侵入到原有的系统中，从 而改变原有森林生态系统的组成和结构。如徐德应等的研究，到2030年气候变 化后，兴安落叶松分布区的西北部将有一些地区适合兴安落叶松生存，而在分布 区的东南缘，兴安落叶松将消失。同时生物多样性平衡被打破，物种迁移、入侵 甚至灭绝，直接影响森林生态功能和生物的多样性。全球气候变化将造成东北地区湿润森林界线北移，面积明显缩小，寒温带湿 润森林将北移出我国东北地区。对于长白山区来说，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
