全球气候变化对长白山北坡森林影响综述

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，20 世纪全球的平均气温升高0.6°C。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′N～42°

36′N,126°55′E～129°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,6～9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-7.3-4.9℃

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、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向高差异性扩张（p＜0.05）。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0.5～2.0℃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1999~2008 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,