黄土高原森林生态系统对气候变化的响应和适应性研究

The effects of climate change on forest ecosystem are complicated. The capacity of forests to adapt to climate change varies greatly by forest origins (natural forest and plantation). Discussing of current management of natural forest ecosystem and plantation ecosystem and their adaptation to future climate change can help us to maintain and improve forest ecosystem services. The proposal research focus on the impacts of global climate change on forest ecosystem on the Loess Plateau of China through, (1) analyzing and comparing the impacts of future climate change on succession of natural forest ecosystem and plantation ecosystem; (2) simulating and predicting response mechanism of forest ecosystem services (including forest carbon reserve, water conservation, soil conservation and biodiversity) and (3) making optimal management plans, which adapt to future climate change, for maintaining comprehensive benefits of natural forest ecosystem and plantation ecosystem. It is a new paradigm combining the traditional forest management with ecological process-based model to adjust forest ecosystem for adapting future climate change. Moreover, it is significantly practical for eco-environment construction and sustainable development of ecosystem on the Loess Plateau of China.

气候变化对森林生态系统的影响和作用错综复杂，不同起源（天然林和人工林）的森林生态系统对气候变化的适应能力存在很大差异。当前的天然林生态系统和人工林生态系统经营管理措施是否能应对未来气候变化，同时维持并提高生态系统服务功能仍有待商榷。本研究围绕全球气候变化背景下的黄土高原森林生态系统变化特征，（1）分析对比气候变化对不同起源的森林生态系统演替规律的影响；（2）模拟和预测气候变化背景下，不同起源的森林生态系统服务功能（森林碳储量、水源涵养、土壤保持和生物多样性）响应机制；（3）针对不同起源的森林生态系统分别提出适应未来气候变化的经营管理方案，维持并发挥森林生态系统服务功能综合效益。本项目将传统的森林经营和生态过程模型模拟相结合，是调整森林生态系统适应气候变化的新方法，对黄土高原生态环境建设和可持续发展具有实践意义。

森林向人类提供了重要的生态系统服务，是应对气候变化的有效途径之一。为了进一步提升森林生态系统服务功能，我国相继实施了一大批生态工程，植被覆盖度大幅提高，森林生态系统服务功能也在不断增加。目前，森林受到气候变化的影响，生态系统响应复杂，生态系统适应性研究相对不足，无法满足可持续发展决策的需要，亟需建立能够适应气候变化的森林生态系统管理体系。本项目以黄土高原为研究区，选择典型天然林和人工林生态系统为研究对象，通过集成生态系统过程模型、景观变化和生态系统服务评估等手段，量化了气候变化对森林生态系统结构和功能的影响、研究了二者之间的差异，最后制定了气候变化与森林扰动背景下的森林经营管理措施方案。研究主要取得以下结果与结论：①气候变化对森林生态系统造成巨大影响。模拟期间，在RCP 8.5情景下全球变暖将导致黄土高原森林地上生物量急剧下降，气候不变情景下地上生物量随时间的变化最小；②气候变化和扰动都会对森林地上生物量产生负面影响；③干旱和气候变化对虫害扰动导致的死亡率影响很大，气候变化和较长的干旱时长都会增加虫害导致的树木死亡率；④干旱和虫害共同作用进一步使林龄幼年化，增加了森林景观破碎化程度；⑤干扰增加导致景观组成同质化，并且增加了针叶树组成；⑥人工林生态系统比天然林生态系统对气候变化的适应能力要差得多；⑦生态系统服务的供给量和时间稳定性之间存在着权衡关系，且气候变化对景观的生态系统服务供给的稳定性有明显的影响。在3年执行期内，项目发表论文8篇，其中SCI论文6篇，中文核心2篇，2篇SCI论文待发表，完成预期目标。项目基于森林景观动态模型、生态系统过程模型和生态系统服务评估模型，能够有效地模拟森林生态系统与气候变化之间的相互作用过程，为评估我国森林生态系统适应性提供科学支撑。