气候变化背景下干旱对中国北方森林碳储量的影响

Boreal forests in China is mainly distributed in the Great Xing 'an mountains, which represent about 29.9% of natural forest and account for one third of forest carbon. Previous studies have demonstrated that climate change will evoke changes in carbon stocks of boreal forests by increasing forest productivity and altering species composition. Meanwhile, climate change may increase the frequency and intensity of drought, which will further exacerbate the loss of carbon from boreal forests. Currently, most ecological models do not directly take responses of species to drought and effects of climate change on the frequency and intensity of drought into consideration, which affects boreal forests net primary production, species competition and carbon sequestration capacity. Therefore, without considering these processes, predictions made by ecological models may have high uncertainties. To solve this problem, plant strategies to drought was taken consideration into ecological model. This proposal apply a framework for coupling forest ecosystem and landscape model to simulate the dynamics of carbon stocks, as they changed in response to climate change and drought. Then, we quantify the effects and relative importance of climate change and drought on carbon stocks of boreal forests in the Great Xing' an Mountains northeastern China. The project will help understanding the interacting mechanisms of drought and boreal forests carbon cycle, explore the research frontiers in global change ecology and disturbance ecology, quantify boreal forest carbon and its dynamics, provide scientific basis for assessing the relative importance of boreal forests carbon sequestration in the mitigation of climate changes and forest management policies.

中国北方森林主要分布在大兴安岭地区，占全国森林天然林总面积的29.9%，存储着约1/3中国森林碳储量。现有研究表明未来气候变化可能会改变大兴安岭森林树种组成，提高森林生产力，进而增加北方森林碳储量。然而，受气候变化的影响大兴安岭林区干旱发生的频率将会大幅度增加，可能造成树种大面积死亡，降低森林碳储量。目前大部分研究没有树种对干旱的响应以及气候变化情景下干旱频率和强度变化的影响，导致现有模型的模拟结果可能有很大的不确定性，会在一定程度上高估或者低估区域森林碳储量。因此，本项目在考虑树种对干旱的适应策略基础上，通过耦合森林生态系统模型和森林景观模型来模拟气候变化、干旱及其交互作用下大兴安岭森林碳储量动态变化，揭示气候变化和干旱对森林碳储量的影响，以提高我国北方森林碳储量估算精度，为准确评估我国北方森林固碳在减缓全球气候变化的作用和有效实施森林生态系统管理提供科学依据。

现有研究表明未来气候变化可能会改变中国寒温带针叶林树种组成提高森林生产力，进而增加森林生态系统碳储量。然而，受气候变化的影响大兴安岭林区干旱发生的频率将会大幅度增加，可能造成树种大面积死亡，降低森林碳储量。目前大部分研究没有树种对干旱的响应以及气候变化情景下干旱频率和强度变化的影响，导致现有模型的模拟结果存在较大的不确定性，有可能高估该地区森林碳储量。因此，本项目通过模型耦合和模型-野外调查数据融合的方法来模拟未来100年不同气候变化情景下大兴安岭森林碳储量动态变化，以量化气候变化和干旱对寒温带针叶林碳储量的影响。结果表明：（1）相比过熟林，兴安落叶松老头林在干旱胁迫时采取的水分利用策略更加趋于保守，因此老头林对干旱胁迫也具有更大的抗性；（2）我国寒温带针叶林树种对未来温度和降雨变化的响应取决于树种的性状，即树种对气候变化适应的能力。气候耐受性树种能够适应未来温度和降水量的变化，而气候不耐受性树种比其他树种更容易受到气候变化和干旱的影响；（3）气候变化背景下未来寒温带针叶林干旱频率与强度将继续增加，将会导致大兴安岭森林树种死亡率增加23-36%，有可能降低该地区森林碳储量；（4）大兴安岭森林地上生物量对降水变化的响应比温度敏感；（5）受到气候变化和干旱影响，21世纪林火发生概率和火烧面积的增加将会加速针叶林向温带森林的转变，进而降低2100-2200年大兴安岭林火发生概率和火烧面积；（6）受历史林火和采伐干扰的影响，未来100年中国大兴安岭森林地上生物量随着气变化而增加，干旱会降低该地区森林地上生物量。虽然干旱将会抵消掉一部分由气候变化增加的碳储量，但树木生长仍然能够增加大兴安岭地上生物量。本项目在考虑树种对干旱的适应策略基础上，通过模型耦合方法来模拟大兴安岭森林碳储量动态变化，揭示气候变化和干旱对森林碳储量的影响，为准确评估我国寒温带针叶林固碳在减缓全球气候变化的作用和有效实施森林生态系统管理提供科学依据。