中国半干旱区东段森林动态及其对气候变化的响应

Semi-arid forest-steppe ecotone is the drought limit for forest distribution, with forests sensitive to climate change. Forest dynamics in this ecotone will strongly impact regional environment. In the meantime, forests have gradually developed adaptation ability to climate change during a long history of forest evolution. In this study, we selected the eastern part of the semi-arid region in China, from Bashang Plateau in Hebei Province to the northern end of the Greater Hinggan Mountains in Inner Mongolia. By combining route survey, remote-sensing image interpretation, in-site observation, tree-ring analysis, and lacustrine sediment analysis, we intend to reveal the spatial patterns and impact factors of forest type, distribution, die-off, and regeneration. We also intend to study the dynamics of forest with climate evolution as well as response and adaptation of forest dieoff and regeneration to climate changes. The following three questions will be focused on: (1) How forest type and distribution responded to past climate change? (2) What kind of roles has vegetation pattern, such as forest patch size, played in the adaptation of forest to climate change? (3) How have factors other than climate, such as soil and fire, impact the responses of forest to climate change in the semi-arid region. This study aims at providing reliable data and scientific bases for prediction of forest dynamics under future climate change as well as regional vegetation restoration.

半干旱区林草交错带是森林分布的干旱极限。半干旱区森林对气候变化敏感，森林动态将对区域环境产生重要的影响。另一方面，在长期的演化过程中，森林对气候变化产生了一定的适应性。本项目选择从河北坝上高原一直到大兴安岭北端的中国半干旱区东段作为研究区，通过路线考察、遥感分析、定点观测、树木年轮分析、湖泊沉积物分析等相结合的研究途径，揭示半干旱区森林类型、分布、死亡和更新的空间格局及其影响因子，在不同的时间尺度上系统地探讨中国半干旱区森林类型和分布随气候条件的变化以及森林死亡和更新对气候变化的响应与适应，重点回答三个科学问题：（1）森林类型和分布变化如何响应过去气候变化？（2）植被格局（森林斑块大小）在森林适应气候变化中起着什么作用？（3）气候以外的因子（土壤、火）如何影响半干旱区森林响应气候变化？本项目旨在为准确预测未来气候变化影响下半干旱区森林的动态提供更可靠的基础，为区域植被恢复提供科学依据。

本课题以气候变化威胁下的中国北方半干旱区东段大兴安岭森林动态为研究对象，着重回答三个方面的科学问题：半干旱区林草交错带的植被格局与气候因子存在怎样的关系？土壤条件在森林响应气候变化中起着什么作用？不同时间尺度森林动态之间存在何种关联？基于遥感分析、湖泊沉积物分析、树木年轮和定位观测相结合的研究手段，本研究在以下方面取得了创新性的成果： .1. 构建了多源数据融合估算林草交错带森林覆盖度的方法，克服了前人基于单一遥感数据估算的局限性，指出气候变化对于研究区过去森林覆盖的贡献在50%以上，提出了火和浅层多年冻土在区域森林更新中的作用模式。.2. 将森林对气候变化的弹性定义为更新和死亡的平衡，分析了研究区不同类型森林的弹性，提出林草交错带森林具有高弹性的新观点；从水力学的角度揭示了研究区多树种的共存机理以及主要造林树种的水分利用策略，为区域植被恢复提供了依据。.3. 计算了区域主要孢粉类群的相对花粉产量（PPEs）和相关花粉源区（RSAP），提升了林草交错带植被重建的准确性；系统地重建了区域植被演化以及植被演化与土壤动态之间的关系，提出了浑善达克沙地可能作为冰期油松避难所、晚全新世森林的垂直带迁移、森林向草地的转变是土壤风蚀最强的时期等新认识。.4. 揭示了不同时间尺度森林动态之间的关系，提出了冻土退化对湿地森林生长的抑制作用，推断了当前快速变暖导致了湿地森林的快速改变，其变化程度超过了过去千年以来的任何一个时期。.5. 将区域研究和大陆以至半球尺度研究结合，从降水的季节格局探讨了半干旱区森林生长对于气候变化和极端气候事件的响应，发现中国半干旱区东段冬季积雪对生长期前期水分限制的补偿作用有限，从而对树木生长的影响有限。.通过本课题，共发表论文54篇，含17篇本领域高水平刊物论文，3篇论文高被引；成功组织国际学术研讨会1次，国内学术研讨会多次；与国际同行开展了广泛的交流，也与研究区各国家级保护区建立了良好的合作关系，促进了研究成果与保护区实践的结合。