土地利用和气候变化对亚热带人工林影响的相对作用研究

Multiple global changes characterized by land use and climate change have profound effects on forest ecosystems. Subtropical plantations play an important role in regional wood production and ecological functions in southern China, as well as under the pressure of complex environmental changes. Although the effects of land use and climate change have been widely acknowledged, the relative impacts of different land use and climate change on forest ecosystem succession process are not defined. It is necessary to carry out the research on identifying the relative impacts of land use and climate change, to understand the driving mechanism of subtropical artificial plantations dynamic changes under complex disturbances. Based on the methods of forest landscape simulation (LANDIS-II) and multiple scenarios estimation, the relative impacts of land use and climate change on subtropical artificial plantation were quantitatively partitioned, and the possible effects on plantations were simulated under future multiple scenarios of land use and climate change. This study will promote the fusion of interdisciplinary approaches between geography and ecology, and it way provide some supports for adapting to global change, optimizing structure and improving function of subtropical artificial plantations.

以土地利用和气候变化为特征的全球变化已经给森林生态系统带来了深刻影响，亚热带人工林作为我国南方森林的重要组成部分在区域生产和生态功能上发挥着重要作用，同时也经历着复杂的环境变化。尽管过去土地利用和气候变化的影响已经被广泛认知，但是，不同土地利用方式和气候变化在森林生态系统演变过程中的相对作用尚不明确，迫切需要开展土地利用和气候变化影响的相对作用辨识研究，以理解复杂干扰下亚热带人工林生态系统动态变化的驱动机制。本项目拟从景观视角入手，采用森林景观模型LANDIS-II和多情景预估等方法，定量分离土地利用和气候变化在过去人工林变化过程中的相对作用，并模拟未来多情景下土地利用和气候变化对亚热带人工林的可能影响。本研究有助于促进地理学和生态学等多学科理论方法的交叉融合，并为亚热带人工林适应气候变化、结构优化和功能提升提供科学依据。

土地利用和气候变化已经给森林生态系统带来了深刻影响，尽管这种影响已经被广泛认知，但是，不同土地利用方式和气候变化在森林生态系统演变过程中的相对作用尚不明确。因此，本项目从森林景观视角入手，基于多模型综合模拟的研究框架建立土地利用和气候变化对亚热带人工林生态系统影响的研究方法，通过控制变量和干扰驱动模块实现不同驱动力对森林景观动态影响的定量辨识，完成了土地利用和气候变化对森林结构和生物量变化的归因分析，并模拟在不同情景下该区域森林生态系统是否会出现重要生态转折点的问题。主要结果表明：（1）土地利用变化对典型区森林结构和生物量的影响远大于气候变化，林地转变对森林景观变化的相对贡献更大，但其贡献率随时间变化在逐渐降低，而森林采伐的贡献逐渐增大，气候变化的正效应也在逐渐增加；（2）阔叶林和针叶林对人类活动干扰存在一定的响应差异，针叶林受各类干扰的影响更大，以土地利用和采伐为主要代表的人类活动干扰使森林景观破碎化显著提高，斑块密度增加了139.5%。在未来的短期内，气候变化将对亚热带森林生长和生物量聚集有促进作用，尤其是对亚热带针叶林。对比两个不同纬度下的典型区域，纬度位置更低的龙南县比泰和县对气候变化有着更强烈的响应，森林面积和地上总生物量都减少的更多，森林景观变化更加剧烈；（3）尽管研究区的森林地上生物量在未来可能的气候变化和采伐情景下2300年以前未达到生物量增长的临界点，但是总森林地上生物量的增长斜率在2100年和2200年左右出现了明显的下降趋势。适度的气候变暖将有利于森林生物量的积累，但是在高排放（RCP8.5）情景下将出现森林地上生物量降低的现象，尤其是人工林分布的地区减少的较为明显。本研究的相关数据和结果有助于促进地理学和生态学等多学科理论方法的交叉融合，并为亚热带人工林结构优化和功能提升，制定减缓和适应未来气候变化的管理措施以及实现碳中和目标的发展战略具有重要意义。