中欧森林扰动后树木再生稳健但未来气候适应性不足:基于849个样地的多国研究

《Global Change Biology》:Tree Regeneration After Unprecedented Forest Disturbances in Central Europe Is Robust but Maladapted to Future Climate Change

【字体: 时间:2026年02月08日 来源:Global Change Biology 12

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  本研究通过调查中欧10国849个样地,发现2018-2020年极端干扰后森林表现出强恢复力(再生密度中位数4750株/公顷),但75%再生树木到世纪末将超出其气候生态位。研究揭示降水、干扰强度和林缘距离是再生关键驱动因子,强调当前再生组成与未来气候存在严重错配。

  
引言
2018-2020年中欧地区经历了近170年来最严重的森林干扰事件,由干旱和树皮甲虫爆发导致的大规模树木死亡引发了人们对森林恢复力的关注。森林恢复力指森林在干扰后恢复到结构和功能上等同于干扰前状态的能力。干扰后的重组窗口期对生态系统未来数十年的发展具有决定性影响,早期树木建立阶段特别容易导致不同的恢复轨迹。
材料与方法
研究团队基于欧洲森林干扰图识别出中欧10国的干扰热点区域,采用系统抽样法设置849个样地(包含4245个4平方米的亚样方)。每个样地记录树苗(0.2-2米高)、幼树(>2米高且DBH<10厘米)和成熟树(DBH≥10厘米)的数量和树种。研究结合气候数据、土壤特性(如粘土含量、氮可用性)和干扰特征(如干扰强度、距林缘距离),使用广义可加模型(GAMs)分析再生驱动因子,并利用过程模型iLand和物种分布模型(SDMs)评估未来发展趋势。
结果
早期干扰后树木再生状况
中欧温带森林表现出强大的恢复力,干扰后3-5年再生密度中位数为4750株/公顷,仅7%的样地无再生。84%的再生个体为树苗,14%为幼树。最常见的再生树种是欧洲云杉(Picea abies,出现在48.1%的样地),其次是欧洲山毛榉(Fagus sylvatica,29.1%)和欧洲栎(Quercus robur/petraea,27.9%)。样地水平树种丰富度较低,19.1%的样地仅有一个树种。
再生驱动因子
气候、环境和干扰变量共同影响再生密度。年降水量每增加100毫米,再生密度平均增加9.3%。温度和降水存在显著交互作用,温度较高时降水的正效应更强。粘土含量(土壤持水能力指标)与再生密度正相关。干扰强度与再生密度正相关,而距林缘距离与再生密度负相关——距离林缘250米处再生密度降至50米处的57%。6.7%的样地表现为延迟再生(无再生),26.7%为先进再生(>1000株/公顷且高度>2米)。延迟再生样地年降水量较低、干旱指数(SPEI-1)更负、粘土含量更低。
未来展望
过程模型模拟表明所有干扰地块都能恢复森林覆盖,30年后 stem 密度将收敛于6197-7136株/公顷。但物种分布模型显示,当前再生树木的气候适应性严重不足:在RCP4.5情景下,75%的现存树木到世纪末将超出其气候生态位。欧洲云杉、欧洲花椒(Sorbus aucuparia)和欧洲山毛榉是适应性最差的树种,而欧洲栎、欧洲鹅耳枥(Carpinus betulus)和杨树(Populus sp.)表现较好。
讨论
中欧森林对高强度干扰表现出强恢复力,主要得益于干扰后强再生和先进再生的共同作用。再生成功受气候条件和干扰特征共同影响,干旱是主要限制因子。当前再生组成以水分需求较高的树种为主,与未来 hotter drought 条件不匹配。树种组成的气候适应性滞后现象突出,表明自然适应速度远落后于气候变化速率。研究结果强调需要采取主动适应策略,通过抚育措施促进气候适应型树种的发展,以增强森林对未来气候的韧性。
研究指出干扰事件为森林重组提供了关键机会,林业政策和管理应认识到这些机会并加以利用,以加速气候适应进程。尽管当前再生树木存在气候错配问题,但 robust 的再生确保了生态系统功能和服务在近期得以维持,为向更气候适应的森林过渡提供了基础。
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