气候变化下法国海岸松(Pinus pinaster Aiton)森林管理优化：基于现代投资组合理论的生物生产力与稳定性平衡研究

本研究针对气候变化对欧洲森林碳汇功能的威胁，以法国西南部Landes de Gascogne百万公顷海岸松人工林为对象，采用过程模型GO+模拟四种管理方案（经典/短周期/长周期/干旱适应）在RCP 4.5和8.5情景下的生产力变化，通过均值-方差优化法构建动态管理组合。结果表明：RCP 8.5下生产力持续下降且波动加剧，而RCP 4.5在2040年出现拐点；最优组合需包含1-4种管理方案，其中干旱管理方案能显著降低年际波动（降幅达50%）。该研究为生产性森林应对气候不确定性提供了量化决策框架。

　　

随着全球气候变化加剧，欧洲森林正面临前所未有的生存挑战。近年来，作为重要碳汇的欧洲森林碳吸收能力突然减弱，这既源于采伐强度增加，更与气候变化导致的干旱频发密切相关。在法国西南部广袤的Landes de Gascogne森林——这片占地百万公顷、以海岸松(Pinus pinaster Aiton)为主的人工林区，气候变化带来的降水模式改变和温度上升已严重威胁其作为生产性森林的经济与生态功能。面对这种挑战，传统静态的森林管理方法显得力不从心，亟需建立能同时兼顾生物生产力最大化与年际稳定性的动态管理策略。

来自法国国家农业食品与环境研究院（INRAE）ISPA研究中心的Lucile Ansaldi团队在《Annals of Forest Science》发表了一项创新性研究。研究人员将金融领域的现代投资组合理论（Modern Portfolio Theory, MPT）引入森林管理，通过量化分析不同管理方案在气候变化下的表现，为这片欧洲重要的人工林区制定了科学的适应性管理方案。这项研究不仅为生产性森林的可持续发展提供了新思路，也为实现《巴黎协定》中森林碳汇目标提供了技术支撑。

研究团队主要运用了三种关键技术方法：1）采用过程模型GO+（包含能量平衡、光合作用等生物物理过程）模拟2006-210年间四种管理方案在两种RCP情景下的生产力变化；2）基于30年滑动窗口计算生产力均值(μ_s,m^p)和协方差矩阵(C)；3）通过CVX-OPT库进行二次规划优化，在土壤持水量（SWC 25/75/125 mm）和降水梯度（800/1200 mm·yr^-1）约束下求解最优管理组合权重(ω)。

研究结果揭示了一系列重要发现：

1. 生产力动态特征：RCP 8.5情景下，模拟显示生产力在2025年后持续下降，年际变异系数超过50%；而RCP 4.5则呈现"峰形"曲线，2040-2060年达到峰值后下降。高土壤持水量（SWC=125 mm）区域生产力比低持水量（25 mm）区域高35%，但年际波动也更显著。

2. 管理方案比较：干旱管理方案（通过水分胁迫指数触发疏伐）展现出最佳稳定性，尤其在SWC=25 mm条件下标准差降低40%；经典管理方案在世纪后半段超越长周期方案成为最高产选择，这种"交叉现象"在湿润地区会提前5-10年出现。

3. 帕累托前沿分析：优化结果显示生产力与稳定性存在显著权衡关系。当风险厌恶系数λ=20时，生产力可达9.4 m³·ha^-1·yr^-1，但标准差达4.8；而λ=0时生产力降至7.1，标准差仅2.8。湿润地区的帕累托前沿范围比干旱地区宽60%，提供更大优化空间。

4. 最优组合构成：高风险承受策略（λ>15）偏好长周期方案（占比70%），而风险厌恶策略（λ<5）则100%选择干旱方案。中间策略呈现多样化组合，如在λ=7时，最优组合包含：SWC=25 mm区域采用长周期方案，75 mm区域混合经典与干旱方案，125 mm区域组合经典与长周期方案。

这项研究的结论部分特别强调，单一管理方案无法应对气候变化的不确定性。研究人员提出"动态适应性管理"框架，建议每30年重新评估管理组合，特别是在林分更新（造林或天然更新）时点。干旱管理方案作为"稳定器"的作用被多次强调，其在所有风险厌恶策略中均占主导地位。值得注意的是，研究也指出当前Landes de Gascogne森林普遍采用的经典管理方案并非最优选择，这为当地林业政策调整提供了科学依据。

该研究的创新价值在于首次将投资组合理论应用于亚区域尺度的森林管理优化，同时考虑了土壤异质性和气候情景的不确定性。提出的动态管理框架不仅适用于海岸松人工林，也可推广到其他单一树种的生产性森林。随着极端气候事件频发，这种兼顾生产力与稳定性的管理理念，对于维持森林碳汇功能、保障林产品可持续供给具有重要实践意义。未来研究可进一步纳入树种混交、连续覆盖林业等更丰富的管理选项，以及生物多样性保护等其他生态系统服务目标。