皆伐干扰对瑞典北部森林气候敏感性的长期影响研究

《Forest Ecology and Management》：Disrupting tree continuity through clearcut forestry can alter the climate sensitivity of future tree growth in northern Sweden

本研究针对皆伐作业中断树木连续性可能加剧森林气候敏感性的问题，通过对比瑞典北部约60年前皆伐再生林与长期未受皆伐干扰的森林，系统分析了树木年轮宽度对气象波动（特别是2018年极端干旱）的响应差异。结果表明，皆伐再生林对温度升高和降水变化的响应更敏感，且在2018年干旱中生长下降幅度（19%）显著高于非皆伐林（11%）。该研究揭示了皆伐通过降低树木平均年龄、加速早期生长等途径削弱森林抗旱能力的潜在机制，为 boreal 生态系统适应性管理提供了关键科学依据。

　　

随着全球气候变暖加剧， boreal （寒温带）森林作为地球上最大的陆地碳库之一，其生长动态对气候变化的响应已成为生态学研究的热点。传统观点认为升温会促进高纬度地区树木生长，但近年来越来越多的观测数据显示，北欧 boreal 森林的生产力反而出现下降趋势。这种矛盾凸显了气候-森林相互作用的复杂性，其中人类活动尤其是森林管理方式的影响尚未被充分认知。在瑞典北部等地，皆伐（clearcutting）作为主流林业实践，大规模中断了森林的树木连续性，这种干扰是否会改变未来森林对气候波动的敏感性，成为亟待解答的科学问题。

为探究这一问题，瑞典农业科学大学生态学系的 Andreas Lundgren、Gustaf Granath 和 Joachim Strengbom 在《Forest Ecology and Management》上发表研究，通过对比分析北部地区9片约60年前经历皆伐后再生的森林（Clearcut forests）与9片从未经历皆伐（但曾受择伐影响）的森林（Non-clearcut forests），系统评估了二者在树木生长对年际气象变异响应上的差异，并重点检验了2018年极端干旱事件的影响。研究发现，皆伐不仅改变了森林的结构特征，更显著提升了其气候敏感性，为理解人为干扰如何调制森林-气候反馈提供了关键证据。

研究团队主要依托以下几项关键技术展开工作：首先，在18片森林样地中各设置3个圆形样方，使用树木年轮钻采集所有胸径大于5厘米树木的样芯，通过专业软件（如 R 包 MtreeRing 和 dplR）测量并去趋势化处理年轮宽度（TRW），生成年轮宽度指数（RWI），确保数据质量（如计算系列间相关性 Rbar 和表达群体信号 EPS）。其次，利用瑞典气象水文研究所（SMHI）的长期气象数据（温度、降水、标准化降水蒸散指数 SPEI），结合林内埋设的土壤温度记录仪（监测10厘米深处温度波动）和土壤有机层采样（通过灼失量法测定有机质含量），量化环境驱动因子。最后，采用线性混合模型分析生长-气候关系，并运用介导分析（mediation analysis）框架解析皆伐影响干旱抗性的潜在路径（如树木年龄、早期生长速率、土壤特性等）。

3.1. 树木与土壤特征

分析显示，非皆伐林的平均树木年龄（99±4.3年）显著高于皆伐林（49±1.6年），且年龄和尺寸异质性（以变异系数 CoV 衡量）也更大。皆伐林中树木的早期生物量积累速率（20年内均值1.77±0.1千克/年）远高于非皆伐林（0.55±0.0千克/年），但其后期生长趋于平缓。土壤方面，两类森林的有机质含量无显著差异，但非皆伐林土壤温度变异性略高（CoV: 160±6.2 vs. 138±3.2）。

3.2. 生长敏感性

在个体树木水平上，两类林的年际生长变异性（平均敏感度）相近；但在林分尺度，非皆伐林的整体生长稳定性更高（平均敏感度3.38±0.2 vs. 4.43±0.2），表明其内部树木生长具有互补性，部分个体的低生长可被其他个体的高生长抵消。

3.3. 气象波动的影响

皆伐林生长对温度和降水变化的响应更强烈：高温（尤其是上年秋季和当年8月）对其生长的抑制作用更强，而降水与SPEI（特别是当年夏季）的促进作用也更明显。例如，温度每升高1°C，皆伐林RWI下降幅度比非皆伐林多0.5–1.2%；降水每增加1毫米，其RWI提升幅度高出0.3–0.8%。

3.4. 2018年干旱的影响

2018年极端干旱期间，皆伐林的抗旱性（resistance）显著更低（生长下降19% vs. 11%）。介导分析表明，这种差异主要与皆伐林树木平均年龄较低、早期生长过快有关（介导比例分别达30%和25%）。尽管皆伐林在干旱后恢复速率（recovery）更高（1.17±0.0 vs. 1.03±0.0），但因干旱期间损失更大，两类林的总体恢复力（resilience）无显著差异。

该研究通过多维度数据验证了皆伐作业会通过降低树木年龄异质性和加速早期生长，削弱 boreal 森林对气候波动（尤其是极端干旱）的缓冲能力。尽管土壤有机层厚度等因子在本次研究中未显示显著介导作用，但树木自身特性（如年龄结构与生长策略）的改变无疑是关键路径。这一发现不仅解释了为何近年北欧 boreal 森林出现生长衰退，更警示当前以皆伐为主导的林业管理可能加剧未来气候变暖的负面效应。作者强调，亟需进一步厘清皆伐影响生态韧性的内在机制（如根系动态、水分利用效率），并探索能够提升森林气候适应性的替代管理方案，以维护 boreal 生态系统的碳汇功能与木材生产可持续性。