气候变化下山地森林落石防护功能的可持续管理：基于茎干尺寸分布优化的适应性策略

推荐：针对气候变化威胁山地森林落石防护功能的长期有效性，研究人员通过整合动态森林模型ForClim与模拟退火优化算法，量化了瑞士不同海拔带保护林的可持续茎干尺寸分布（目标剖面），揭示了气候变暖对高海拔森林再生与生长的抑制作用，并提出了差异化的适应性管理方案（如调整采伐强度与目标DBH），为维持防护功能提供了科学依据。

　　

随着全球气候变化加剧，山地生态系统面临前所未有的压力，其中森林的落石防护功能正受到严重威胁。岩石崩塌是山区对人类生命、财产和基础设施的重大危害，而森林通过拦截、偏转或阻止滚石运动发挥关键防护作用。然而，气候变化导致的极端天气事件频发、土壤水分变化以及树种适应性改变，使得传统森林管理策略的长期有效性受到质疑。瑞士等山地国家长期依赖"可持续防护林管理指南（NaiS）"指导实践，但其基于历史气候条件制定的"目标剖面"（target profile）在气候变化背景下是否依然适用，成为亟待解决的科学问题。

瑞士苏黎世联邦理工学院的研究团队在《Ecological Indicators》发表研究，首次将动态森林模型ForClim与模拟退火优化算法结合，系统评估了瑞士阿尔卑斯山四个海拔带（低山带至亚高山带）防护林的可持续茎干尺寸分布，并提出了气候适应性管理方案。研究通过建立历史气候下的目标剖面，模拟RCP4.5和RCP8.5情景下的森林动态变化，发现高海拔区域因土壤水分减少导致再生受阻，小径级树木数量显著下降。通过优化管理参数（如调整采伐频率、最小采伐DBH等），证实无需根本性改变管理机制即可维持目标森林结构。

研究采用动态森林模型ForClim v4.0.1模拟800 m²样地的树木生长，整合WSL DAYMET历史气候数据和CH2018未来气候情景，通过模拟退火算法优化管理参数（采伐强度、目标DBH等）。使用20个瑞士实验林管理（EFM）样地验证模型，定义森林结构指数（FSI）评估茎干尺寸分布变化。

3.1 历史气候下的可持续目标剖面
模拟显示所有海拔带的茎干尺寸分布均呈反J型，但低山带（710株/公顷）比亚高山带（352株/公顷）具有更高密度。高管理强度下低海拔区域小径级树木（DBH <40 cm）比例更高，而高海拔区域因环境胁迫呈现更平缓的分布曲线。

3.2 气候变化对茎干分布的影响
RCP8.5情景下高海拔区域（高山带和亚高山带）小径级树木数量减少20-30%，主要归因于土壤水分减少导致的再生障碍。低海拔区域因树种更替（如欧洲山毛榉F. sylvatica替代挪威云杉P. abies），茎干分布保持稳定。

3.3 优化管理参数的适应性策略
模拟退火算法提出差异化调整方案：高海拔区域需减少采伐频率（亚高山带延长34年）并提高最小采伐DBH（增加125%），而低海拔区域仅需微调目标DBH（增加1 cm）。优化后FSI显示所有海拔带均可维持目标剖面结构。

该研究首次量化了防护林的可持续茎干尺寸分布，解决了NaiS指南中"可达成目标剖面"缺乏动态量化标准的难题。通过证明管理参数的可调节性，为山地国家制定气候适应性策略提供了直接依据。特别是指出高海拔区域需转向低强度管理以缓解水分胁迫，而低海拔区域可通过树种自然更替维持功能，这一发现挑战了传统均匀管理理念。研究建立的模拟优化框架，为其他生态系统的适应性管理提供了方法论范例。未来需结合具体地形和树种特征，将目标剖面转化为可操作的现场管理指南。