Climate warming strengthens the effect of silviculture on ecosystem services in uneven-aged mountain forests
通过使用 Samsara2 模拟器，本研究表明，气候变暖通过加剧光照竞争，增强了异龄山地森林中择伐林业的生产力和经济效率，尽管这些收益往往以降低树木相关生物多样性和简化林分结构为代价。
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高山森林并非静态的景观，而是不断在树木自身与周围气候之间进行微妙平衡的生命系统。在这些崎岖的高海拔环境中，限制树木生长速度的主要因素通常是寒冷。生长季越短，树木发育就越慢，它们在争夺阳光方面的竞争也越艰难。然而，随着地球变暖，这些寒冷的障碍正在降低，可能使树木能够比以往任何时候都长得更快、更大。但自然界中的速度往往并非没有代价。当树木生长加快时，它们对光照的竞争也会变得更加激烈。最高的树木捕捉最多的阳光，投下更深的阴影，从而可能扼杀其较小的邻居。这种动态关系是森林运作的核心方式，尤其是在欧洲，许多山地森林并非通过皆伐和重新种植来管理，而是采用一种被称为“连续覆盖林业”的方法。在这种方法中，林务员仔细选择要采伐的单株树木，旨在保持森林郁闭度完整，维持树龄和物种的多样性，并在保护土壤和储存碳的同时，提供稳定的木材流。未来的关键问题在于，随着气候变化，这种细致的择伐管理是否仍能奏效，或者变暖的世界是否会从根本上改变游戏规则。
为了回答这个问题，研究人员纳西奥·博尚（Nathéo Beauchamp）、乔治·昆斯特勒（Georges Kunstler）和本努瓦·库布德（Benoit Courbaud）并没有等待数十年的现实结果，而是求助于一种复杂的计算机模拟。他们使用了一个名为 Samsara2 的数字模型，它充当了森林的虚拟实验室。该模型追踪单株树木，计算每棵树接收多少光照、生长速度有多快以及何时死亡，这一切都是基于气候与竞争之间复杂的相互作用。团队设定了一个场景，模拟一个由挪威云杉、银冷杉和欧洲山毛榉组成的典型异龄山地森林。他们在三百年的时间跨度内运行了这些模拟，这一时长足以观察森林结构如何演变并趋于稳定。他们测试了两种截然不同的气候情景：寒冷的当前气候和显著变暖的未来气候，同时保持水分供应恒定，以隔离温度的影响。在每种气候下，他们应用了六种不同的管理风格。这些风格范围广泛，从随机采伐到两种特定策略：一种是通过移除小规模、分散的树群来创造适合喜光物种的空隙；另一种则是挑选特定的高价值树木作为“林木树”，并移除其周围的竞争者，以赋予其最大的阳光获取能力。他们还改变了间伐强度，留下的是密集的林分还是较开阔的林分。
模拟结果显示，变暖的气候确实促进了森林生产力，但它改变了森林的内部逻辑，且这种变化高度依赖于森林的管理方式。在变暖的情景中，树木生长得更快，尤其是那些已经取得领先优势的优势种。这种加速生长加剧了对光照的竞争，在巨树与弱势者之间制造了更明显的鸿沟。大树长得更大，而小树面临的压力和死亡率也随之上升，这一过程被称为“自我稀疏”。至关重要的是，研究发现，林务员选择的效果因气候变暖而放大。当管理者使用选择性策略来偏向特定树木时，温暖的气候放大了这些被选定树木的生长优势。例如，当林务员选择特定的云杉或冷杉作为“林木树”并清除其竞争对手时，温暖的气候使得这些选定的树木生长得异常旺盛，从而占据了主导地位。这导致林分中出现了数量较少但体积巨大的针叶树。然而，这种成功伴随着权衡。对这些高价值树木的激进关注，结合变暖的气候，排挤了擅长耐荫的欧洲山毛榉。在选择性管理情景中，山毛榉在温暖气候下几乎被排除在森林之外，而在随机管理情景中，山毛榉仍是森林的重要组成部分。
这些对森林提供服务能力的影响是深远且多变的，具体取决于管理风格。侧重于最大化木材价值的选择性策略在温暖气候中表现出更高的经济效率。通过释放最具价值的树木免受竞争，森林产出了更多高质量的木材，并在这些大型树木的生物量中储存了更多的碳。然而，这种经济收益是以生物多样性为代价的。森林结构变得更加单一，由少数大型针叶树主导，这减少了其他物种可利用的栖息地多样性。相比之下，不针对特定树木的随机管理策略，在温暖气候下维持了更具多样性的物种和尺寸组合，包括较高比例的山毛榉。这种方法产生的森林在高质量木材产量方面较低，但在树木相关的生物多样性和枯死木方面更为丰富，而这些对于许多森林生物至关重要。研究表明，随着气候变暖，不同管理结果之间的差距将会扩大。林务员今天的选择不仅决定了他们能获得多少木材，还将决定森林是成为一个高效、简化的木材和碳生产引擎，还是一个优先考虑生物多样性的复杂、多样化的生态系统。变暖的气候不仅让树木长得更快，它还强化了管理者的掌控力，使得他们应用于森林的具体规则在塑造未来时变得更加强大。
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