Modelling the Long-Term Effects of Climate Change and Silvicultural Systems on Rockfall Protection: A Case Study from the Slovenian Alps
本研究模拟了斯洛文尼亚阿尔卑斯山脉 200 年的森林动态，旨在证明尽管气候变化改变了物种组成，但与林窗抚育或不进行管理相比，择伐经营在长期岩崩防护方面提供了最具时间稳定性，尽管在两个世纪后林窗抚育提供了最高的平均防护水平。
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在高山地区，森林不仅仅是在生长，它们还扮演着“生命盾牌”的角色。当岩石从陡峭的悬崖上脱落时，树木可以拦截它们，减缓其坠落速度，或者在它们到达下方的村庄和道路之前将其完全挡住。这种保护功能是高山森林提供的关键服务，但它并非永久性的。构成这些盾牌的树木是生命体，会生长、老化并死亡，而它们拦截落石的能力取决于树木的数量、树干的粗细以及树种。现在，气候变化为这一过程增添了一层复杂性。温暖、干燥的条件可能会使某些树木承受压力，而人类关于如何管理森林的决策——是砍伐树木、如何砍伐，还是任其自然——将决定几十年后森林的面貌。森林管理者面临的问题不仅是如何种植木材，还包括如何在气候变化和树木自身发生变化的过程中，让这些天然屏障在未来几个世纪内持续有效地发挥作用。
在斯洛文尼亚阿尔卑斯山脉，一个研究小组通过观察两百年后的未来，试图回答这个问题。他们将目光锁定在利贝尔山口（Ljubelj Pass）上方的一片特定的防护林，这是连接斯洛文尼亚与奥地利的一条重要山路通道。这片森林面积约75公顷，目前以欧洲山毛榉树为主，并有显著比例的挪威云杉。研究人员希望了解在三种不同的管理模式下，这片森林将如何演变：一种是完全不加干预，另一种是采用择伐系统（即移除单株树木以维持连续的林冠层），还有一种是采用盖伐更年术（即分阶段清理部分林区以促进新生长）。他们还想观察如果该地区出现研究预测的变暖且干燥的气候，这些结果会发生怎样的变化。为了实现这一目标，他们并没有等待两个世纪，而是利用强大的计算机模型来模拟整个时期的森林生长情况和落石运动。
研究人员首先使用了一种名为 ForClim 的森林生长模型来模拟树木的发育。他们将2022年实地森林调查的数据（包括树木数量、大小和物种）输入模型。随后，他们在两种气候情景下运行了200年的模拟：一种是气候保持现状，另一种是遵循高排放路径导致该地区显著变暖。在每种气候情景内，他们应用了三种不同的管理规则。模型计算了森林在树木密度、树干尺寸和物种组成方面的变化。例如，在“无管理”情景中，森林任其自然生长与死亡；在“择伐”情景中，管理者会定期移除部分树木，以保持森林结构的多元性和连续性；在“盖伐”情景中，管理者会循环式地清理较大的树木斑块，以便在新空出的空间中让新幼苗生长。
一旦计算机生成了未来的森林数据，研究人员便将这些数据传入第二个名为 Rockyfor3D 的模型。该模型模拟了落石的物理过程。它结合地形、岩石类型和森林结构（特别是树木数量和树干粗细），计算落石撞击地面时的能量。如果岩石撞到树木，它会损失能量；如果穿过缝隙，它则会保持原有的速度。通过比较不同未来情景中岩石的能量，研究人员可以确定哪种管理方式能提供最佳保护。他们不仅观察了森林提供的平均保护水平，还关注了可能导致高能岩石撞击的最坏情况点。
模拟结果显示，在最初的40到60年里，管理方式的选择比气候变化本身更为重要。在短期内，森林的管理方式决定了树木的形态及其拦截落石的能力。然而，从长期来看，气候开始重塑森林的组成。在所有情景中，山毛榉木的数量都有所下降。对干旱敏感的挪威云杉的表现则取决于管理方式的不同。在未管理的森林中，云杉的数量实际上增加了，这可能是因为原本存在的古树能够长期生长并存活。但在受管理的森林中，特别是在变暖的气候下，云杉的数量显著下降。取而代之的是，受管理的森林中出现了更多喜光的树种，如落叶松和松树，以及其他在温暖条件下茁壮成长的阔叶树种。
在保护下方道路方面，结果显示了平均保护能力与一致性之间的明确权衡。盖伐更年术（涉及清理大面积林区）在200年后产生了最强的平均保护力。这是因为模型显示，该系统最终会形成非常密集的幼树林。然而，该系统有一个重大缺陷：它会产生保护力极弱的时期。在更新阶段，即老树被移除而新树尚小时，森林几乎不提供任何防御，导致道路暴露在高能落石的威胁之下。“无管理”方法起步较强，但随着森林老化和树木密度下降，其有效性在两个世纪内逐渐降低。研究人员指出，在现实中这种下降可能会更加严重，因为该模型并未考虑风暴或昆虫爆发等可能瞬间摧毁大片未管理森林的突发灾害。
择伐管理系统脱颖而出，成为最平衡且可靠的策略。虽然它在模拟的最后一年并未提供绝对最高的平均保护力，但它提供了最稳定的长期保护。由于这种方法保持了连续的林冠层并避免了大规模清空，森林从未经历过危险的稀疏期。其保护效果保持稳定，落石撞击道路时的能量极端波动较少。研究发现，气候变化并未改变这些策略的排名；无论气候保持不变还是变暖，择伐系统始终是最稳定的选择。
研究人员得出结论：对于以保护基础设施免受落石影响为主要目标的山地森林而言，择伐系统提供了最佳的长期解决方案。它避免了其他方法所造成的危险间隙，并维持了针对落石的稳定屏障。虽然盖伐更年术在两个世纪后的平均表现看起来不错，但其脆弱期的存在使其对于关键基础设施而言具有风险。研究还强调，尽管气候变化会改变哪些树木生长得更好，但人类管理森林的方式对森林结构及其保护能力有着更直接且更强大的影响。通过选择以维持连续覆盖为目标的管理方式，森林管理者可以确保这些天然屏障即使在环境气候发生变化时，依然能世代有效。
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