概述

本研究探讨了在全球气候变暖的背景下，中国应如何选择适合的林业实践地。中国长期以来通过大规模的造林与再造林项目成功提高了森林覆盖率，并对气候变化缓解起到了积极作用。然而，这些项目也伴随了一些地方性的问题，如树种选择不当导致的种植失败。本文利用机器学习方法，结合气候变化情景，预测了中国各地适合森林、草地、灌木丛以及沙漠的潜在栖息地，并对不同气候变化情景下的未来森林分布进行模拟。研究表明，中国东部，尤其是胡焕庸线以东的区域，是未来森林化的主要目标区域。同时，气候变化将引发森林的范围转移，尤其是东部地区的草地和灌木丛将向森林转变。这一预测为中国在全球变暖背景下的林业实践提供了重要参考。

01 林业项目的失败与气候变化的关系

研究发现，早期中国的森林化项目，尤其是胡焕庸线附近地区，因选用了不适应当地环境的外来树种而导致了大量的失败。这些失败通常表现为树木生长不良或存活率低，土壤水分亏损和土壤碳减少等环境问题。

图1：中国现有自然顶级植被类型的空间分布及在当前基准气候（1970-2000年，1980年代）和未来气候（2061-2080年，2070年代）下的各植被类型预测空间分布。

02 气候变化对森林分布的影响

气候变化对森林分布的影响已经显现，特别是森林迁移的加速。研究表明，气候变暖促进了森林向较高纬度和较高海拔的地区扩展。本文还通过对森林迁移的案例分析，证实了气候变化导致森林向上坡迁移的趋势，尤其是在中国的高山和亚高山地区。

图2：未来气候情景（2061–2080年，2070年代）下与当前基准气候（1970–2000年，1980年代）相比，森林化潜力（森林栖息地）空间分布的预测变化，以及由近期气候变化引起的森林范围变化（<150年；参见表S6中的参考文献）和由于选择不适应的树种导致的森林化失败（插图）。虚线表示胡焕庸线（也称为河西腾冲线），该线目前是中国湿润与干旱地区的分界线。

03 预测未来森林适宜区域

在未来气候变化的情境下，研究预测了森林适宜区域将主要集中在胡焕庸线以东，尤其是由草地和灌木丛转变为森林的区域将增加。这一预测不仅与气候变化的普遍趋势一致，也与历史上的森林范围变化相符。

图3：不同森林类型对气候变化的响应——上坡迁移速率（a），以及气候变暖速率与迁移速率之间的关系（b–d）。MAT，年平均气温；MGT，生长季节（4月–9月）平均气温；MNT，非生长季节（10月–3月）平均气温。Pearson相关系数（R）和显著性水平显示在（b–d）。 Kruskal-Wallis检验（p = 0.038）结合Dunn事后检验用于比较不同森林类型之间的迁移速率差异（a）。水平线表示均值。

04 适应性林业管理的重要性

研究强调，面对气候变化的挑战，适应性林业管理变得尤为重要。选择合适的树种和种植地点，以及采取适当的森林管理策略，将是确保林业实践成功的关键。

图4：和弦图总结了每种植被类型从1980年代（1970-2000年）到2070年代（2061-2080年）之间相互转化的百分比（%）。箭头表示从1980年代到2070年代的转化方向，箭头的宽度与相应植被类型的面积成比例。

图5：相对于当前基准期（1970-2000年，1980年代），16种植被类型在正常期（2061-2080年，2070年代）经纬度和海拔分布的预测变化。

本文采用了机器学习中的随机森林算法（RF），基于1970–2000年的气候数据，结合未来2061–2080年的12种气候变化情景，预测了中国各区域的森林栖息地分布。为了验证模型预测结果，研究还收集了大量关于森林迁移和森林化失败的文献，分析了气候变化导致的森林迁移证据，并对不适宜树种选择导致的森林化失败进行了系统性总结。此外，通过分析过去150年森林迁移的实地案例，研究验证了未来森林分布变化的趋势。所有预测结果均采用了集合学习方法，并在空间尺度上提供了详细的区域分布图。

引用

Zhang, L., Sun, P., Huettmann, F., & Liu, S. (2022). Where should China practice forestry in a warming world? Global Change Biology, 28(8), 2461-2475. https://doi.org/10.1111/gcb.16065

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