小兴安岭阔叶红松林位于我国东北温带森林区,半个世纪以来为国家建设提供了大量的木材。长期过量的采伐严重降低了阔叶红松林的质量,大部分阔叶红松林退化为过伐林、次生杨桦林。由于人类对红松松籽的采食,加之红松的天然更新较差,导致其优势度急剧下降。恢复红松的优势地位是当前东北地区温带森林管理的重要目标。为了恢复阔叶红松林、增加森林蓄积量,国家林业局先后于1998年实施了天然林资源保护工程、于2015年实施全面停止天然林商业采伐政策。目前小兴安岭森林较为年轻,以中龄林为主,有着较高的固碳潜力。在没有干扰发生的情况下,大量次生杨桦林会在未来50-100年内陆续达到寿命死亡,从而造成森林地上生物量的损失。损失的生物量是否会超过森林生长累积的生物量而降低小兴安岭林区森林地上生物量的累积速率?干扰发生有利于维持森林景观的多样性,而停止商业采伐减少了对森林景观的干扰,是否会降低景观水平森林组成和结构的多样性?此外,停止商业采伐是否利于恢复地带性树种红松的优势地位?尽管多个大气环流模型预测阔叶红松林区未来温度和降水均呈增加趋势,将有助于红松生长,但是这些预测结果在不同季节存在差异,并且温度和降水均升高的情况下是否会发生干旱胁迫尚不清楚。未来气候条件的不确定性增加了恢复地带性树种红松优势地位的不确定性。普遍接受的应对气候变化管理策略包括抗性管理和适应管理,其中抗性管理策略注重减少林分密度,适应管理策略注重增加森林组成和结构的多样性。气候变化背景下,红松对不同应对气候变化管理策略的响应如何尚不清楚。此外,调整采伐限额、分类经营、停止商业采伐等一系列措施减少了木材经济收入。鉴于松籽的经济价值,松果采摘更加成为阔叶红松林区重要的收入来源。已有研究表明松果采摘是当前影响红松更新和优势度的重要因素。气候变化将会促进红松的生长和建群,而松果采摘将会直接减少红松的种源丰度,进而会对红松的优势度和更新产生不利影响。未来气候变化背景下松果采摘如何影响红松的优势度和更新尚不清楚。气候变化能否抵消松果采摘对红松优势度和更新的不利影响?演替、松果采摘和气候变化哪个是影响红松优势度和更新变化的主导因素?松果采摘是否减缓了红松分布前缘向高纬度地区迁移?本文基于四个空间分辨率较高的大气环流模型(GFDL-CM3,HadGEM2-ES,MIROC5和MRI-CGCM3)在RCP8.5情景下预测的未来气候逐日数据和当前气候逐日数据参数化了生态系统过程模型LINKAGES(3.0),以模拟树种和森林生产力对气候变化的响应;基于林相图等森林调查数据和树种生物学特性等数据参数化了森林景观模型LANDIS PRO(7.0),以模拟演替和干扰(采伐和松果采摘)等对森林组成和结构的影响。本文通过耦合LINKAGES模型和LANDIS PRO模型回答了以上科学问题。本文以天然林保护工程实施的分类经营管理方案作为基准,评价了全面停止商业采伐政策对小兴安岭阔叶红松林的影响。然而长期停止商业采伐可能会降低景观水平森林组成和结构多样性。鉴于停止商业采伐的潜在风险,本文考虑通过增加抚育缓解该潜在风险。因此本文设计了分类经营管理、停止商业采伐和增加抚育三个管理情景,应用上述模型耦合框架在当前气候背景下评价了全面停止天然林商业采伐政策对小兴安岭阔叶红松林树种组成和结构的影响,同时利用森林调查数据对模拟结果进行了验证。降低林分密度或者增加森林组成和结构多样性经常被考虑来应对未来气候变化。一般看来,降低林分密度能够减少树种对光、水分等资源的竞争,因此能够用来维持当前树种组成;通常认为高的组成和结构多样性能够确保森林有更广泛的潜力以应对未来气候变化的不确定性。本文设计了基准管理情景(无管理)、抗性管理情景(减少林分密度)、适应管理情景(增加森林组成和结构多样性)三种管理情景,通过模型耦合在四个大气环流模型预测的RCP8.5情景下评估了应对气候变化的森林管理策略对小兴安岭阔叶红松林中红松优势度和更新的影响。本文设计了气候变化(当前气候、RCP8.5情景两个水平)和松果采摘(有、无两个水平)两因素的全因子实验,通过模型耦合在四个大气环流模型预测的RCP8.5情景下评估了松果采摘对小兴安岭阔叶红松林中红松优势度和更新的影响。主要得出以下结论:(1)LANDIS PRO模型模拟2010年的总截面积与同期森林调查数据有着较高的相关性(r=0.71)并且存在显著的线性关系(p<0.05),方差分析也表明两者之间没有显著差异(F=1.90,p=0.17>0.05),因此模型模拟的总截面积具有较高的可信度。对树种截面积的方差分析结果也表明各个树种模拟值与观测值之间没有显著差异(p>0.05),因此模型对树种组成的预测也较为可信。(2)停止商业采伐利于提高老龄林丰度、增加区域碳储量。但是长期停止商业采伐会导致森林地上生物量累积速率降低,不利于恢复小兴安岭林区红松等珍贵受保护树种的优势度,此外也不利于森林提供多样化的生境,进而可能不利于维持区域生物多样性。增加抚育一定程度上缓解了停止商业采伐的不利影响。但增加抚育优先采伐小树,未能缓解小兴安岭森林中老龄林自然死亡而导致生物量累积速率降低的不利影响。(3)气候变化背景下红松对不同管理策略响应的不确定性随着时间是逐渐增加的,并且更新决定了红松对不同管理策略响应的不确定性存在滞后现象。抗性和适应管理策略对红松优势度和更新的有利影响存在区域差异,珍贵受保护阔叶树种与红松之间的竞争抵消了抗性和适应管理策略的积极作用。适应和抗性管理策略均明显促进了红松分布前缘向高纬度地区迁移,而对其分布后缘影响较小。由于适应管理策略最能够促进红松的优势度和更新,因此未来气候变化情景下推荐使用适应管理策略来恢复红松的优势地位。(4)松果采摘降低了红松的优势度、减少了其更新。气候变化能够缓解但未能抵消松果采摘对红松更新的不利影响,能够在短期、中期内抵消松果采摘对红松优势度的不利影响,但是在长期未能抵消。演替是影响红松优势度变化的主导因素,在模拟短期内演替对红松更新的重要性显著高于松果采摘,而在模拟中期、长期内松果采摘对红松更新起着主导作用。气候变化始终没有对红松优势度和更新起到主导作用。松果采摘和气候变化对红松优势度的影响均存在滞后性。尽管气候变化促进了红松向高纬度地区迁移,但是松果采摘减缓了迁移的趋势,这将不利红松改变其分布范围以适应未来气候变化。(5)鉴于停止商业采伐潜在的不利影响,因此不能够长期停伐,停止商业采伐40年后可以考虑采伐一些老龄林以避免因先锋树种自然死亡而导致森林地上生物量的损失。不能为了最大化森林地上碳储量而保存过多的老龄林,既要保证森林能够维持高水平的固碳量,也要注重增加森林的固碳潜力。此外,采伐老龄林可以释放大量生长空间,有利于维持高水平的森林组成和结构多样性,进而可以提高小兴安岭阔叶红松林适应未来气候变化的能力。松果采摘严重阻碍了红松更新、降低了其优势度,未来在天然红松林中必须严格限制松果采摘等人为干扰,以确保红松在气候变化背景下依然能够恢复和维持其优势度和更新。