沙地樟子松天然林分布于大興安嶺西麓呼倫貝爾沙地南端，核心分布區(qū)位于紅花爾基地區(qū)，形成長(zhǎng)約 200 km、寬14-20 km，呈東北向西南走向的間斷分布林帶。該林帶是呼倫貝爾沙地南端的重要生態(tài)屏障，對(duì)遏制草原牧場(chǎng)沙化擴(kuò)張、維系呼倫貝爾草原生態(tài)平衡發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用。另外，沙地樟子松具有耐寒、耐旱、耐貧瘠、適生沙地和速生等優(yōu)良特性，1955 年首次引種到科爾沁沙地南緣用于防風(fēng)固沙造林，取得巨大成功;目前，已引種至三北地區(qū)13個(gè)省區(qū)300余縣，是三北工程中最重要的常綠針葉造林樹(shù)種。因此，沙地樟子松天然林也是三北工程中沙地樟子松人工林的母樹(shù)林及該林種構(gòu)建與經(jīng)營(yíng)的參照林。

然而，自2018年開(kāi)始，紅花爾基地區(qū)的沙地樟子松天然林出現(xiàn)枝葉變黃、繼而整株萎蔫、最后枯死等衰退現(xiàn)象，引起廣泛關(guān)注(圖1)。盡管這種衰退現(xiàn)象已有詳實(shí)記錄，但是其衰退機(jī)制仍然不清楚。基于沙地樟子松天然林衰退過(guò)程和現(xiàn)狀，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所北方生態(tài)屏障功能形成維持機(jī)制與提質(zhì)增效創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，提出2個(gè)相互關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)沙地樟子松天然林衰退的假設(shè)：(1)人為防火措施延長(zhǎng)了自然林火發(fā)生的間隔期，導(dǎo)致林內(nèi)病原菌富集和害蟲(chóng)數(shù)量增多，從而引發(fā)樟子松天然林出現(xiàn)衰退現(xiàn)象;(2)氣候變化導(dǎo)致沙地樟子松天然林區(qū)冬季氣溫升高，引起冬季積雪變薄或積雪覆蓋時(shí)間縮短，造成早春積雪融水補(bǔ)充土壤水分量減少，致使樟子松天然林生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期土壤水分不足，導(dǎo)致樹(shù)木生長(zhǎng)勢(shì)衰弱;招致病蟲(chóng)害侵染，加劇樹(shù)勢(shì)衰弱程度，進(jìn)而引起沙地樟子松天然林出現(xiàn)衰退現(xiàn)象。

圖1 沙地樟子松天然林衰退特征

為驗(yàn)證上述假設(shè)，研究團(tuán)隊(duì)基于無(wú)人機(jī)多光譜影像反演了不同林火缺失時(shí)間的沙地樟子松天然林綠色歸一化植被指數(shù)(Green Normalized Difference Vegetation Index，GNDVI，表征健康程度)，并結(jié)合氣象站與遙感反演獲取的長(zhǎng)期溫度、降水及冬季積雪動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)(1960–2024年)進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明，2018年是年降水量與平均溫度顯著突變年份，此后年份的年降水量和平均溫度均顯著高于2018年之前的平均水平。該氣候轉(zhuǎn)折點(diǎn)與沙地樟子松天然林衰退發(fā)生在時(shí)間上高度吻合。隨著林火缺失時(shí)間增加，沙地樟子松天然林GNDVI顯著降低(圖2)，表明沙地樟子松天然林衰退程度隨著林火缺失時(shí)間增加逐漸加重。另外，1960-2023 年間，冬季平均氣溫顯著升高，尤其自1987年之后。與 1960-2017 年冬季平均氣溫、積雪覆蓋天數(shù)和積雪覆蓋厚度相比，2018-2023 年冬季平均氣溫升高 1.8 ℃、積雪覆蓋天數(shù)減少23天，積雪覆蓋厚度變薄7.6 cm(圖3)。上述研究結(jié)果證實(shí)沙地樟子松天然林衰退是由人為防火措施擾亂自然林火發(fā)生頻率和氣候變化驅(qū)動(dòng)的積雪減少共同作用所致?；诖?，提出通過(guò)適度人為干擾促進(jìn)衰退樟子松天然林恢復(fù)對(duì)策。有關(guān)火干擾與氣候變化驅(qū)動(dòng)沙地樟子松天然林衰退的核心機(jī)制正在研究中。

圖2 沙地樟子松天然林林火缺失時(shí)間與綠色歸一化植被指數(shù)(GNDVI)關(guān)系

圖3沙地樟子松天然林區(qū)1960-2022年冬季積雪覆蓋天數(shù)(a)和積雪覆蓋厚度動(dòng)態(tài)(b)

研究成果以“Anthropogenic fire suppression and climate change-driven winter warming inducing the dieback of natural Pinus sylvestris var. mongolica forests on sandy land”為題，于2025年10月發(fā)表在Forest Ecology and Management期刊上。沈陽(yáng)生態(tài)所宋立寧研究員為第一作者，博士生張洺溪為共同第一作者，朱教君研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32192435/32471971)和遼寧省科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2023JH1/10400001)等的資助。