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林及該林種構(gòu)建與經(jīng)營的參照林。

然而，自2018年開始，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程和現(xiàn)狀，中國科學(xué)院沈陽應(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關(guān)鍵時(shí)期土壤水分不足，導(dǎo)致樹木生長勢(shì)衰弱;招致病蟲害侵染，加劇樹勢(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。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32192435/32471971)和遼寧省科技重大專項(xiàng)(2023JH1/10400001)等的資助。