保护森林生态环境研究的新进展
一、研究森林生态变化及其影响的新成果
（一）探索森林面积与高山树线演变的新信息
1．研究森林面积变化的新发现
发现巴西森林面积32年间减少超一成。[1]2019年5月1日，新华社报道，近日，巴西“生物量地图”项目公布的最新数据显示，1985年至2017年巴西森林面积减少了11%，而减少的森林有61.5%位于亚马逊雨林地区。
“生物量地图”项目由巴西一些大学、研究机构、非政府组织以及美国谷歌公司等共同参与。项目研究人员对1985年以来的卫星图像进行分析，相关图像详细揭示巴西土地使用情况和植被生长状况。
数据显示，1985年至2017年间，巴西塞拉杜稀树草原区森林面积减少18%，潘塔纳尔沼泽森林面积减少11%，卡廷加群落区森林面积减少9.5%。在巴西六大生态系统中，森林面积增长的区域仅有潘帕斯草原和大西洋沿岸热带雨林区。
不过，潘帕斯草原和大西洋沿岸热带雨林区的森林面积增加，主要是通过人工造林实现的。新种植的树木包括桉树、松树及南美杉树，而不是原有树种。
世界自然基金会巴西分会主席毛里西奥·沃伊沃迪奇表示，虽然公私部门的努力使上述两个地区生态群落退化速度有所放缓，但情况没这么简单，森林很难回归原来的模样。他说：“就生物量而言我们实现了复苏；但就生物多样性来说情况并非如此。”
2．研究高山树线变化的新发现
揭开高山树线变化的驱动机制。[2]2020年5月，中科院青藏高原所研究员梁尔源领导的研究小组，在《生物地理学杂志》网络版上发表论文称，他们认为除了气候原因外，树木间的竞争和互利也影响了喜马拉雅山中段树线变化的速率，这是在高山树线变化驱动机制研究领域取得的一项重要理论成果。
高山树线是树木分布的海拔上限，往更高处，山上的植被就变成了草甸。在喜马拉雅山区，连续分布的高山树线是观察气候变化对高寒生态系统影响的敏感指示器，其变化速率一直受到国际生态学界关注。
梁尔源说：“在气候变暖背景下，理论上讲树线位置将向高海拔迁移。但是，已有研究显示树线上升滞后于变暖速率。”
研究人员调查发现，树线上升速率不仅受降水和种间竞争限制，还受种内关系影响。所谓种内关系,就是指树木间的竞争和互利等。随着降水减少，树木幼苗趋于集群分布，集群强度与树线爬升速率显著负相关，树木之间相邻距离越大，爬升速率越快，反之爬升速率越慢，树线爬升速率的34.7%由树木集群分布强度决定。
研究人员表示，进一步的研究证实，温度与降水交互作用影响树木幼苗集群分布状态，进而调控树线爬升速率，这是高山树线变化驱动机制研究的重要发现。
（二）探索森林生物物种变化的新信息
1．研究森林树种演变的新发现
⑴研究显示亚马逊森林一半树种或将“灭绝”。 [3]2015年11月，英国东英吉利大学环境科学学院卡洛斯·佩雷斯教授等，来自21个国家的158位科学家参与的国际研究团队，在《科学进展》杂志发表研究报告称，他们研究显示，亚马逊地区大约一半树木种类将濒临灭绝，最高可达57%的亚马逊树种可能已经达到了全球濒危水平。
如果这一研究结果得以确认，那么地球上濒危的植物种类将增加四分之一。几十年来亚马逊地区的森林覆盖率一直在下降，但是对于个体树种所遭受的影响人们所知甚少。
在这项研究中，研究人员用将近1500份过去亚马逊地区的森林图，与现今的森林图进行对比后，预测了这一地区森林所遭受的损失，并估算了本世纪中叶有多少树种可能会消失。
研究发现，世界上树木种类最丰富的亚马逊森林，可能孕育着超过1.5万种树木。国际自然保护联盟的濒危物种红色名单，被认为是国际上评估植物和动物物种现状最全面、最客观的标准。按照这一标准，亚马逊地区36%到57%的树种可能会被列为全球濒危物种。受到威胁的树木种类，包括标志性的巴西坚果树和可以用来生产巧克力的可可树等，还有一些连科学家都不认识的稀有树种。
佩雷斯表示，亚马逊地区的湖泊和水库正面临大坝建设、矿物开采、火灾和洪水等多种威胁，只有这些湖泊和水库得到合理对待，才能防止这些濒危物种走向灭绝。佩雷斯说：“从某种意义上来说，这个研究结果是在呼吁人类在亚马逊森林走向灭绝之前，投入更多力量来抓住最后的机会认识这一地区的树木多样性。”
⑵发现古老树种“称霸”亚马逊雨林。[4]2017年3月，巴西国立亚马逊研究所科学家卡罗莱纳·利维斯领导的研究团队，在《科学》杂志发表论文称，前哥伦布时期的当地居民对亚马逊雨林的多样性有深远影响，他们让喜爱的物种成为了这里的优势物种。
在15至16世纪，欧洲人把天花等传染病带到亚马逊地区后，数百万土著居民死亡，诸多当地文化土崩瓦解。但并非所有的东西都消失了，这里留下了数不清的翠绿“遗产”：棕榈树等植物依旧欣欣向荣。
未参与该研究的巴拿马城史密森热带研究所生态学家乔·怀特提到：“这项发现，支持了一种新兴理论，即前哥伦布时期居民改变了亚马逊的大部分面貌。”研究人员也表示，这些结果表明，过去的人类影响对植物物种的分布有重要且持久的作用，在理论上它可被用于尚未识别的其他文明区域。
在亚马逊地区，植物栽培最早始于8000多年前。为了更好地理解这一栽培的持久影响，巴西研究团队对一个现有数据集进行分析，其中包括亚马逊地区内1000多块林地，及超过4000种植物。结果他们发现，85种曾被前哥伦布时期的人短暂、部分或完全栽培的植物，比未经栽培的植物更可能成为优势物种。
此外，研究人员表示，栽培的植物还被发现集中于考古遗址附近，这些遗址包括哥伦布之前的居住地和岩石艺术场所等。而且，栽培植物在亚马逊东部和西南部尤其丰富。作者称，前哥伦布时期居民对亚马逊雨林的影响，或比之前预期的要大得多。
2．研究森林物种多样性受损原因及影响的新进展
⑴发现人为因素干扰严重影响雨林物种多样性。[5]2016年6月29日，英国兰开斯特大学教授约斯·巴洛领衔，美国康奈尔大学学者亚历山大·利斯等参加的一个国际研究团队，在《自然》杂志网络版发表报告说，仅加强对森林滥伐控制并不足以真正保护热带雨林的生物物种多样性，还需要采取综合措施减少多种人为因素对雨林生长的干扰。
研究团队以位于亚马逊地区的巴西帕拉州为样本，对选择性伐木作业(有别于滥伐)、山林大火以及森林景观片段化等人为因素，给当地1538个树种、460种鸟类以及156种粪甲虫带来的影响进行了评估。
研究人员发现，这些人为因素干扰，给当地雨林物种多样性所带来的影响，相当于让帕拉州附近原始雨林面积减少了9.2万平方公里至13.9万平方公里，这一面积损失与当地自1988年有记录以来森林滥伐造成的雨林面积损失相当。
巴洛说，这一研究结果显示，要真正保护热带雨林，就需要采取措施同时应对森林滥伐以及其他人为干扰因素，如果不采取及时行动，选择性伐木作业会不断扩大，森林野火也会在人类引起的气候变化助推下越来越频繁发生。这些人为因素，都会导致热带雨林退化，生物物种多样性也将严重受损。
研究人员还发现，帕拉州雨林中濒临灭绝的物种，所受人为因素干扰影响的程度最深。利斯说，生活在帕拉州的鸟种类数量占全球所有已知种类的10%，它们中许多还是当地特有的鸟类，而人为因素干扰对这些鸟类的生存影响尤其大。
⑵认为全球森林树种多样性受损可致高昂经济代价。[6]2016年10月14日，美国西弗吉尼亚大学助理教授梁晶晶主持的一个研究小组，在美国《科学》杂志发表论文称，保护森林树种多样性不仅能帮助应对气候变化，也有助于它产出更多的经济效益。他们的一项新研究表明，如果全球森林树种多样性遭到破坏，那么每年森林的经济损失可多达数千亿美元。
研究人员收集了美国、俄罗斯、叙利亚与日本等45个国家和地区，约80万处林业样地的数据。他们的评估显示，在全球范围内，全球森林的生产力，随着树种多样性的升高而升高，但升高的速度会随着多样性的增加逐渐降低。
所谓森林生产力，是评价森林生态系统功能的主要指标之一，在该研究里是以森林年均木材增长量来衡量的。这项发现意味着，如果目前全球的森林树种多样性消失，全球树林均为单一树种，即使树木的数量和其他条件不变，全球森林的生产力将会降低26%至66%。
研究人员估计，森林树种多样性，在维持生产力方面的价值，介于每年1600亿美元至4900亿美元之间。梁晶晶说：“光这个价值，就在全球每年保护物种多样性所需要开支的两倍以上。”
研究表明，树种多样性损失，对生产力影响较大的地区性森林有：北美北方针叶林，北欧东部、西伯利亚中部、包括中国在内的东亚地区的森林以及非洲、南美洲和东南亚的部分热带和亚热带森林。
梁晶晶指出，保护生态多样性带来的经济效益，大大高于保护它的成本。保护生态多样性，特别是植物多样性以及树种多样性，对于人类具有重大意义，因为这不仅维持着相关物种，以便我们的子孙在将来可以看到、用到它们，同时还维持着与社会经济息息相关的生态系统的生产力。
（三）探索森林砍伐及其影响的新信息
1．研究推进森林砍伐活动因素的新发现
发现富国产品消费会推进热带森林砍伐活动。[7]2021年3月30日，日本京都综合地球环境学研究所金本圭一郎和阮进皇等人组成研究团队，在《自然·生态与进化》杂志发表一篇生态环境方面的论文称，富裕国家对牛肉、大豆、咖啡、可可、棕榈油、木材等产品的消费，与热带地区临危生物群落的森林砍伐直接相关，该研究所获全球森林砍伐足迹地图，揭示热带森林面临着日益严重的威胁。
研究人员指出，全球对农业和林业商品的需求上升，导致世界范围内的森林砍伐。此前，已有研究分析全球供应链与森林砍伐之间的关系，但大部分研究只在地区层面开展，或是只关注一些特定商品。
这项成果中，该研究团队把之前发表的关于森林损失及其主因的信息，与2001年至2015年1.5万个产业部门的国内与国际贸易关系的全球数据库相结合。他们利用这些数据，根据每个国家人口的消费，量化各国国内和国际的森林砍伐足迹。
研究发现，多个国家的国内森林净增有所增加，但其森林砍伐足迹(主要在热带森林)也因为进口货物而增加。该研究显示，七国集团(美、英、法、德、意、加、日)的消费相当于每年每人平均3.9棵树的损失。研究人员在研究了特定商品的森林砍伐模式后发现，德国的可可消费，对于科特迪瓦和加纳的森林构成了很高的风险。坦桑尼亚海岸的森林砍伐，则与日本对农产品的需求相关。
他们的研究还显示，各国国内的森林砍伐主因或各不相同：越南中部高地的森林砍伐主要源于美国、德国、意大利的咖啡消费，而越南北部的森林砍伐主要与向中国、韩国、日本出口木材有关。
研究人员总结表示，为完善监管制度，并通过科学干预来保护森林，很有必要理解全球贸易和森林砍伐之间的特定关系。
2．研究湿地森林砍伐带来的影响
发现砍伐湿地森林会让世界变得更潮湿。[8]2014年11月14日，生物生态学家克雷格·伍德沃德及其同事组成的研究小组，在《科学》杂志上发表文章称，他们的研究发现，把世界上的湿地如沼泽和湖泊中的树木清除掉，会让那些环境变得显著更潮湿。
研究人员说，这种现象未被人们所重视，在很大程度上的原因，是由于以往大多数有关人类对环境影响的研究，都没有把它列入考察对象。通常报道砍伐湿地森林所造成的影响，大多是关于养分载荷和流域侵蚀等内容。
该研究小组的成果表明，砍伐世界湿地森林的主要作用，是每年降雨量上扬15%。研究人员应用一个地球与大气间水交换的详细模型，一个对全世界24.5万个湿地的汇总分析，以及来自澳大利亚和新西兰的化石记录显示，砍伐森林一直在制造新的湿地，并增加了已经存在数千年之久的湿地的水含量。
他们的研究结果表明，由于砍伐湿地森林带来的影响，湿地保护及管理措施必须加以修订。另外，目前在世界许多地区计划实施的一个策略，即湿地森林再造，可能会获得意想不到的后果。
3．研究森林砍伐给鹰科动物带来的影响
发现森林严重砍伐威胁巨鹰物种生存。[9]2021年7月，南非夸祖鲁·纳塔尔大学埃弗顿·米兰达和同事组成的一个研究小组，在《科学报告》杂志发表的论文称，在亚马逊遭受严重砍伐的森林地区，世界最大的鹰科物种之一的角雕难以喂饱后代，生存面临威胁。
该研究小组发现，角雕的生存依赖林冠中栖居的特定猎物，包括树懒和猴。在砍伐严重的地区，林冠生物有限，小角雕陷入饥饿。
他们利用相机以及鉴定猎物骨骼碎片等方式，对巴西马托格罗索的亚马逊森林中16个角雕巢的猎物物种、猎物送达频率进行观察，并评估猎物重量。同时，研究人员也参考了地图等工具，计算巢周围3～6公里范围内的森林砍伐水平。他们找到了306个被捕食猎物，近半数(49.7%)是二趾树懒、卷尾猴和灰绒毛猴。
论文作者的观察表明，生活在森林砍伐地区的角雕并没有转向其他猎物，而是继续给幼鸟捕捉林冠猎物，只是频率更低、猎物体重更轻。在森林砍伐达到50%～70%的地方，3只小雕死于饥饿，而在砍伐超过70%的地区没有找到角雕的巢。
研究人员计算显示，森林砍伐超过50%的地区不适合角雕成功养育后代，估计在马托格罗索北部有35%的地区不适合角雕繁殖。这可能是1985年以来繁殖数量下降的原因。
他们总结认为，角雕繁殖依赖特定食物，而这些食物难以在森林砍伐地区捕猎得到，因而角雕的生存有赖于森林保护。
4．研究森林砍伐对当地碳平衡带来的影响
发现森林砍伐和气候变化使亚马逊雨林碳汇能力下降。[10]2021年7月15日，巴西国家空间研究所卢西亚娜·加蒂和同事组成的一个研究小组，在《自然》杂志发表论文指出，森林砍伐和区域气候变化，可能威胁到亚马逊雨林大气中碳的缓冲潜力。
该研究发现，亚马逊雨林一些地区的碳排放超过碳吸收。这项研究结果，帮助人们进一步了解了气候变化和人为干扰的相互作用，以及这种相互作用对全球最大热带雨林碳平衡的长期影响。
亚马逊雨林是全球面积最大的热带雨林，其对于大气中碳的累积和储存具有关键作用。人为森林砍伐和气候变化这类因素被认为引起碳汇能力下降，改变了当地含碳气体的平衡，而这种平衡是衡量生态系统健康的指标。
该研究小组对2010年至2018年，巴西亚马逊流域上空对流层，二氧化碳和一氧化碳浓度的飞机观测结果，进行整理。他们对4个地点600多例垂直分布，即从地表到海平面以上约4.5千米的数据进行分析，结果显示亚马逊流域东部的总碳排放量高于西部。
研究人员指出，具体而言，亚马逊流域东南部被锁定为一个净碳排放源，在研究期间从碳汇直接变成了碳源。他们认为，森林砍伐和旱季的加剧对当地生态系统构成压力，导致火灾事故增多，这些可能是造成东部碳排放增加的原因。
（四）探索被砍伐森林再生恢复的新信息
1．发现绢毛猴能帮助被砍伐雨林恢复生机[11]
2019年7月，一个由生物学家组成的研究小组，在《科学报告》杂志上发表论文称，在1990年被砍伐并变成水牛牧场后，秘鲁东北部郁郁葱葱的亚马孙雨林失去了大部分树木。不过，在人类遗弃这个地区约10年后，森林开始慢慢再生。如今，他们找到了一种关于这里为何复苏得如此之快的解释：绢毛猴的觅食活动。
绢毛猴是一种当地特有的松鼠大小的猴子。长期以来，科学家一直怀疑绢毛猴在雨林恢复中起到了一定作用。因此，在20多年里，研究人员通过GPS跟踪设备和田野观察，测量了这些猴子在先前被砍伐的森林里待了多长时间。他们还跟踪了猴子排泄出从果树上食用的种子的频率和地点。其中，大部分果树来自附近森林。
在最初的3年里，这些猴子在之前被砍伐的森林里待的时间不到1.5%。但到2016年，这一比例上升到12%左右。在被追踪的数百颗种子中，有15颗存活下来，并且长成了高于2米的树。
研究小组收集了这些树的叶子并分析了它们的基因。结果发现，超过一半的树木由最初来自附近森林的种子发芽长大。研究人员表示，这证实了猴子在使森林被砍伐地区恢复生机方面发挥着关键作用。
不过，尽管这片森林已经恢复了20多年，但它仍然没有足够的植物多样性和植被覆盖率为猴子们提供一个合适的家。对于这一点，只有时间才能告诉人们，森林可能需要多长时间才能完全恢复。
2．发现砍伐后重新形成的次生林也能调节气候[12]
2016年5月，美国康涅狄格大学生态学家罗宾·察士登主持，他的同事，以及巴西里约热内卢国际可持续性研究所专家等60多名研究人员参与的研究团队，在《科学进展》杂志上发表研究成果称，他们发现，原始雨林砍伐后重新形成的次生林，也能发挥调节气候的作用。
研究人员表示，砍伐热带地区原始雨林 (通常是为了创建牧场)，对于气候来说，是一个重大打击。砍伐森林向大气中释放了大量二氧化碳。同时，树木也无法再吸收二氧化碳。不过，这并非故事的结局。当牧场被遗弃时(通常是在多年后)，树木开始重新生长，形成次生林。这些森林可能缺少原始森林的巨大林木，以及丰富的生物多样性，但它们仍能在调节气候方面扮演重要角色。
该研究团队，首先分析了拉丁美洲43个地区次生林的范围，然后建立了估测其碳储存能力的模型。
事实证明，次生林占据了相当大的比例：2008年，17%的森林拥有20年或者更短的树龄，另有11%的森林拥有20～60年的树龄。模型显示，如果所有这些森林，在接下来的40年里继续生长，它们将储存85亿吨碳，其中71%的碳储存量位于巴西。
研究人员说，这个碳储存量，相当于1993～2014年间，整个拉丁美洲和加勒比地区所有化石燃料产生的碳排放量。研究结果表明，次生林的生长连同停止砍伐一起，能为实现气候目标提供很大帮助。
二、研究气候变化影响森林生态的新成果
（一）探索气候变化对森林植被与林业产品的影响
1．研究气候变化对森林植被影响的新发现
⑴气候变化致使刚果雨林绿色程度下降。[13]2014年5月1日，生态学家周黎明等人组成的一个研究小组，在《自然》杂志上发表研究报告称，他们利用遥感数据，进行专项分析发现，过去十年刚果森林绿色程度出现大规模下降现象，究其原因，是与当地日益干旱气候的趋势直接相关的。
刚果雨林位于非洲刚果盆地，地处赤道附近，盛产乌木、红木、灰木、花梨木、黄漆木等25种贵重木材。它是地球上第二大雨林，仅次于亚马逊雨林，但关于其对最近气候变化的反应，人们却知之甚少。
研究人员表示，与亚马逊雨林曾出现过的突然干旱事件不同，刚果雨林遭遇的干旱气候变化，是一个渐进的过程。这种雨林逐渐“变棕”的过程，有可能正在造成林木群落组成，朝向更耐旱的物种偏移。
⑵气候变化会增强亚马逊雨林因转换树种而构成的压力。[14]2018年11月，英国利兹大学生态学家阿德里安娜·穆尔伯特博士领衔的一个国际研究团队，在《全球变化生物学》杂志上发表论文称，气候变化正导致亚马逊雨林的树木种类构成逐渐出现变化，但雨林的变化速度还不足以适应地球大环境的变化，这样，就使其面临更大的生态压力，因此需要加强保护。
该研究团队利用长期收集的亚马逊雨林植被资料，跟踪分析了该地区树木的生长情况。他们发现，自20世纪80年代以来，全球气候变化带来诸多影响，如干旱加剧、温度升高、大气中二氧化碳浓度升高等，大环境的改变逐渐影响到亚马逊雨林中不少树种的生存，许多喜潮湿环境的树种更频繁地死亡，而能适应较干燥气候的树种还不足以取代死亡的树种。
穆尔伯特说，数据显示，近些年的干旱，给亚马逊雨林的树种构成带来很大影响，那些在干旱面前比较脆弱的树种死亡概率变高，而能适应这种干旱环境的树种生长速度又没跟上，致使整个生态系统的反应落后于气候变化的速度。
研究人员说，在气候变化之外，与农业和畜牧业发展有关的森林滥伐也加剧了亚马逊地区的干旱状况，加重了雨林面临的生态压力，因此需要采取加强保护亚马逊雨林的措施。
2．研究气候变化对林业产品影响的新发现
发现气候变化会严重威胁咖啡种植。[15]2017年6月26日，英国伦敦基尤皇家植物园植物学家贾斯汀·莫特主持的一个研究团队，在《自然·植物》杂志网络版发表论文称，到21世纪末，气候变化可能会导致埃塞俄比亚约一半的咖啡产区不再适合种植咖啡，但如果通过咖啡产区转移、造林和森林保护，咖啡种植总面积有望扩大4倍。
源于埃塞俄比亚的小果咖啡，其通俗名字叫阿拉比卡咖啡，贡献了全球主要的咖啡豆产量，也占埃塞俄比亚出口收益的1/4。人们一直希望了解气候变化对咖啡产量的影响，但要在局部层面上预测气候变化的影响并非易事。
此次，该研究团队设计了不同的转移场景，并使用世界气候研究计划机构开发的高分辨率气候数据，以及最新卫星影像数据，生成4个时间段的咖啡适宜性预测结果，跨度从20世纪60年代到21世纪。
随后，他们根据适合种植咖啡的程度，将埃塞俄比亚每平方公里的土地划分为5类：不适合、勉强适合、适合、良好和最优。研究人员为验证该模型的准确性，在2013年至2016年间，驱车和步行约3万公里，实地考察了1800多个地点。
他们发现，到21世纪末，目前的咖啡产区可能有39%至59%不再适合种植咖啡，清楚表明了气候变化带来的威胁程度。但研究团队也认为，与气候变化相关的温度上升，或许会在未来20年增加埃塞俄比亚的咖啡种植区域。最后，他们也指出了最适合作为野生小果咖啡遗传多样性“避难所”的森林区域。
（二）探索气候变化对森林树木的影响
1．研究气候变化对森林原生树木的影响
发现暖冬会损害森林中的原生树木。[16]2013年11月，有关媒体报道，德国慕尼黑工业大学教授安妮特·门策尔参与的研究小组发现，充足的“冬眠”时间，是树木春季发芽生长所必需的，暖冬会导致一些原生树木生长缓慢，而使不易受气候变暖影响的灌木丛和外来树种占得先机。
研究人员说，冬季越冷，原生树木在春季到来时才会发芽越早，因为它们需要以“冬眠”来应对早春霜冻。他们对取自巴伐利亚州弗赖辛附近森林的36种原生树种、灌木丛的枝条进行大棚实验。这些枝条的长度约为30厘米，在为期6周的实验中，它们接受了不同气温和光照条件的考验。
实验表明，受气候变暖影响最大的是山毛榉、桷树和枫树。由于暖冬的影响，这些原生树木的发芽期明显滞后。相形之下，紫丁香、榛树和桦树等受暖冬的影响不大。
门策尔说，由于暖冬的影响，树种生长的次序发生了混乱，更多的阳光照射到森林的底部，让灌木丛和一些外来树种提前发芽长枝，遮蔽了幼小的原生树种，使得它们无法获得阳光。研究人员还表示，由于没有经受漫长而寒冷的冬季考验，一些原生树种还会缺乏抗冻能力，无法适应早春的霜冻而被冻死。
2．研究气候变化对树木枝条的影响
研究表明全球变暖导致树木枝条减少。[17]2011年8月12日，法国媒体报道，法国环境科技研究院当天发布新闻公报说，该机构科学家韦内迪耶主持，法国国家科研中心、国家农业研究所和马赛大学科学家组成的一个研究团队，近日提供的研究报告表明，全球变暖将导致树木枝条减少，此外树木也更容易受到病虫害的侵袭。
研究人员表示，这项研究是法国环境科技研究院发起的干旱研究项目的一部分。为了研究，他们建造了一个900平方米面积的生态系统，栽种了阿勒颇松树和3个品种的橡树，然后通过调节供水量和环境温度，观察这些树木的生长过程。
研究人员发现，如果降雨量较少，温度上升，树木枝条“将显著减少，并更容易受到病虫害的侵袭”。此外，树木的生长周期也受到扰乱。
韦内迪耶说，土壤温度同样会对树木造成影响。温度越高，土壤越干燥，树冠越稀疏，而且树木死亡率增加。因此，全球变暖除了导致树木枝条减少外，还有可能造成树木死亡，破坏森林。
3．研究气候变化对树木木材密度的影响
发现全球变暖让森林树木更大也更脆弱。[18]2018年8月26日，德国慕尼黑工业大学森林科学家汉斯·普雷茨奇及其同事组成的研究团队，在《森林生态和管理》杂志网络版上发表研究报告说，随着全球气温的上升，世界各地的树木正在经历着更长的生长季节，有时1年会多出额外3周的生长时间。所有这些时间都会帮助树木生长得更快。然而，他们对中欧地区森林进行的研究表明，较高的温度再加上来自汽车尾气和农场的污染物，正在使树木变得更加脆弱、更容易折断，而木材也变得不那么结实耐用。
在过去的100年里，从美国马里兰州到芬兰，再到欧洲中部的温带地区，树木一直经历着生长速度的“井喷”。例如，自1870年以来，山毛榉和云杉的生长速度加快了近77%。假设所有木材的密度都与没有发生变化，那么这些收益将意味着有更多的木材用于建筑、燃烧和储存从大气中捕获的碳。
但是，该研究团队想知道木材的质量是否已经发生了变化。为了验证这一点，研究人员从德国南部的41个试验园区入手，其中一些园区在1870年以后就一直受到持续的监控。
研究团队从这些树木，包括挪威云杉、无梗花栎、欧洲山毛榉和苏格兰松树中采集了核心样本，并使用高频探针分析了这些树木的年轮。研究人员发现，在所有4个物种中，木材密度已经下降了8%到12%。
普雷茨奇说：“我们预计这种木材密度的趋势应该是这样的，但没有想到会有如此强烈和显著的下降。”温度的升高以及由此导致的更快生长，可能会引发木材密度下降。但普雷茨奇认为，另一个因素是有更多来自农业肥料和汽车尾气的氮，进入到土壤之中。之前的研究表明，肥料使用的增加降低了木材的密度。
随着森林树木样本密度的下降，它们的碳含量也下降了大约50%。有关专家认为，这意味着树木每年从大气中吸收的二氧化碳气体减少了。
4．研究气候变化对树木长叶时间的影响
发现气候变暖使树木提前长叶会影响鸟类产卵时间。[19]2021年9月，英国牛津大学生态学家夏洛特·里根主持的一个研究团队，在《自然·气候变化》杂志上发表的论文指出，对气候变化导致大山雀产卵时间改变的详细记录，可反映出种群内显著的小范围空间尺度上的差异，这种变化可能与附近栎树长叶时间提前与树木的健康状态相关。
该论文称，气候变化会导致气温上升、春天提前到来，迫使动植物种群不得不改变生活事件(如繁殖)的发生时间，以免错过最适宜的条件。大山雀来自一条经过充分研究的食物链，这些鸣禽以毛毛虫为食，而毛毛虫又以新长出的栎树叶为食。更温暖的春天与这三种生物的生活事件提前发生有关。但这种时间上的提前在鸟类中发生得最慢，让它们置身于与食物来源不同步的风险之中。
在英国牛津郡一个385公顷的林地上，有关学者从1961～2020年之间对大山雀开展了60年研究，积累了1.3多万只大山雀的繁殖数据。该研究团队利用这些数据，通过研究发现，大山雀的产卵时间存在小范围空间内的变化，这种变化在种群水平的分析中看不出来。虽然整个种群的产卵日期在研究期间平均提前了16.2天，但单个巢箱(共964个)水平上的雌鸟产卵日期差异巨大，提前时间从7.5天到25.6天不等。
此外，大山雀产卵日期差异的一个重要预测指标，是每个巢箱周围75米以内栎树的健康程度。比如，在被健康栎树包围的巢箱中繁殖的鸟，其每年产卵日期提前0.34天，而在不健康栎树包围的巢箱中，雌鸟产卵日期平均每年只提前0.25天。
论文作者认为，这项研究能帮助学界从更小层面上理解生物体在气候变化下存活的能力，后续研究还有必要以复杂的当地选择性因素为背景，来评估生物体对气候变化的响应。
5．研究以气候为基础的灾害组合对森林木材生物量的影响
欧洲森林或因气候驱动自然干扰失去逾半木材生物量。[20]2021年2月24日，意大利欧盟委员会联合研究中心乔瓦尼·福齐耶里和同事组成的一个研究团队，在《自然·通讯》杂志上发表论文称，欧洲森林可能会因气候驱动的自然干扰，失去一半以上的木材生物量，这些自然干扰包括火灾、强风、虫灾等，或其任意组合。
林木一直受到火灾、强风、天然虫害等干扰的影响，但气候变化和土地改造可以让这些威胁加剧。不过，研究人员很难在较大地理尺度上量化森林对这些干扰的脆弱性，以及这些干扰趋势随时间的变化。
针对于此，该研究团队把干扰数据及卫星观测，与机器学习模型相结合，对欧洲森林在1979年至2018年期间，受到三种主要干扰的脆弱性进行量化和地图描绘。这三种主要干扰分别为火灾、风倒（大风将树连根拔起）、病虫害。某种干扰发生后的森林木材生物量损失，被作为衡量脆弱性的指标。
他们估算，约60%的欧洲森林木材生物量即超过330亿吨易受风倒、火灾、虫害或是这三种干扰任意组合的影响。其中，对虫害的脆弱性在过去几十年显著增加。尤其是在快速变暖的北方森林，比如斯堪的维尼亚部分地区、北欧和俄罗斯北部，这些地区对虫害的脆弱性平均每十年增加2%左右。
这项研究还确定了在当地气候和地质条件下，导致部分森林对这些干扰格外脆弱的森林结构特征。比如，更高更老的树木更易遭受虫害，特别是在旱灾中。作者认为，气候变暖让欧洲森林易受多种威胁影响，他们的研究结果或为增强欧洲森林韧性的土地管理提供指导。
三、保护森林生态环境研究的新对策
（一）加强森林生态环境变化的监测系统
1．开发测量森林碳汇变化的新技术
运用激光技术开发测量森林碳汇变化的新方法。[21]2009年12月，芬兰媒体报道，芬兰拉彭兰塔技术大学研究人员，在森林碳汇评估方法方面取得新进展，他们将激光扫描、大地遥感和数学模型等跨学科技术结合在一起，可有效测量森林的二氧化碳吸收和储存能力。
森林碳汇，是指森林吸收并储存二氧化碳的能力。据报道，拉彭兰塔技术大学研发的这一系统方法，不仅可用于测量森林碳汇能力，还有助于监测森林管理，以合理分配相关资金。
森林系统是应对气候变化的一个关键因素，增加森林碳汇能力与降低二氧化碳排放，是减缓气候变化的两个同等重要的方面。目前，正在丹麦哥本哈根召开的联合国气候变化大会的重要议题之一，就是协商发达国家对发展中国家的资金支持，用于保护和管理森林，从而提高森林碳汇能力，帮助发展中国家减缓和适应气候变化。
2．研制探测森林生态系统变化的新设备
发明远程探测森林生物多样性的新系统。[22]2017年11月20日，瑞士资讯报道，瑞士苏黎世大学与美国加州理工学院、美国国家航空航天局喷气推进实验室联合组成的国际研究小组，日前在《自然》杂志上发表论文称，他们开发出一套新系统，利用安装在飞机上的激光扫描仪来测量生物多样化与森林的健康。
研究人员表示，他们利用安装在飞机上的激光扫描仪来测量树林的体积、形状与结构，获取树冠层的高度、树叶及树枝的密度等数据。他们根据这些数据能推算出许多信息，例如一片森林怎样吸收阳光来分解二氧化碳等。
报道称，除了激光扫描仪，这种方式还利用“影像光谱学”，让研究人员对森林中树木的活动与健康状况有更多了解。比如，他们可以使用该技术来查明某棵树是否缺水，观测器如何适应环境。
各种研究表明，森林生态系统的稳定与生产力同植物多样性息息相关。总的来说，越是生物多样化的森林，其抵抗病虫害、火灾、风暴的能力也越强，还能够应付环境条件的更大变化。截至目前，追踪森林植物还需依靠极具劳动力密集型的实地勘测工作。
（二）做好保护森林生态环境的基础工作
1．研究森林树木地下有机体网络的新进展
绘制首张全球森林及微生物系统的“木联网”地图。[23]2019年5月，一个由多国科学家组成的国际研究团队，在《自然》杂志上发表研究报告称，近日，他们通过分析涵盖70多个国家及2.8万种树木的数据库，首次在全球尺度上描绘出森林及微生物系统的“木联网”地图，为进一步保护森林生态环境打下扎实的基础。
不论是参天的红木还是纤细的茱萸，只要是树木，一旦离开了它们的微生物“队友”就难以为继。上百万种真菌、细菌在土壤和树根间交换营养物质，编织出一张宽广的有机体网络，遍布整个树林，这是森林生态环境的真实写照。
美国加州大学尔湾分校生态学家凯瑟琳·特雷塞德说：“我之前从没见过任何人做过任何类似的事。我真希望之前能想到这些。”
若要描绘森林地下网络系统地图，就必须预先知道一些更基础的东西：树木究竟生活在哪里。从2012年起，瑞士苏黎世联邦理工学院生态学家托马斯·克劳瑟就开始搜集相关的海量数据。这些数据有的来自政府机构，有的来自全世界辨别树木和测量参数的个体科学家。2015年，克劳瑟测绘出全球树木分布图，并报告称地球上大约存在3万亿棵树木。
受该论文启发，斯坦福大学生物学家卡比尔·皮伊给克劳瑟致信，建议他将同样的工作细分到森林树木的地下有机体网络研究领域。克劳瑟数据库里的每一棵树，都与某些种类的微生物紧密关联。
例如，橡树和松树的根部被外生菌根包围，它们可以在寻觅营养物质的过程中，建立起一张广袤的地下网络。作为对比，枫树和雪松更偏爱丛枝菌根，它们直接藏身在树木根部细胞中，形成较小的土壤网络。其他树木，主要是豆科植物，与其关联的细菌，能把大气中的氮元素转化成可利用的植物性食物，这个过程被称作“固氮”。
研究人员在克劳瑟的数据库里创建了一个计算机算法，以搜寻那些附带外生菌根、丛枝菌根和固氮菌的相关树木，与诸如温度、降水、土壤化学、地形等当地环境因素之间的关联性。他们可以通过这一关联性填补全球木联网地图，并预测亚洲和非洲大部分之前缺乏数据的地区，更可能存在哪种真菌。
当地气候为“木联网”搭建了舞台。研究团队报告称，在凉爽的温带森林和寒带森林中，木材和有机物质降解缓慢，创建网络的外生菌根占据统治地位。研究人员发现，这些地区大约4/5的树木都与该真菌相关。结果显示，当地研究中发现的网络，确实也渗透了北美、欧洲和亚洲土壤。
相比之下，在较温暖的热带地区，木材和有机物质降解迅速，丛枝菌根占据主导地位。这种真菌只构成较小的网络，并较少在树木之间缠结交换。这意味着，热带的“木联网”可能更加局域化。这些地区约90%的树木与丛枝菌根相关，它们中的大部分集中在生物多样性极高的热带地区。固氮菌则在炎热干燥的地方丰度更高，比如美国西南地区的沙漠。
劳伦斯伯克利国家实验室的地球系统科学家查理·科文，对被自己称作首张全球森林微生物地图的研究成果，给予高度评价。但他也好奇，文章作者是否忽略了某些塑造地下世界过程中的重要因素，包括一些难以测量的过程。他说：“比如土壤中营养物质和气体的丧失，可能会影响不同微生物的生活位置。若真如此，该研究的预测可能就不那么准确。”
尽管存在诸多不确定性，这些与树木相关的微生物的栖息数据依然用处颇多。特雷塞德表示，这些发现可以帮助研究者建立更优的计算机模型，以预测碳元素在森林中四处流窜和在气候变暖的过程中释放到大气里的数量比例。
克劳瑟已做了相关预测。结果显示，在全球变暖的过程中，大约10%的外生菌根相关树木，可能会被丛枝菌根相关树木取代。在丛枝菌根占主导地位的森林里，微生物以更快的速度“翻腾”着含碳有机物，因此能更快释放出锁住热量的二氧化碳。很有可能，本已速度骇人的气候变化，会因此进一步加速。显然，对于这些可能出现的因素，应该在保护森林生态环境过程中提前做好准备。
2．研究全球森林覆盖分布状况的新进展
发布全球30米分辨率森林覆盖分布图。[24]2019年11月20日，新华社报道，据中国科学院空天信息创新研究院告知，该院何国金研究员领导的研究团队，在国际上率先获得2018年全球30米分辨率森林覆盖分布图。该图显示，南美洲亚马孙盆地是世界上热带雨林分布最广的地区，我国的森林则主要集中在东北、西南和东南地区。
据了解，研究团队基于美国陆地卫星系列提供的数据和国产高分辨率卫星数据，构建了全球高精度森林和非森林样本库，利用机器学习和大数据分析技术实现全球森林覆盖高精度自动化提取。研究团队还利用随机分层抽样的方式，在全球范围进行精度验证，验证结果表明，该图总体精度约为90.94%。
森林是全球碳循环、水循环、生物多样性、土地利用变化和气候变化的重要影响因素。该森林覆盖分布图可以为相关机构、管理部门提供基础数据支撑。
3．研究确定森林生物群落边界的新进展
开发标记林带边界用途的人工智能系统。[25]2019年8月26日，俄罗斯科学院西伯利亚分院网站报道，该分院克拉斯诺亚尔斯克科学中心生物物理所与计算仿真所的一个联合研究团队，通过对人工智能系统进行培训，使其能够根据地球遥感数据对植被类型进行分类，并确定生物群落的边界，该系统能够很好地识别林带，可用于跟踪林带边界的变化。这项研究的相关成果，发布在《土木工程与材料科学国际会议》的论文集中。
该研究团队采用地球遥感数据对人工智能系统进行培训，使其可识别植被类型并标记边界。研究人员选取2018年5月至9月期间收集的克拉斯诺亚尔斯克若干地域十二频谱卫星遥感照片，培训人工智能系统识别针叶林、阔叶林、混合林及草原的边界，系统可从此类照片每一像素中获得十二个频谱值，由此学会评估植被的类型。培训后的系统现可识别针叶林、阔叶林，但存在草原识别的问题，研究人员拟采用扩大地域数据，对人工智能系统进行补充培训，以提高系统识别的准确性和增加识别类型的多样性。
该系统可用于林带面积变化的跟踪，自动考察和分析不同年代林带照片并描述边界的迁移情况，还可用于森林火灾、砍伐，以及由于气候变暖所造成的植被边界迁移等情况跟踪。
多频谱卫星照片，可用于地面植被情况的研究及诸如森林等不同生物群落边界的确定。由于卫星数据体现为照片，对几千平方公里的图像进行人工分析并从中手工圈定林带，这是一个繁琐的技术难题，人工智能系统在该领域的应用是最佳技术方案，可实现林带变化信息的在线获取。
