气候变化下欧洲针叶树物种竞争力的丧失

为何欧洲森林正处于变迁边缘

在欧洲，各地今天熟悉的森林——山地的浓密针叶林、北方的稀疏桦树林——到本世纪末很可能面目全非。本研究探讨一个既简单又重要的问题：随着气候变暖，哪些树种将在这场关于光、水和空间的漫长较量中占上风，哪些又会失去优势？答案不仅关乎我们喜爱的景观，也影响野生动植物、木材产出以及森林的碳储存能力。

在变化的世界里树木如何竞争

树木通过在数十年间长得比邻树更高、形成稠密的树冠来争夺阳光。不同物种在从土壤中获取水分和养分的能力上也存在差异。在稳定条件下，这些性状让某些树种能在广泛区域内保持主导地位——例如欧洲山毛榉可以在许多温带森林中统治数百年。气候变化通过改变温度和降水模式打破了这种平衡，改变了各物种的最适生长区域以及它们相互竞争的强度。

一项大陆尺度的计算机实验

由于此类竞争转变发生缓慢，难以直接观测，作者们求助于大量计算机模拟。已有十七个详细的森林模型在欧洲13,000多个地点运行，产生了1.35亿个模拟“年”的森林生长数据。研究团队训练了一个深度神经网络——一种人工智能——来学习森林如何从一种状态转变为另一种状态：哪些物种存在、树冠有多高以及叶面积有多稠密。训练完成后，这个元模型能够快速预测在未来气候情景下整个大陆森林的响应。

欧洲树木中的赢家与输家

研究人员聚焦九种主要树种以及两个简单的竞争力指标：树木增高速度和叶面积的密集程度。将二者合成为竞争力指数后，呈现出清晰的格局。在强烈气候变化下，大多数常绿针叶树——如挪威云杉、苏格兰松、银冷杉和阿勒颇松——在其现有分布的大部分区域会失去竞争力。相反，阔叶树如欧洲山毛榉和有柄栎总体上会增强竞争力，尤以当前较凉且以针叶树为主的地区为甚。树木在其气候生态位的寒冷边缘往往变得更具竞争力，但在温暖干燥的极限区则会走弱。

森林领军物种可能改变的地区

竞争力的下降只有在其他物种能接替成为林分主要占优者时才会表现为明显的格局。利用元模型，作者估算了当今占主导地位（构成林分木材面积超过三分之二）的物种可能被替代的位置。他们预测，在一个严重变暖情景下，到2100年将近四分之一的欧洲森林面积可能发生主导树种的变更，影响约9,600万公顷。挪威云杉和银桦是预计受影响最大的物种之一，而欧洲山毛榉和有柄栎则常常占据优势。变化的热点多聚集在主要生物群系交汇处，例如阿尔卑斯山一带、南斯堪的纳维亚以及地中海与温带森林的过渡区。

这些变化对人类与自然意味着什么

如果欧洲森林从以常绿树为主转向更多由落叶阔叶树主导，连锁影响将是深远的。许多动物、昆虫和真菌依赖特定的树种作为寄主，主导种的改变可能重组整个群落。林业也需做出调整：原本广泛种植的针叶树若失去竞争力，可能需要更精细的管理或逐步替换。与此同时，崛起的栎树和山毛榉可能支持更丰富的生物多样性，并改变森林的碳储存方式。通过将最佳的过程型模型提炼入一个灵活的人工智能工具，本研究提供了一道预警：气候变化已经在改变欧洲森林的竞争格局——并绘制出政策和管理或需率先应对的地图。

引用: Grünig, M., Rammer, W., Baumann, M. et al. Loss of competitive strength in European conifer species under climate change. Commun Earth Environ 7, 401 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03582-0

关键词: 气候变化, 欧洲森林, 树木竞争, 针叶树衰退, 阔叶树扩张