氣候變化究竟會對森林造成怎樣的影響呢？
氣候變化深刻影響著森林、草原等生態系統。森林作為陸地生態系統的主體，成為研究界的重點關注對象。氣候變化究竟會對森林造成怎樣的影響呢？
北京林業大學林木分子設計育種高精尖創新中心副教授毛建豐告訴《中國科學報》，氣候變化對森林的潛在影響是巨大的，森林可能在數年間由于不適合氣候變化帶來的病蟲害而被徹底毀滅，變化的氣候也會像溫水煮青蛙一樣“折磨”著植物。
近日，毛建豐課題組基于基因組信息、人工智能算法建立了林木響應未來氣候變化的基因組模型。研究人員以我國北方重要的生態造林樹種側柏為研究對象，建立了側柏種群響應未來氣候變化的基因組響應模型，該模式有望對氣候變化下的森林養護、種植提供建議。相關研究結果發表于《進化應用》。
忍耐氣候變化的樹木
當前，全球處在快速的氣候變化中。這種氣候變化主要特征是溫度升高、降水不均衡、極端天氣狀況增多等。糟糕的是，樹木適應性轉變的速度遠遠慢于氣候變化的速度。
“氣候變化下，森林樹木可能有三種命運，要么通過自身的能力，適應變動后的新氣候環境；要么循著氣候變化趨勢，遷移到自己適應的環境下；要么在不利的氣候條件下，衰退進而滅絕。”該論文通訊作者毛建豐說。
毛建豐補充，氣候變化的影響也可能是間接的，一個極端情況是氣候變化導致極度干旱進而形成頻發的森林大火，大火可能在瞬間毀滅大面積的森林。
一旦，全球森林生態系統崩潰，整個陸地生態系統將受到威脅，建立有效的森林應對氣候變化的策略是目前國際林業界廣泛關注的重要課題。國際林聯（IUFRO）就曾成立專門機構協調和組織各國森林應對氣候變化項目，倡導積極應對策略，推廣相關技術措施。
毛建豐表示，建立有效應對氣候變化策略，首要任務是明確氣候變化對森林的影響，弄清楚樹木如何響應未來的氣候條件。
“了解樹木如何響應未來氣候的機制后，人類就可以找到那些受影響最為嚴重的林區，進而，采取恰當的病蟲害防控、遺傳選育或森林管理措施，監控森林生態系統是否穩定，或者采取恰當的方式對森林進行撫育管理。
選擇“長壽樹”進行研究
森林中樹木的種類多不勝數，選擇什么樹種進行研究呢？“側柏”首先跳進課題組研究人員的腦海中。
側柏耐干旱、瘠薄、抗鹽堿，具有顯著的抗逆性，是我國北方石質山地、干旱區造林綠化的首選樹種，尤其是在黃河中下游水土保持、生態修復中具有不可替代的利用潛力。
該論文共同第一作者、北京林業大學博士生賈凱華表示，側柏是一種壽命長的樹種，百年以上的側柏隨處可見，陜西黃陵縣的“軒轅黃帝手植柏”，距今已有5000年的歷史。但隨著證明氣候變化對森林的影響的證據逐漸增多，側柏的長壽可能將被打破。
幾十年來，北京林業大學聯合國內國際研究力量圍繞側柏的生物學特性、遺傳機制、良種選育、生態效能、造林利用等多方面開展了深入研究。在遺傳選育方面，目前初步完成了全國側柏遺傳資源收集，開展了優良種源和家系選擇。然而，選育出的側柏并不一定能適應全國不同地域的生態環境。
賈凱華介紹，樹木往往具有局地適應性。不同地理區域的同一樹種，它們的適應性特征是不同，往往當地生長的鄉土樹木對其原生境環境有最好的適應性。局地適應性在森林樹種中普遍存在。
毛建豐表示，基因組承載著物種遺傳變異的密碼。通過基因組信息，人類可以獲取和樹木適應性變異相關的遺傳密碼，精確的評估各地樹木適應性特征和未來響應模式，從而建立側柏應對氣候變化的利用策略。
為此，研究人員開展了全分布區水平的群體取樣，利用簡化基因組測序技術獲得了側柏基因組高質量遺傳變異信息，基于這些信息澄清了不同地理區域側柏遺傳變異格局，檢測到了和側柏局地適應性相關的基因組特征。這為后續建立響應未來氣候的預測模型做了必要的準備。
建立梯度森林模型
要預測樹木如何響應未來氣候，研究人員找來一個好幫手——人工智能算法。針對未來氣候變化對林木種群影響的問題，研究人員研發出“梯度森林 (Gradient Forests)”模型。
該論文共同第一作者、北京林業大學博士后趙偉舉例，這一過程類似人工智能算法預測預測人類疾病發生潛在風險的過程。通過人類基因組信息，人工智能算法可以準確的找到和疾病相關的遺傳變異。
研究人員基于樹木普遍具有局地適應性這一前提，獲取各地側柏基因組信息，通過人工智能算法建立樹木遺傳變異與氣候間的對應關系，進而利用該模型預測特定未來氣候條件下樹木響應模式。
“該模型具有良好的預測能力。利用該模型，研究人員識別到在未來氣候變化情景下，不同地理種群的側柏響應氣候變化的空間模式，為建立氣候變化下側柏種質資源利用策略提供了參考。” 趙偉說。
具體來說，作為抗逆性較突出的樹種，未來氣候條件下側柏種群相對穩定，中心分布區受影響不大，在分布區南北邊緣的群體受到的潛在脅迫較大，需要加強管控。
趙偉表示，該研究是林木氣候變化基因組模型的重要嘗試，該模型策略可以用于包括樹木在內的其它物種，服務于森林經營、生物多樣性保護等。根據該模型，人類可以提前了解到哪些品種的側柏可能更適應變化后的環境，選育最合適種質資源進行造林。
“全球變暖的趨勢下，以前適合南方種植的側柏品種可能會更適合北方種植，到底是不是這樣，模型將提前告訴人類答案。”趙偉說。
此外，類似模型策略經過改進可以用于農業領域，為特定未來氣候條件選取最適合的品種進行推廣種植，減少由于氣候條件不適合導致的減產。
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