将树木向北迁移或可拯救森林于气候变化之中

在九月一个凉爽的早晨，布莱恩·帕利克的脚步声轻轻地落在明尼苏达州标志性的北林区红松树冠下，光影摇曳的小路上。成熟的红松，也称为挪威松，是一种高大、笔直的乔木，在寒冷的冬季和凉爽的夏季茁壮成长。它是明尼苏达州的州树，也是该州木材工业的重要目标。

但红松在这里占据主导地位的日子可能会逐渐消失。在未来几十年里，气候变化将使红松和其他北林区树木越来越容易受到破坏性组合的影响，包括更长、更温暖的夏季和不那么极度寒冷的冬季，以及干旱、风暴、野火和虫害。气候变化正在以树木无法适应或迁移的速度改变寒冷地区的生态条件。

帕利克是美国农业部林务局北部研究站的森林生态学家，他停下脚步，指着红松树冠下的一个新来者：一种阔叶落叶树，苦果山核桃，高约10英尺，树龄八年。“它长势非常好，”他说。

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这棵苦果山核桃可能不应该在明尼苏达州中北部大急流城附近的卡特福特实验森林中茁壮成长。它很可能最初是伊利诺伊州南部一家苗圃的幼苗，那里的深度冻结不太极端。 通常，如果将南方适应的幼苗种植在像这里这样不适宜的寒冷气候中，它可能会面临霜冻损害的风险，其生存受到威胁。但这个新来者茂盛的绿色树叶散发出健康的活力。

在一个旨在保持森林在变暖的世界中生长的项目中，这是一个有希望的迹象。

2016年，在卡特福特实验森林，林务局种植了八种树木的幼苗，这些幼苗来自从更南几百英里的树林中采集的种子，这是帕利克管理的一项实验的一部分。四种物种是该北部地区的本地物种：东部白松、北部红橡、毛栎和红枫。四种物种是不常见或非本地物种：白橡、苦果山核桃、黑樱桃和黄松。

二十年前，这些南方幼苗很可能难以在这里茁壮成长。今天，帕利克和他的团队可以看到他们种植的几乎所有南方树木都获得了成功。“它们像雨后春笋般涌现，”他说，“这表明气候对它们来说是合适的”，尽管研究人员尚不了解幼苗的长期健康状况。在八个物种中的七个物种中，存活率已达到85%至90%。

“20年前明尼苏达州南部的典型气候现在位于明尼苏达州北部，”帕利克说。气候条件在短短二十年内向北移动了约200英里。

帕利克的项目是一项森林辅助迁移实验，即迁移树木以帮助林地适应并在气候变化导致栖息地变暖的情况下茁壮成长。倡导辅助迁移的林务员通常并非旨在拯救特定物种——相反，通过迁移树木，他们希望帮助维持生产力旺盛的森林，以获得碳储存、水过滤、野生动物栖息地、休闲美景和木材等多种益处。

进行辅助迁移实验需要一种不同的自然思维方式。生态恢复通常着眼于过去，以寻找修复退化场所的线索，而探索辅助迁移的林务员则种植更温暖气候的树木，这些树木在未来更温暖的条件下可能更有机会茁壮成长。

长期以来，林业公司一直在转移树木，以提高私有土地上的木材产量。但到目前为止，森林管理者对公共土地上以保护为目的的辅助迁移项目一直持谨慎态度。他们的大多数项目都是实验性的和小规模的，通常将树木种群相对较短的距离移动到其原生范围的北部地区。

然而，现在，随着人们越来越担心气候变化对未来森林的破坏，用于保护的辅助迁移研究变得更加大胆。并且这项运动正在国际上兴起，西班牙、加拿大和墨西哥都在进行研究。今天，帕利克的研究是名为气候变化适应性森林培育（ASCC）网络中的14个研究项目之一。大多数正在进行辅助迁移实验的林务员都在更北的地方种植树木，或者在更高海拔的地方种植来自较低海拔的树木。

北美各地的地点包括蒙大拿州弗拉特黑德国家森林的西部落叶松-混交针叶林；佐治亚州伊乔韦的琼斯中心的多样化松树-硬木林地；科罗拉多州立森林的云杉-冷杉林；以及加拿大安大略省佩塔瓦瓦研究森林的混交松树-硬木林。包括帕利克在内的一些林务局科学家预计，辅助迁移将从研究课题转变为标准管理策略。

与这一趋势相符，林务局和许多其他联邦和州机构正在考虑修改其政策以适应这一策略。例如，美国鱼类和野生动物管理局正在考虑允许林业管理者将物种迁移到其历史范围之外。

一些生物学家说，人为地迁移森林存在风险。迁移的物种可能会变成入侵物种或扰乱森林的生态平衡。但是，帕利克说，“不尝试为应对气候变化而迁移物种的风险更大。”

多样化或衰退

辅助迁移最初是在1980年代提出的，当时一些生物学家预测，栖息地条件变化太快，物种无法跟上。最近的提议呼吁将濒危物种迁移到新的栖息地，在那里它们将有更好的机会茁壮成长：例如，墨西哥灰狼迁移到亚利桑那州、新墨西哥州或德克萨斯州北部，或者卡纳蓝蝴蝶从密歇根州南部向北迁移。*

然而，帕利克和其他森林科学家正在研究一种不同的保护解决方案。他们希望通过种植大量更适应南方气候的树木来拯救面临压力的森林免于进一步衰退甚至消失，从而使林地多样化，使其树冠能够存活。

“森林死亡得快，生长得慢，”明尼苏达大学森林生态中心森林生态学家李·E·弗雷利希说。他说，随着气候变化的持续，一些森林可能会消失，取而代之的是侵蚀的草原，这些草原无法提供健康森林所能提供的野生动物栖息地和其他益处。“在那种情况下，你唯一的选择，”他说，“就是引进新物种，或者接受大自然的安排”，而在极端气候变化的情况下，“很可能是灌木植被，并且在相当长一段时间内不会成为森林。”

气候变化已经导致森林迅速减少。德国尤利乌斯·库恩森林保护研究所的生态生理学家、2022年植物生物学年度评论中关于森林死亡综述的主要作者亨利克·哈特曼说，近几十年来，每个有森林的大陆上的森林都遭受了气候变化加剧的强烈热浪和干旱。

极端天气是森林生命史的自然组成部分，树木通常会适应它们——但这次有所不同。“这些极端天气足以将树木推向或超越功能的边缘，”哈特曼说。

像明尼苏达州北林区这样的寒冷冬季地区受气候变化的影响尤为严重，气候变化正在导致冬季缩短、夏季干燥和火灾季节延长。

明尼苏达州是美国本土48州中最寒冷的气候之一，因为它受北极影响很大。但自1979年以来，北极变暖的速度是地球其他地区的四倍，该州现在拥有美国本土48州冬季变暖速度最快的地区。自1970年以来，明尼苏达州的冬季平均气温升高了近5华氏度。

明尼苏达州的另一个不寻常之处在于，其境内有四个主要的植物边界：北部林区主要是寒冷气候的针叶树；该州中部和东南部的温带落叶树，如橡树和枫树；以及西部和西南部的草原和白杨林地，如今主要为农田。

现在，这些边界正在变得模糊。温带落叶树已经开始侵入北林区针叶树的林下，因为气候变暖已经开始有利于它们。随着变暖的持续，包括红松在内的许多北林区树种很可能会失去越来越多的宜居南部范围。当北林区树木从南部范围消失时，研究人员担心，落叶树迁移来取代它们的速度太慢，以至于无法维持健康、连续的森林树冠。

与此同时，北林区的生态也变得更加脆弱。随着气候变化的持续，大片北部针叶林越来越有可能突然崩溃——在短短几年内——原因是气候驱动的干旱、虫害和其他压力因素的综合作用。许多北部本土树种可能不会在那里重新生长，因为它们将不再适合该地区变化的气候。

最近，弗雷利希和他的同事研究了一系列可能的影响，这些影响来自气温升高——主要取决于二氧化碳排放情景——到2070年对明尼苏达州森林的影响。高于1979年至2013年平均气温1摄氏度的升高将使阔叶林进一步侵入北林区。气温升高6摄氏度后，草原将覆盖明尼苏达州的大部分地区，只有阔叶林在东北角幸存。

加速自然的步伐

在世界范围内，树木会响应气候变化长期向北和向南以及在山脉中上下移动，它们的种子通过风传播并由动物携带。

哈特曼说，许多森林可能需要一千年的时间才能在新地点达到平衡。这对森林来说并不是什么问题，森林最终会迁移；相反，这对人类来说是个问题。哈特曼说，在德国的周末，人们会在山丘和山脉中以及穿过森林中漫步，这作为一种休闲活动非常受欢迎。但现在，“他们都震惊了——看起来像月球，森林已经死了。”

等待新树木可能需要一段时间：一些树种要到25岁才能结出第一批种子。“如果我们想要（森林的）所有服务，类似于我们十年前拥有的服务，那么我们可能需要考虑获得更多选择，”哈特曼说。“我们应该考虑保护森林，而不是我们所知道的森林。”

这就是明尼苏达大学德卢斯分校的进化遗传学家朱莉·埃特森在与当时的自然保护协会的梅雷迪思·科内特以及明尼苏达大学推广部的戴维·阿巴兹共同创立森林辅助迁移项目时的想法。埃特森担心本地树木的减少会为入侵植物物种创造机会，并寻求一种通过逐步引入南方树木来保护森林的方法。森林辅助迁移项目旨在根据埃特森和科内特研究的原则，为当地农场和苗圃种植的气候适应性树苗建立区域市场。

在一项研究中，埃特森和同事获得了红橡树和毛栎的幼苗，这些幼苗是从两个气候带采集的种子中培育出来的：一个在明尼苏达州北部，一个在该州中部附近。工人们将幼苗种植在两个北部种子区的16个地点，作为自然保护协会再造林项目的一部分，并对树木进行了三年的测量。与北部类型相比，来自南部种子的红橡树——适应略微温暖的气候——具有更高的存活率、更快的生长速度和其他优势。南方毛栎的结果虽然更加复杂，但也普遍优于北方毛栎。

埃特森的辅助迁移实验，是与自然保护协会以及公共和部落机构合作完成的，为在州内正在进行的再造林工作中纳入气候适应性树木提供了科学基础：例如，2023年，自然保护协会在明尼苏达州北部种植了140万棵幼苗，这是到2024年底在公共土地上种植1000万棵幼苗的多方合作伙伴目标的一部分。在种植时，工人们以传统方式选择约四分之三的幼苗——种子是从一个气候带采集的，在该气候带中长成幼苗，也在该气候带中种植。其余的幼苗来自在更南方的森林中采集的亲本种子。

德卢斯自然保护协会森林恢复力副主任克里斯·邓纳姆说：“我们正在使用科学告诉我们处于气候适应性优胜者最佳位置的幼苗。”但他表示，他们正在缓慢地转动刻度盘，“因为在处理自然系统时，也有很多未知因素。”

刻度盘缓慢转动的另一个原因是：该州的苗圃无法提供足够的本地幼苗来满足对“气候智能型”树木日益增长的需求。因此，阿巴兹开始组织更广泛的种子采集者、幼苗种植者和买家供应链，并设定了一个五年目标，将农场和森林种植者合作社扩展到由100名农民和苗圃组成的网络，每个农民和苗圃每年种植10,000棵南方适应、本地种植的树苗。然后，该计划将扩大与县林业部门等恢复机构的采购协议数量。

在所有这一切中，森林辅助迁移项目将推荐在哪里种植哪些幼树，并将它们指定为绿色、黄色或红色。这些指定基于埃特森的研究结果、专家的意见和不同类型的辅助迁移。

被指定为绿色的幼苗被认为在明尼苏达州北部种植是安全的，因为它们已经在那里茁壮成长。本地物种的南方幼苗将种植在更北的地方，但在其历史范围内。这被称为辅助种群迁移。

被指定为黄色的树木需要更加谨慎。这是辅助范围迁移——将物种迁移到其当前历史范围之外，以跟上气候变化。这个过程也模仿了自然种子传播可能做的事情。“这些物种可能刚刚蔓延到我们的地区，或者在我们地区只有非常小的种群，”阿巴兹说，例如东部铁杉和美国山毛榉。

这些南方幼苗更有可能成为具有韧性的树木。除其他外，气候适应性树木可能会在一年中较早开花，并在秋季较晚结束生长，从而捕获更长的光合作用时间。

最后，森林辅助迁移项目指定为红色的树木将是那些无法自然地将种子传播到明尼苏达州北部的树木，因为距离太远。迁移该类别的树木将被视为辅助物种迁移。例如，来自明尼苏达州最南部或爱荷华州北部的幼苗将被指定为红色。“这些是我们目前不考虑的，”阿巴兹说。

来自黄松的教训

帕利克在卡特福特实验森林中迁移的一个物种将按照这些指导方针获得红色评级。但帕利克正在将赌注押在这棵树上，认为它将成为明尼苏达州北部未来宝贵的针叶树。

帕利克从内布拉斯加州西北部南部和西部数百英里处采集的种子中取出黄松幼苗，并将它们种植在实验地块中用于研究目的。虽然只有五分之一的幼苗存活下来，但存活下来的幼苗却茁壮成长。他的实验表明，如果红松消失，黄松——一种高大、长针的树木，用于木材，但适应更温暖、更干燥的夏季和更温和的冬季——将来可能会在明尼苏达州北部茁壮成长。

温带阔叶树将继续侵入北林区，但它们无法取代标志着许多明尼苏达州人体验该地区的典型松树林地，帕利克说。

许多森林管理者最终可能会面临一个选择：考虑将南方树木迁移到北部地区，或者最终减少用于木材和其他用途的生产性林地。

帕利克说，我们必须努力维护有用的林地。“本世纪末的森林将不再是你祖父的森林，”他说。“但它们将是你孙子孙女继承的森林。”

本文最初发表于Knowable Magazine，这是一项来自年度评论的独立新闻事业。注册新闻通讯。

*编者注（2024年3月25日）：我们在Knowable Magazine的合作伙伴在发布后编辑了这句话，以澄清墨西哥灰狼更有可能茁壮成长的地区。