將樹木向北遷移或可拯救森林於氣候變化之中

在九月一個涼爽的早晨，布萊恩·帕利克的腳步聲輕輕地落在明尼蘇達州標誌性的北林區紅松樹冠下，光影搖曳的小路上。成熟的紅松，也稱為挪威松，是一種高大、筆直的喬木，在寒冷的冬季和涼爽的夏季茁壯成長。它是明尼蘇達州的州樹，也是該州木材工業的重要目標。

但紅松在這裡佔據主導地位的日子可能會逐漸消失。在未來幾十年裡，氣候變化將使紅松和其他北林區樹木越來越容易受到破壞性組合的影響，包括更長、更溫暖的夏季和不那麼極度寒冷的冬季，以及乾旱、風暴、野火和蟲害。氣候變化正在以樹木無法適應或遷移的速度改變寒冷地區的生態條件。

帕利克是美國農業部林務局北部研究站的森林生態學家，他停下腳步，指著紅松樹冠下的一個新來者：一種闊葉落葉樹，苦果山核桃，高約10英尺，樹齡八年。“它長勢非常好，”他說。

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這棵苦果山核桃可能不應該在明尼蘇達州中北部大急流城附近的卡特福特實驗森林中茁壯成長。它很可能最初是伊利諾伊州南部一家苗圃的幼苗，那裡的深度凍結不太極端。 通常，如果將南方適應的幼苗種植在像這裡這樣不適宜的寒冷氣候中，它可能會面臨霜凍損害的風險，其生存受到威脅。但這個新來者茂盛的綠色樹葉散發出健康的活力。

在一個旨在保持森林在變暖的世界中生長的專案中，這是一個有希望的跡象。

2016年，在卡特福特實驗森林，林務局種植了八種樹木的幼苗，這些幼苗來自從更南幾百英里的樹林中採集的種子，這是帕利克管理的一項實驗的一部分。四種物種是該北部地區的本地物種：東部白松、北部紅橡、毛櫟和紅楓。四種物種是不常見或非本地物種：白橡、苦果山核桃、黑櫻桃和黃松。

二十年前，這些南方幼苗很可能難以在這裡茁壯成長。今天，帕利克和他的團隊可以看到他們種植的幾乎所有南方樹木都獲得了成功。“它們像雨後春筍般湧現，”他說，“這表明氣候對它們來說是合適的”，儘管研究人員尚不瞭解幼苗的長期健康狀況。在八個物種中的七個物種中，存活率已達到85%至90%。

“20年前明尼蘇達州南部的典型氣候現在位於明尼蘇達州北部，”帕利克說。氣候條件在短短二十年內向北移動了約200英里。

帕利克的專案是一項森林輔助遷移實驗，即遷移樹木以幫助林地適應並在氣候變化導致棲息地變暖的情況下茁壯成長。倡導輔助遷移的林務員通常並非旨在拯救特定物種——相反，透過遷移樹木，他們希望幫助維持生產力旺盛的森林，以獲得碳儲存、水過濾、野生動物棲息地、休閒美景和木材等多種益處。

進行輔助遷移實驗需要一種不同的自然思維方式。生態恢復通常著眼於過去，以尋找修復退化場所的線索，而探索輔助遷移的林務員則種植更溫暖氣候的樹木，這些樹木在未來更溫暖的條件下可能更有機會茁壯成長。

長期以來，林業公司一直在轉移樹木，以提高私有土地上的木材產量。但到目前為止，森林管理者對公共土地上以保護為目的的輔助遷移專案一直持謹慎態度。他們的大多數專案都是實驗性的和小規模的，通常將樹木種群相對較短的距離移動到其原生範圍的北部地區。

然而，現在，隨著人們越來越擔心氣候變化對未來森林的破壞，用於保護的輔助遷移研究變得更加大膽。並且這項運動正在國際上興起，西班牙、加拿大和墨西哥都在進行研究。今天，帕利克的研究是名為氣候變化適應性森林培育（ASCC）網路中的14個研究專案之一。大多數正在進行輔助遷移實驗的林務員都在更北的地方種植樹木，或者在更高海拔的地方種植來自較低海拔的樹木。

北美各地的地點包括蒙大拿州弗拉特黑德國家森林的西部落葉松-混交針葉林；佐治亞州伊喬韋的瓊斯中心的多樣化松樹-硬木林地；科羅拉多州立森林的雲杉-冷杉林；以及加拿大安大略省佩塔瓦瓦研究森林的混交松樹-硬木林。包括帕利克在內的一些林務局科學家預計，輔助遷移將從研究課題轉變為標準管理策略。

與這一趨勢相符，林務局和許多其他聯邦和州機構正在考慮修改其政策以適應這一策略。例如，美國魚類和野生動物管理局正在考慮允許林業管理者將物種遷移到其歷史範圍之外。

一些生物學家說，人為地遷移森林存在風險。遷移的物種可能會變成入侵物種或擾亂森林的生態平衡。但是，帕利克說，“不嘗試為應對氣候變化而遷移物種的風險更大。”

多樣化或衰退

輔助遷移最初是在1980年代提出的，當時一些生物學家預測，棲息地條件變化太快，物種無法跟上。最近的提議呼籲將瀕危物種遷移到新的棲息地，在那裡它們將有更好的機會茁壯成長：例如，墨西哥灰狼遷移到亞利桑那州、新墨西哥州或德克薩斯州北部，或者卡納藍蝴蝶從密歇根州南部向北遷移。*

然而，帕利克和其他森林科學家正在研究一種不同的保護解決方案。他們希望透過種植大量更適應南方氣候的樹木來拯救面臨壓力的森林免於進一步衰退甚至消失，從而使林地多樣化，使其樹冠能夠存活。

“森林死亡得快，生長得慢，”明尼蘇達大學森林生態中心森林生態學家李·E·弗雷利希說。他說，隨著氣候變化的持續，一些森林可能會消失，取而代之的是侵蝕的草原，這些草原無法提供健康森林所能提供的野生動物棲息地和其他益處。“在那種情況下，你唯一的選擇，”他說，“就是引進新物種，或者接受大自然的安排”，而在極端氣候變化的情況下，“很可能是灌木植被，並且在相當長一段時間內不會成為森林。”

氣候變化已經導致森林迅速減少。德國尤利烏斯·庫恩森林保護研究所的生態生理學家、2022年植物生物學年度評論中關於森林死亡綜述的主要作者亨利克·哈特曼說，近幾十年來，每個有森林的大陸上的森林都遭受了氣候變化加劇的強烈熱浪和乾旱。

極端天氣是森林生命史的自然組成部分，樹木通常會適應它們——但這次有所不同。“這些極端天氣足以將樹木推向或超越功能的邊緣，”哈特曼說。

像明尼蘇達州北林區這樣的寒冷冬季地區受氣候變化的影響尤為嚴重，氣候變化正在導致冬季縮短、夏季乾燥和火災季節延長。

明尼蘇達州是美國本土48州中最寒冷的氣候之一，因為它受北極影響很大。但自1979年以來，北極變暖的速度是地球其他地區的四倍，該州現在擁有美國本土48州冬季變暖速度最快的地區。自1970年以來，明尼蘇達州的冬季平均氣溫升高了近5華氏度。

明尼蘇達州的另一個不尋常之處在於，其境內有四個主要的植物邊界：北部林區主要是寒冷氣候的針葉樹；該州中部和東南部的溫帶落葉樹，如橡樹和楓樹；以及西部和西南部的草原和白楊林地，如今主要為農田。

現在，這些邊界正在變得模糊。溫帶落葉樹已經開始侵入北林區針葉樹的林下，因為氣候變暖已經開始有利於它們。隨著變暖的持續，包括紅松在內的許多北林區樹種很可能會失去越來越多的宜居南部範圍。當北林區樹木從南部範圍消失時，研究人員擔心，落葉樹遷移來取代它們的速度太慢，以至於無法維持健康、連續的森林樹冠。

與此同時，北林區的生態也變得更加脆弱。隨著氣候變化的持續，大片北部針葉林越來越有可能突然崩潰——在短短幾年內——原因是氣候驅動的乾旱、蟲害和其他壓力因素的綜合作用。許多北部本土樹種可能不會在那裡重新生長，因為它們將不再適合該地區變化的氣候。

最近，弗雷利希和他的同事研究了一系列可能的影響，這些影響來自氣溫升高——主要取決於二氧化碳排放情景——到2070年對明尼蘇達州森林的影響。高於1979年至2013年平均氣溫1攝氏度的升高將使闊葉林進一步侵入北林區。氣溫升高6攝氏度後，草原將覆蓋明尼蘇達州的大部分地區，只有闊葉林在東北角倖存。

加速自然的步伐

在世界範圍內，樹木會響應氣候變化長期向北和向南以及在山脈中上下移動，它們的種子透過風傳播並由動物攜帶。

哈特曼說，許多森林可能需要一千年的時間才能在新地點達到平衡。這對森林來說並不是什麼問題，森林最終會遷移；相反，這對人類來說是個問題。哈特曼說，在德國的週末，人們會在山丘和山脈中以及穿過森林中漫步，這作為一種休閒活動非常受歡迎。但現在，“他們都震驚了——看起來像月球，森林已經死了。”

等待新樹木可能需要一段時間：一些樹種要到25歲才能結出第一批種子。“如果我們想要（森林的）所有服務，類似於我們十年前擁有的服務，那麼我們可能需要考慮獲得更多選擇，”哈特曼說。“我們應該考慮保護森林，而不是我們所知道的森林。”

這就是明尼蘇達大學德盧斯分校的進化遺傳學家朱莉·埃特森在與當時的自然保護協會的梅雷迪思·科內特以及明尼蘇達大學推广部的戴維·阿巴茲共同創立森林輔助遷移專案時的想法。埃特森擔心本地樹木的減少會為入侵植物物種創造機會，並尋求一種透過逐步引入南方樹木來保護森林的方法。森林輔助遷移專案旨在根據埃特森和科內特研究的原則，為當地農場和苗圃種植的氣候適應性樹苗建立區域市場。

在一項研究中，埃特森和同事獲得了紅橡樹和毛櫟的幼苗，這些幼苗是從兩個氣候帶採集的種子中培育出來的：一個在明尼蘇達州北部，一個在該州中部附近。工人們將幼苗種植在兩個北部種子區的16個地點，作為自然保護協會再造林專案的一部分，並對樹木進行了三年的測量。與北部型別相比，來自南部種子的紅橡樹——適應略微溫暖的氣候——具有更高的存活率、更快的生長速度和其他優勢。南方毛櫟的結果雖然更加複雜，但也普遍優於北方毛櫟。

埃特森的輔助遷移實驗，是與自然保護協會以及公共和部落機構合作完成的，為在州內正在進行的再造林工作中納入氣候適應性樹木提供了科學基礎：例如，2023年，自然保護協會在明尼蘇達州北部種植了140萬棵幼苗，這是到2024年底在公共土地上種植1000萬棵幼苗的多方合作伙伴目標的一部分。在種植時，工人們以傳統方式選擇約四分之三的幼苗——種子是從一個氣候帶採集的，在該氣候帶中長成幼苗，也在該氣候帶中種植。其餘的幼苗來自在更南方的森林中採集的親本種子。

德盧斯自然保護協會森林恢復力副主任克里斯·鄧納姆說：“我們正在使用科學告訴我們處於氣候適應性優勝者最佳位置的幼苗。”但他表示，他們正在緩慢地轉動刻度盤，“因為在處理自然系統時，也有很多未知因素。”

刻度盤緩慢轉動的另一個原因是：該州的苗圃無法提供足夠的本地幼苗來滿足對“氣候智慧型”樹木日益增長的需求。因此，阿巴茲開始組織更廣泛的種子採集者、幼苗種植者和買家供應鏈，並設定了一個五年目標，將農場和森林種植者合作社擴充套件到由100名農民和苗圃組成的網路，每個農民和苗圃每年種植10,000棵南方適應、本地種植的樹苗。然後，該計劃將擴大與縣林業部門等恢復機構的採購協議數量。

在所有這一切中，森林輔助遷移專案將推薦在哪裡種植哪些幼樹，並將它們指定為綠色、黃色或紅色。這些指定基於埃特森的研究結果、專家的意見和不同型別的輔助遷移。

被指定為綠色的幼苗被認為在明尼蘇達州北部種植是安全的，因為它們已經在那裡茁壯成長。本地物種的南方幼苗將種植在更北的地方，但在其歷史範圍內。這被稱為輔助種群遷移。

被指定為黃色的樹木需要更加謹慎。這是輔助範圍遷移——將物種遷移到其當前歷史範圍之外，以跟上氣候變化。這個過程也模仿了自然種子傳播可能做的事情。“這些物種可能剛剛蔓延到我們的地區，或者在我們地區只有非常小的種群，”阿巴茲說，例如東部鐵杉和美國山毛櫸。

這些南方幼苗更有可能成為具有韌性的樹木。除其他外，氣候適應性樹木可能會在一年中較早開花，並在秋季較晚結束生長，從而捕獲更長的光合作用時間。

最後，森林輔助遷移專案指定為紅色的樹木將是那些無法自然地將種子傳播到明尼蘇達州北部的樹木，因為距離太遠。遷移該類別的樹木將被視為輔助物種遷移。例如，來自明尼蘇達州最南部或愛荷華州北部的幼苗將被指定為紅色。“這些是我們目前不考慮的，”阿巴茲說。

來自黃松的教訓

帕利克在卡特福特實驗森林中遷移的一個物種將按照這些指導方針獲得紅色評級。但帕利克正在將賭注押在這棵樹上，認為它將成為明尼蘇達州北部未來寶貴的針葉樹。

帕利克從內布拉斯加州西北部南部和西部數百英里處採集的種子中取出黃松幼苗，並將它們種植在實驗地塊中用於研究目的。雖然只有五分之一的幼苗存活下來，但存活下來的幼苗卻茁壯成長。他的實驗表明，如果紅松消失，黃松——一種高大、長針的樹木，用於木材，但適應更溫暖、更乾燥的夏季和更溫和的冬季——將來可能會在明尼蘇達州北部茁壯成長。

溫帶闊葉樹將繼續侵入北林區，但它們無法取代標誌著許多明尼蘇達州人體驗該地區的典型松樹林地，帕利克說。

許多森林管理者最終可能會面臨一個選擇：考慮將南方樹木遷移到北部地區，或者最終減少用於木材和其他用途的生產性林地。

帕利克說，我們必須努力維護有用的林地。“本世紀末的森林將不再是你祖父的森林，”他說。“但它們將是你孫子孫女繼承的森林。”

本文最初發表於Knowable Magazine，這是一項來自年度評論的獨立新聞事業。註冊新聞通訊。

*編者注（2024年3月25日）：我們在Knowable Magazine的合作伙伴在釋出後編輯了這句話，以澄清墨西哥灰狼更有可能茁壯成長的地區。