高山林线生态交错区木本植物幼苗分布特征、更新机制及其对气候变化的响应

木本植物幼苗是高山林线生态交错区的重要组成部分,其更新对气候变化背景下树线的移动至关重要.本研究通过对近几十年来全球范围内林线生态交错区的木本植物幼苗分布特征、更新机制及其对气候变化响应的研究总结得出:林线生态交错区木本植物幼苗的空间分布类型主要为渐变型和聚集型,且不同分布类型对树线动态的指示意义各异.在全球尺度上,其分布的海拔高限通常与生长季长度、均温和物种特性等有关,而在区域尺度上则多受降水影响.在幼苗更新初期,种源在很大程度上决定了种子的萌发及分布位置,之后微环境的促进作用为幼苗的定植提供庇护,提高其存活率,而在更新后期多种生物和非生物因素及其相互作用则非常关键.气候变暖促使林线生态交错区气温升高、降水充沛,有利于幼苗生长,使其向高海拔区域扩张而成为树线上移的先兆,但部分物种受遗传特性或适应策略影响,仅表现为密度增加,使树线保持相对稳定.未来应借助树轮、14C等精确定年技术,通过长期的野外定位观测和室内模拟,加强多时空尺度下林线幼苗的空间分布特征和更新机制研究,分析不同类型林线内木本植物幼苗的适应策略,预测气候变化背景下的树线动态,为山地生态系统恢复及保护提供科学依据.     

高山林线变化的更新受限机制研究进展

全球林线位置对气候变暖的响应表现为上升、无变化或下降等截然不同趋势,表明影响林线位置及动态的因子十分复杂,除了较普遍认为的低温调控机制外,还存在其它控制林线位置变化的机制。林线向上迁移开始于种子向林线以上的传播及幼苗在林线以上的定居,这些过程中的限制因子均会影响林线的位移,因此研究更新过程及其限制因子对理解高山林线对气候变化的响应具有重要的科学意义。主要从种子和幼苗两个关键阶段综述高山林线森林更新的研究进展。在种子阶段,夏季积温不足导致种子产量和活力下降,风速过低和浓密灌丛限制种子向林线以上传播,近地表的霜冻/水分胁迫和灌木释放的化感物质会阻碍种子在林线以上萌发。在幼苗阶段,除冬季低温外,生长季内较大的温度日振幅和偶然出现的冻害事件也是导致幼苗死亡的重要原因,而低温环境下的强烈光照引起的低温光抑制会显著降低生长季的光合作用;土壤低温、由土壤温度昼夜变化引起的冻举事件、夏季土壤干旱可能会导致幼苗光合作用下降和死亡率上升;积雪太浅会导致生长季早期幼苗水分供应的严重缺乏,但积雪太深会导致幼苗感染真菌的可能性增加;浓密的灌木和草本植物以及植食动物的啃食也会降低林线以上的幼苗存活率。气候变暖对林线幼苗定居的影响复杂且具有很大不确定性,需要进一步研究气候变暖导致的环境因子变化对林线更新各关键阶段的影响。未来气候变暖无疑会导致生长季起始日提前,结束日推迟,这很可能会增加生长季期间尤其是早期的低温冻害事件,对高山林线树种幼苗的存活具有重要影响。在未来研究中,需要找出定义生长季冻害事件的温度阈值,利用长期气象观测数据分析增温背景下生长季早期冻害事件特征的变化趋势,并进一步开展野外模拟增温实验以深刻理解林线树种的种子萌发和幼苗定居与生长季冻害事件的关系,加强对不同地区林线树种的繁殖策略研究,这将有助于人们进一步理解不同区域林线的形成机制并预测未来气候变化条件下林线的动态变化趋势。     

高山生物多样性对气候变化响应的研究进展

高山带是指自然气候森林边界即林线到雪线之间的无林区域。受低温限制的高山生物对气候变化具有高度的敏感性, 因此高山带被视为监测气候变化的理想试验场所。气候变暖加速了高山冰雪消融, 也加剧了高山生物多样性的波动, 因而高山生物多样性变化对于指示全球气候变化具有十分重要的意义。目前, 高山生物多样性对气候变暖响应的研究主要集中在高山物种组成和群落结构的变化、物种的分布格局和适宜生境的变化、林线交错带的位移、种间关系的变化等方面。气候变化与人为干扰等因素的叠加效应为预测未来生物多样性的变化增加了很多不确定性, 从长期来看, 气候变化效应相对于其他因素会显得越来越重要。未来的重点研究领域包括高山带生物多样性对极端气候变化的响应、全球气候变化背景下生物多样性与生态系统过程的关系、高山带地上/地下生物多样性的相互作用关系及其对气候变化的响应与适应、全球气候变化与人类活动干扰的叠加效应对高山生物多样性格局的影响等。     

植物群落类型和围栏封育对高山林线岷江冷杉幼苗成活的影响

林线树种幼苗的生长紧密关系着高山林线的形成。通过室内发芽实验测定了岷江冷杉种子萌发能力。2015年春,在川西巴郎山岷江冷杉林线之上的高山林线交错带,通过播种处理(播种和不播种),研究了不同植物群落类型(灌木和草地群落)和围栏处理(围栏和不围栏)对岷江冷杉幼苗成活率的影响,以期为进一步探讨高山林线形成机制提供科学参考。结果表明:(1)岷江冷杉室内发芽率31.4%,成活率随时间下降。(2)灌木群落的全年日平均空气温湿度显著高于草本群落,而两群落的全年日平均土壤温度无显著差异。(3)未播种样地没有发现岷江冷杉幼苗,说明林线交错带缺乏岷江冷杉种子。(4)与不围栏样地相比,围栏封育分别显著提高了岷江冷杉幼苗成活率2.0%(2015年)和2.2%(2016年);与灌木群落相比,草本群落中岷江冷杉幼苗成活率显著提高0.8%(2015年)和1.2%(2016年),说明灌木对林线交错带幼苗更新具有更强的竞争作用。围栏处理下,草本群落中岷江冷杉幼苗成活率显著高于灌木群落;不围栏处理下,草本群落中岷江冷杉幼苗成活率显著低于灌木群落,2017年在不围栏样地没有幼苗存活,说明动物干扰对林线交错带森林更新有阻碍作用。研究表明,高山林线交错带森林更新,受种子、植物竞争和动物干扰(例如,放牧)等多方面因素的共同影响,可以通过播种、植物剔除(去除竞争)和围栏等促进幼苗更新和成活。     

长白山林线过渡带树岛土壤微生物群落结构和生态功能

林线过渡带是指从郁闭森林上限到树种分布上限之间的区域,过渡带内生物多样性丰富,生态系统结构、功能和生态过程在很小的海拔梯度内发生剧烈变化,因此对全球气候变化和人类活动极为敏感。树岛是在林线过渡带内出现的斑块状或条带形不连续分布的树木集群,树岛内生存的树木通常能达到与较低海拔郁闭森林同样的高度和胸径,因此揭示树岛这一特殊生境的生态特征及其形成机制,对于预测未来气候变化下林线动态具有重要意义。以长白山岳桦林线过渡带一大型树岛作为研究对象,测定了土壤理化性质和土壤酶活性,采用宏基因组测序技术分析了微生物群落结构组成和功能基因丰度,通过与同海拔的开阔区生境进行对比,揭示了树岛这一特殊生境的土壤微生物群落结构特征和潜在生态功能,从土壤养分和土壤微生物学角度,阐明树岛形成的可能驱动机制。结果表明,树岛土壤的含水量、总碳、总氮和微生物生物量显著高于同海拔开阔区（P<0.05）,与微生物r-策略相关的生理生化和遗传学指标,包括纤维素酶活性、放线菌相对丰度、与转录、防御、控制细胞周期相关的基因丰度、小分子碳降解基因丰度,均高于开阔区（P<0.05）。相反的,与微生物K-策略相关的指标,包括酸杆菌相对丰度、大分子碳降解基因相对丰度低于开阔区。揭示了树岛土壤微生物学特征,并从土壤微生物组学角度探讨了树岛形成的潜在机制,认为树岛内土壤养分增加并导致微生物群落r-策略倾向,这种变化反过来也可能促进树岛进一步扩大,进而影响林线动态。     

气候变化下生物交互作用对树线生态过程的影响

树线交错带是具有强烈生物交互作用的高寒生态过渡带,生物互作与树线生态过程密切相关。本研究系统综述了气候变化下植物间、动植物间和微生物与植物间互作因子对树线生态过程的影响。植物间互利或竞争作用的强度调控变暖背景下树线生态过程的变化,目前尚缺少树轮生态学证据,且亟待检验高阶互作的适用性;动物采食活动、微生物与植物间互作可通过影响土壤状况、改变树木生长和更新等生态过程动态,增强或削弱树线与气候间耦合关系。迄今为止,地下与地上过程联系如何影响气候变暖下的树线动态尚不明晰,而营养级间互作可能调制树线生态过程对气候响应。青藏高原等高寒区具有开展此类研究的优势与潜力。     

高山林线形成机理研究进展

高山林线是郁闭森林与高山植被之间的分布界限,作为重要的生态过渡带,对全球和区域性气候变化的反应极为敏感,被认为是气候变化的理想监测器.高山林线研究从最初的形态描述到林线成因假说都是为了寻找高山林线形成的原因.迄今出现的高山林线成因假说都能够在局地尺度解释高山林线成因,但仍然缺乏可以普遍解释全球高山林线现象的假说.温度是林线分布的限制因子,低温限制了林线树种的生存及生长,但是低温影响了哪一个生化过程仍不明确,其影响机理还需进一步探讨.本文对高山林线形成机理,特别是对低温对高山林线植物光合特性、养分特征、非结构性碳水化合物和抗氧化系统的影响等研究进展进行综述,并提出了未来林线研究应该关注的问题.     

气候变暖对老秃顶子林线结构特征的影响

运用样带样方法和年轮气候学方法对大海林地区的气候因子和样地数据进行了分析。结果表明 ,近 30 a来老秃顶子地区气候变暖明显 ,尤其是冬季增温最明显 ,月份增温中以 2月份最大 ;寒冷时期 (12月份、翌年 1和 2月份 )和温暖时期 (6～ 9月份 )的温度都有增加 ,但是寒冷时期温度的增加幅度较大 ;冬季与夏季温差稍有减少 ,但积温有所增加 ,整年的热量正在增加。全球变暖导致的大海林地区增温对老秃顶子林线结构特征产生了很大的影响 ,由样地调查和分析可知 ,全球变暖导致林线中上部幼苗、幼树的更新和存活增多 ,森林密度加大 ,树木平均年龄降低 ,年龄结构呈倒 J字型 ,并且多呈聚集分布 ;而在林线的下部 ,幼苗更新很少 ,主要以中龄林存在 ,并且多呈零散分布形式。通过年轮分析得出 ,气候变暖导致林线树木径生长和高生长增加 ,而且增加的趋势和近 30 a来温度的变化基本一致。通过对年轮指数与气候因子的相关性分析 ,表明林线树木年轮指数与温度的相关性较强 ,而与降水的相关性较弱 ,并且年轮指数与温暖时期温度和积温呈正相关 ,而与寒冷时期温度和年平均温度呈负相关 ,表明温暖时期温度和积温控制着林线的海拔高度 ,而寒冷时期的温度和年平均温度主要对林线树种类型起着决定性的作用。从敏感度分析看出 ,林线     

温度升高对昆虫发生发展的影响

全世界地表平均温度在上个世纪增加了0.74℃,并且在未来还会持续增加。在过去的20年,气候变暖对生物系统的影响吸引了大量的研究。本文综述了由温度升高为主要驱动因子的气候变化对昆虫适合度的影响,主要从昆虫越冬存活率、化性(世代数)、扩散迁移、发生分布、物候关系5个方面阐述气候变暖对昆虫发生发展的作用,认为未来应长期进行昆虫种群动态监测预警,更关注气候变暖下植物-害虫-天敌互作关系的研究。     

气候变化对野生植物的影响及保护对策

以温室气体浓度持续上升、全球气候变暖为主要特征的全球气候变化对野生植物及生物多样性造成的潜在影响, 已经引起了国际学者的高度关注。本文总结了全球气候变化的现状与未来趋势, 概述了中国野生植物的保护及管理现状, 从不同侧面综述了国内外关于全球气候变暖对野生植物影响的研究进展和动态, 包括气候带北移、两极冰山退缩、高海拔山地变暖、海平面上升、早春温度提前升高、荒漠草原土壤增温、旱涝急转弯等对野生植物造成的影响以及气候变暖对种间关系和敏感植物类群的影响, 并从气候变化背景下全球生态系统敏感度、植物多样性、物种迁移与气候槽(sink areas)、物种适应与灭绝以及物候节律5个方面分析了未来全球变暖影响野生植物的总体趋势。在以后的野生植物保护与管理中, 应确定全球气候变化的植物多样性敏感区, 重点关注对气候变化敏感的植物类群以及气候要素改变植物-动物互作关系中的野生植物, 自然保护区的建设要重点考虑全球气候变化的影响, 通过在全球范围内对野生植物分布和种群变化进行长期、系统的追踪监测, 建立有效的数据库, 发展野生植物迁地保护的保育技术及信息网络, 发展有关野生植物对全球气候变化响应的量化指标及相应的模型。最后提出应将全球气候变化下野生植物保护与管理列入相关基金会的研究重点。     

高山林线与气候变化关系研究进展

20世纪全球气候经历了异常的变化。20世纪是过去1000年中增暖最大的1个世纪,并且90年代是最暖的10年。作为两个生态系统的过渡地带,生态过渡带是监测全球变化的重要地点,而森林和苔原之间的高山林线是全球变化最为敏感的地点。从高山林线树木个体对气候变化的响应、气候变化下林线处树木的更新、林线格局变化以及高山林线与气候变化关系研究中所采用的研究方法等方面,综合论述了国内外的研究进展,最后提出了高山林线研究中需要注意的问题,并对今后的研究趋势作了展望。     

气候变暖对西北雨养农业及农业生态影响研究进展

以全球年平均地表气温升髙为主要特征的全球气候变暖给农业、农业生态和区域粮食安全带来严峻挑战。气候变暖对农业发展、农业生态的影响已成为社会各界关注的热点。气候变暖对作物生育期、形态特征、植物生理、产量形成和品质的影响及其机理的研究,是认识气候变暖对农业影响,制定应对气候变化策略的科学基础。本文在给出西北区域气候变化基本特征的基础上,综述了气候变暖对西北旱作区主要粮食作物、经济作物和特色林果生长发育、生理生态、产量和品质影响研究的进展,以及气候变暖对农田生态环境、农业气象灾害及病虫害影响的主要进展。提出了以往研究中存在的问题,展望了未来西北地区应对全球变暖的农业研究重点,即:充分利用模拟、试验、观测手段,揭示气候变化多因子对主要农作物的综合影响;探索气候变暖对主要作物生理生态的影响;开展农业气象灾害对气候变暖的响应特征研究,开展农业气象灾害风险评估与应对技术研究;进行精细化动态农业种植区划、农业结构布局及种植制度方面应对气候变暖的技术策略研究。     

气候变暖与荒漠-草原过渡带植物动态响应灰色分析--以美国新墨西哥州Sevilleta生态过渡带为例

在当前全球气候变暖的形势下,地表生态系统表现出不同的响应。干旱-半干旱地区的生态过渡带的生物反应更为敏感。美国新墨西哥州中部的荒漠-草原生态过渡带是监测全球气候变化和人类活动对生物影响的重要区域之一。本文以Sevilleta荒漠．草原生态过渡带为例,运用灰色系统分析方法．研究在当前全球气候变暖的条件下,1989～1998年10年间该生态过渡带的两种共存的植物优势种(Bouteloua eripoda)和(Bouteloua grncilis)历年的种群密度、组合形式和变化趋势,分析引起这些变化的主要气候因子。结果表明,Sevilleta生态过渡带中来自荒漠草原的优势物种Bouteloua eripoda的密度有上升的趋势,来自大草原的优势物种Bouteloua gracilis的密度有下降的趋势,它们的密度比大于1且有上升的趋势;在影响种群密度变化的降水、最高温度、最低温度、湿度的4个气候因子中,温度因子起着重要的作用。由此可以认为,随着气候的变暖,本区来自荒漠地区的优势植物种在荒漠-草原群落过渡带中将逐渐处于强优势地位,生态过渡带将有可能被荒漠草原所替代。     

昆虫对全球气候变暖的响应

过去的100年全球地表平均温度显著上升,全球气候变暖对生物的影响引起世界范围内的广泛关注。和其他生物一样,昆虫也受到了气候变暖的影响,如繁殖发育速度增快、遗传变异、种群多样性降低、分布区扩大、种群爆发、外来入侵、种群灭绝等等。全球变暖引起的昆虫响应对农林业以及人类健康存在潜在风险,因此本文主要从物候、分布区、生长发育及繁殖、形态、行为与生理、分子水平这些方面综述全球气候变暖背景下昆虫如何响应,并讨论了目前研究动态和未来的研究方向,意在为气候变化条件下昆虫科学管理策略(如种群监控、模型预测、风险评估、遗传多样性、抗性遗传等)提供指导意义。     

全球气候变暖对中国鸟类区系的影响

近百年来,气候系统变暖是毋庸置疑的.政府间气候变化专门委员会(IPCC)的第4次评估报告中指出,最近100年中(1906～2005年)气温上升了约0.74℃.已经有充分的研究表明全球气候变暖对鸟类分布,种群动态以及物候等方面产生了影响.根据作者以往研究经历以及对近20年来中国鸟类分布变化的资料进行统计分析,已知受气候变暖而改变分布范围的鸟类共120种,其中东洋界鸟类88种,古北界鸟类12种,广布种鸟类20种.因受全球气候变暖影响,中国鸟类区系的变化速率加快.本文初步探讨气候变化对我国鸟类产生的影响,并对今后该领域的研究提出一些建议.     

干扰对高山林线再形成过程的影响

高山林线是一类典型的生态交错带,因其特殊的结构和功能以及对外界环境的高度敏感性而成为全球气候变化研究的热点之一.本文简要介绍了高山林线的相关概念及其界定,从高山林线海拔位置波动、植被格局变化、生态交错带物种组成变化及其生理生态特征变化等几个方面阐述了干扰对高山林线再形成过程的不同影响,总结了高山林线物种对干扰的两种基本响应方式,即退行和入侵.认为人为干扰在一定程度上弱化了当前气候变暖对高山林线波动的影响,因而在不同地区必须紧密结合当地可能的干扰来讨论高山林线的波动,否则结果有可能因误差较大而失去应有的价值.指出该研究在高海拔地区进行植被恢复的指导意义.     

高山林线形成机理及植物相关生理生态学特性研究进展

高山林线作为极端环境条件下树木生存的界限,由于其对气候变化的敏感性,在全球变化研究中得到了广泛关注。研究高山林线形成机理以及林线地带植物相关生理生态学特性成为预测未来气候变化条件下植被动态变化的出发点。对于高山林线形成机理研究主要关注两方面问题：（1）林线地带外界环境如何限制乔木生长和分布,其内在机理如何;（2）灌木及草本相对于乔木在林线地区有哪些生存优势,从乔木到灌木及草本生活型演变的功能及意义如何。综述了当前高山林线形成机理及相关生理生态特性的国内外最新研究成果,指出尽管温度（尤其是生长季低温）在全球尺度上能解释大部分高山区域林线的分布,但树木生长和生存受限的内在机理并没有弄清楚,目前主要存在“碳受限”以及“生长受限”假说两大争论焦点。另外,理论上受温度控制的高山林线对气候变化的响应表现出不同的模式,表明全球变化对林线分布和植被生长影响的复杂性和不确定性。因此,未来的研究应该关注影响林线地区植被生长的多种生理生态学过程,比如水分及养分利用过程,以及从乔木到灌木及草本生活型演变的功能意义,从而为林线形成机理以及对气候变化的响应提供更好的解释。     

土壤微生物对气候变暖和大气N沉降的响应

气候变暖和大气N沉降是近一、二十年来人们非常关注的全球变化现象,它们所带来的一系列生态问题已成为全球变化研究的重要议题。它们不仅影响地上植被生长和群落组成,还直接或间接地影响土壤微生物过程,而土壤微生物对此做出的响应正是生态系统反馈过程中非常重要的环节。该文分别从气候变化对土壤微生物的影响(土壤微生物量、微生物活动和微生物群落结构)和土壤微生物对气候变化的响应(凋落物分解、养分利用与循环以及养分的固持与流失)两个角度,综述近期土壤微生物对气候变暖和大气N沉降响应与适应的研究进展。气候变暖和大气N沉降对土壤微生物的影响更多地反映在微生物群落的结构和功能上,而土壤微生物量、微生物活动和群落结构的变化又会通过改变凋落物分解、养分利用和C、N循环等重要的土壤生态系统功能和过程做出响应,形成正向或负向反馈,加强或削弱气候变化给整个陆地生态系统带来的影响。然而,到目前为止土壤微生物的响应对陆地生态系统产生的最终结果仍是未决的关键性问题。     

气候变暖对陆地植被-土壤生态系统的影响研究

由于自然因素及人类活动的长期影响,全球气候变化已经成为不容置疑的事实,并对陆地生态系统的植被及土壤产生了深远影响。陆地植被一土壤生态系统在全球气候变化中的反应与适应等过程已成为众多科学家所关注的问题。为更好地了解陆地植被一土壤生态系统对全球气候变化的响应机制,综述了气候变暖对植物的物候与生长、光合特征、生物量生产与分配,以及土壤呼吸等方面的影响,并对分析得到的结论进行了总结。分析指出,随着全球气候变暖,植物个体和群落特征以及土壤特性都会发生相应改变,高海拔地区的植被高度有增加趋势,而低海拔地区的植被可能出现矮化。然而,在以下方面还存有不确定性：（1）气候变暖导致的植被特征变化是否会减弱全球气候变化;（2）在较长时间尺度上气候变暖如何影响植物的物候和生长,特别是植物的体型;（3）高寒生态系统冬季土壤呼吸对气候变暖如何响应。     

气候变暖对土壤动物群落结构的影响机制

目前全球处在平均气温变暖状况中,并且已经对全球范围内的生态系统带来了深远影响。土壤动物是陆地生态系统中最为丰富的生物组分之一,在环境指征和生物地球化学循环等方面起着重要的作用。研究表明,气候变暖对土壤动物群落结构具有影响,但对其影响机制缺乏系统总结。基于此,本文总结了近年来国内外的相关研究,指出气候变暖主要通过影响土壤动物的生长发育和生殖状况、生境环境条件、食源和食物网结构等方面,进而对土壤动物的群落结构产生影响。未来在研究区域上应更加关注气候变暖敏感区,研究方法上应进行长期的野外观测,探索新型获取土壤动物的方法并综合应用同位素和高通量测序等研究手段,在机理研究中应更加关注功能性状分析,研究内容上加强气候变暖对土壤动物生态功能影响的研究并综合考虑全球变化中其他因素的影响。