海拔梯度上的植物生長(zhǎng)與生理生態(tài)特性

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1、生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)2009,18(2):722-730http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com海拔梯度上的植物生長(zhǎng)與生理生態(tài)特性1,21,42312*潘紅麗，李邁和，蔡小虎，吳杰，杜忠，劉興良1.中國(guó)科學(xué)院成都山地環(huán)境與災(zāi)害研究所，四川成都610041；2.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都610081；3.西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生命技術(shù)學(xué)院，重慶400716；4.瑞士聯(lián)邦森林、雪和景觀(guān)研究院，瑞士蘇黎世

2、CH-8903摘要：環(huán)境是植物生存和發(fā)展的條件，在各種不同的生境中聚生著特定的植物種類(lèi)。全球氣候變化迅速而顯著地改變著高海拔地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，這必將導(dǎo)致山地植物生理生態(tài)適應(yīng)性、分布界限等發(fā)生變化，這些變化反過(guò)來(lái)又會(huì)對(duì)氣候變化造成深遠(yuǎn)影響。因此，研究山地植物的生理生態(tài)特性，揭示其對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)性，具有重要的現(xiàn)實(shí)與科學(xué)意義。海拔梯度由于包含了溫度、濕度、光照等諸多環(huán)境因子的劇烈變化而成為了研究植物對(duì)全球氣候變化響應(yīng)的理想?yún)^(qū)域。隨著海拔升高，氣溫下降、大氣壓及CO2分壓降低、光強(qiáng)增加等，植物的

3、生態(tài)和生理特征將產(chǎn)生巨大的變化，可能影響到植物種類(lèi)在海拔梯度上的分布、植物群落的結(jié)構(gòu)組成。一些亟待回答的問(wèn)題包括：全球氣候變化將如何影響高山植物的生長(zhǎng)環(huán)境？環(huán)境變化如何影響植物生理生態(tài)適應(yīng)性？植物群落的分布、結(jié)構(gòu)和組成將發(fā)生哪些變化？這些變化又將怎么樣影響氣候進(jìn)一步變化？眾多的研究報(bào)導(dǎo)了樹(shù)木的生理生態(tài)特征、生長(zhǎng)速率和生產(chǎn)力等對(duì)海拔的響應(yīng)。本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地綜述了海拔梯度上溫度、水分、光照、土壤等環(huán)境因子的差異對(duì)高山植物的生長(zhǎng)及生理生態(tài)特性的影響，以及植被分布的變化，旨在闡明植物對(duì)全

4、球氣候變化的行為與生理生態(tài)響應(yīng)，以期為該領(lǐng)域的深入研究提供參考。關(guān)鍵詞：海拔梯度；植物生長(zhǎng)；形態(tài)特征；光合作用；生化組成；物種多樣性；分布邊界中圖分類(lèi)號(hào)：Q945文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-5906（2009）02-0722-09作為陸地表面的重要組成部分，山區(qū)物種豐局的研究資料進(jìn)行匯總、分析，詳細(xì)闡述高山亞高富，生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型多樣，但隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和山地區(qū)溫度、水分等主要環(huán)境因子在海拔梯度上的全球氣候的變化，山區(qū)環(huán)境正經(jīng)歷著迅速而顯著的變化及其對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，以及植物生理生態(tài)特變化，山

5、地生態(tài)系統(tǒng)變得脆弱而又敏感。海拔梯度征對(duì)不同生長(zhǎng)環(huán)境的適應(yīng)特性，旨在闡明環(huán)境異質(zhì)由于包含了溫度、濕度、光照等諸多環(huán)境因子的劇性是影響高山植物生理生態(tài)差異的重要原因。以期烈變化，因而成為研究植物在海拔梯度格局上變化為該領(lǐng)域的深入研究提供參考。的理想?yún)^(qū)域。海拔梯度造成的溫度、水分和土壤肥1海拔梯度上環(huán)境因子變化與植物生長(zhǎng)力等環(huán)境異質(zhì)性可能會(huì)極大地影響到植物的生長(zhǎng)，1.1溫度在海拔梯度上的變化及其對(duì)植物生長(zhǎng)的從而導(dǎo)致山地植物生理生態(tài)適應(yīng)性發(fā)生變化，不同影響海拔上植物生理生態(tài)特征的差異必將導(dǎo)致種群特對(duì)于植

6、物的生長(zhǎng)和分布來(lái)說(shuō)，溫度是一個(gè)十分[3]征的可塑性變化，從而影響種群的空間分布格局，重要而復(fù)雜的因子。它直接影響植物的光合、呼使海拔梯度上植物多樣性及其分布界限發(fā)上變異吸、細(xì)胞分裂、物質(zhì)運(yùn)輸與傳遞等生理生化過(guò)程。[1-7]從而影響種群的空間分布格局。目前，亞高山和當(dāng)溫度超出閾值，會(huì)影響到植物的代謝和調(diào)節(jié)過(guò)高山植物的生理生態(tài)特征、生長(zhǎng)速率和生產(chǎn)力等對(duì)程，導(dǎo)致植物產(chǎn)生生理衰退(如枯萎和落葉)，生長(zhǎng)[8-17][18]海拔的響應(yīng)研究已經(jīng)相當(dāng)廣泛，然而對(duì)于植物受到抑制，甚至引發(fā)死亡。另一方面，溫度在有而言

7、，影響其生理生態(tài)特性的環(huán)境因子復(fù)雜多變，機(jī)物分解、N的礦化和土壤蒸散發(fā)等方面扮演著重[19-22]如在潮濕溫暖的地區(qū)，隨海拔升高降水量增加，但要角色。在溫度和養(yǎng)分都受限制的地域，如北對(duì)于許多亞熱帶地區(qū)，通常中海拔的高度降水量最溫帶、寒溫帶和亞極地生態(tài)系統(tǒng)等的增溫實(shí)驗(yàn)顯大；同樣地，溫帶地區(qū)隨著海拔升高，中海拔的高示，升高的溫度促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)速率，提高了生[23-24]度可能存在逆溫層，溫度隨海拔升高呈現(xiàn)“低-高-態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力。相反，在溫度因子不占支配[1]低”的格局。海拔梯度上復(fù)雜多變的環(huán)境必將

8、導(dǎo)致地位的中低海拔，增溫反而增強(qiáng)蒸散發(fā)和土壤干旱[25]不同區(qū)域的研究難以取得一致結(jié)果。程度，從而對(duì)植物生長(zhǎng)起到限制作用。物候與溫作者就掌握的國(guó)內(nèi)外有關(guān)植物在海拔梯度格度密切地聯(lián)系著。由于全球氣候變暖，使得春季物基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40771071)；“十一五”科技支撐項(xiàng)目(2006BAD03A10)；中央級(jí)公益性科研所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金(CAFIFEEPYBB2007001)；王寬城教育基金項(xiàng)目(2008)作者簡(jiǎn)介：潘紅麗（1979年生），女，博士，主要從事氣