植物分布对气候变化的响应

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 植物分布对气候变化的响应 摘要：指出了工业革命以来，全 球的气候条件发生了重要变化，并且预 计气候的变化速率还将继续增大。变化 的气候环境对植物的生长、发育和繁殖 产生了重大影响，植物是生态系统的第 一营养级，进而引起生态系统的基础性 改变。而生态系统的变化不但会导致生 物多样性丧失，生态系统服务功能的变 化还将对人类的生存和经济的发展带来 影响。所以，了解全球气候变化下植物 的响应有重要意义。从气候变化对物种 分布范围、群落的物种组成和结构和植 被分布三个方面，对植物分布响应气候 变化进行了综述，对该领域过去的研究 结果进行了总结，并对未来的研究方向、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 研究重点和研究内容进行了展望。 中国论文网 /7/view-12990191.htm 关键词：气候变化；植物分布； 物种分布范围变化；植物群落变化；植 被分布变化 中图分类号：Q948.1 文献标识码：A 文章编号： 16749944（2017）16011103 1 引言 自工业革命以后，全球气候发生 了巨大变化。18502012 年间，全球平 均温度升高了 0.78；过去 3 个 10 年 的地表均温已达到 1850 年以来的新高； 温度的升高的时空分布并不均衡，时间 上冬天的气温上升幅度更大，空间上北 半球高纬度地区是全球变暖的敏感区域。 同样，全球的降水格局也正在发生改变， 高低纬度的降水有所增加，而中纬度地 区降水减少，全球降水表现出“干者越 干，湿者越湿” 的趋势；即使降水总量 不变或稍有增加的地区，极端气候事件 的增加也加剧了干旱的发生。而根据模 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 型模拟，在 21 世纪全球气温还将继续 升高，降水格局持续发生改变，生态系 统干旱风险增加1，2 。 气候变化通过对基础生态系统过 程造成重要改变，如温度的提高直接影 响植物的代谢速率，如光合作用、呼吸 作用，引起植物的生长、发育和繁殖的 重大变化3 ，4 降水改变直接改变了植 物水分的可利用性57 ，影响植物蒸 腾，改变植物对碳的固定等8，引起了 植物的再分布，如物种随着气候条件的 改变分布区发生迁移；群落的物种组成 和结构正在发生改变；植被的类型和覆 被也在逐渐变化911 。这些改变对生 态系统造成了广泛而深刻的影响，并直 接影响生态系统功能和服务功能，影响 地区和全球范围的生物多样性变化12， 并将对气候变化进行反馈。 2 物种分布范围对气候变化的响 应 物种分布范围变迁的假说认为， 物种适应于当地的气候条件，随着气候 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 （主要是温度的持续上升）的持续变化， 促使物种的分布范围跟随等温线向极地 或向高海拔地区发生移动，以维持适宜 的生长、发育和繁殖物理环境条件。最 开始对物种分布范围受气候变化影响的 研究多集中在动物，如陆地动物两栖类、 鸟类和哺乳类等，以及海洋鱼类、浮游 动植物和微生物等。比起植物，似乎动 物，尤其是两栖类，对气候的变化更加 敏感9 11 。但近来，也陆续有许多植 物物种分布受气候变化影响的研究发表， 如 Lutz 在 2010 年对美国加利福尼亚州 中部约塞米蒂国家公园内松科、柏科和 山毛榉科等共 17 物种的分布随着年实 际蒸散量（AET ）和水分亏缺等气候条 件的变化进行了研究13 ；Barber 对加 拿大阿尔伯塔省 419N 珍稀维管束植 物的分布对气候变化的响应做了估计 14。陈淑娟和温仲明在 2011 年对延河 流域地带性物种的研究发现，随着温度 上升分布范围北迁是主要趋势，对由于 地理环境制约而不能北迁的物种，其生 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 态位在温度和降水梯度上发生漂移15； 张雷等在 2011 年通过组合模型对气候 变化下马尾松潜在分布进行了预估，发 现未来马尾松潜在分布区都将北移，只 是不同气候模式下迁移距离和分布区范 围有一定差异16 ；也有文章针对濒危 植物如红豆杉、华南五针松受气候变化 的影响，入侵植物紫茎泽兰潜在分布也 将发生改变1719 。 Parmesan 认为气候变化增加了极 地和高山物种灭绝的风险，因为这些地 区的物种已经退无可退，没有合适的可 供迁移的适宜环境10 。Walther 也认为， 由于人类活动造成生境的破碎化，现在 的陆地景观挡住了物种迁移的前路，增 加了物种灭绝风险和生物多样性的丧失 9。那么，气候条件变化后是否只能在 迁移和灭绝之间做出选择，Parmesan 研 究认为，在所有生物中，有 19%的物种 的分布并不随气候变化迁移，其中也包 括乔木、灌木，以及地衣10。总的来 说，对于分布范围不随气候变化迁移的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 物种，其机制更加复杂，生理、形态、 种群遗传结构和生活史的变化，以及营 养级内和营养级间的生态关系，空间的 异质性等都能降低物种分布对气候变化 的敏感性7 ，9，10，13 。 现在对植物物种分布范围响应气 候变化的研究多基于两条途径：一是重 建植物物种分布区与历史气候的关系 20；二是根据植物物种现今分布区的 物理条件与气候模型预估的未来气候状 况进行比对21 。只有少部分研究是基 于过去的野外观测和模型趋势模拟22。 由于植物物种分布范围响应气候变化是 一个长时间尺度的过程，所以有必要继 续进行长时间尺度的野外观测；而由于 其复杂性，有必要更加深入的对生理、 形态、种群遗传结构和生活史的变化， 以及营养级内和营养级间的生态关系， 空间的异质性等的研究。 3 气候变化对群落的影响 植物群落具有相对稳定的物种组 成和和结构，具有一定的群落外貌，群 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 落的分布与环境条件相适应。但气候变 化正在对植物群落产生根本性影响 23，24。Gu ， Lianhong 对美国中部 地区的温带落叶林进行了研究，发现降 水格局的改变影响了植物受水分胁迫的 频率、严重程度和持续时间，不同物种 的敏感性并不一致。群落物种对气候变 化响应的非均衡性，将使组成植物群落 的物种发生趋势性改变，群落物种之间 原有的相互作用关系瓦解6；而 Di Pierro 对阿尔卑斯山脉东南部挪威云杉 种群的研究发现，种群基因正在发生适 应性改变，遗传结构正在改变25； Zhang，Jian（2016）研究认为气候条件 和历史因素共同影响了全球森林生态系 统的冠层高度26 ；F. STUART CHAPIN 对苔原植物的研究发现，相同 生活型的物种对资源变化的响应具有相 似性，但对温度等气候条件改变的响应 并不相同，所以气候变化正在改变组成 群落物种的生活型和垂直结构，而群落 内的个体的生理、形态等也在发生趋势 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 性改变27；张彬等对极端降水事件和 极端干旱事件对草原生态系统的影响进 行了研究，发现气候变化对植物生长发 育和生理特性、群落结构都造成了影响 28，而 Sheridan， Jennifer A. & Bickford， David 对以前的研究进行了 综述，分析认为个体小化是一种广泛的 生物应对气候变化的生态响应方式29。 可见，所有的改变将深刻影响生态水文 学过程、生物地球化学循环、生物多样 性变化和林木资源等一系列与环境和人 类福祉密切相关的生态学过程。 4夂虮浠下植被分布的改变 植被覆盖变化是生物圈与其他圈 层和地球系统相互作用中最重要的部分。 植被覆盖变化所相关联的碳的固定、地 表反射率的变化、水循环的改变等响应 气候的变化，同时对气候变化积极反馈。 所以研究气候变化下植被覆被的变化有 重要意义30 33 。Littell 对美国华盛 顿州的森林生态系统研究发现由气候条 件变化诱导的干扰体系的变化对植被有 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 重要影响22 ；同样，Allen 认为干旱和 升温诱导的树木死亡率的上升将对全球 森林造成重大影响5。同时，植被的变 化是一个大空间尺度和长时间尺度的过 程，模型模拟是研究植被变化的主要手 段。现今模拟植被分布变化的生态模型 主要有四类，平衡生物地理模型 （equilibrium biogeographical models） 、 结构模型（frame-based models） 、全球 动态植被模型（dynamic global vegetation models，DGVMs）21 和适 应性全球动态植被模型（aDGVMs）34。 平衡生物地理模型是最基础和最早的模 型，能够模拟气候条件变化后植被的替 代；结构模型能够模拟植被的趋势性变 化以及对气候条件和干扰响应速率，但 缺点是植被类型的分辨率不高，演替过 程的生物地球化学循环过程没有显式表 达；而全球动态植被模型把干扰、植物 功能型和 N 的可利用性都包括在内；适 应性全球动态植被模型在全球动态植被 模型的基础上，进一步考虑了如物候、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 C 分配等植被对气候变化的适应性过程， 模拟更加详细。 5 结论 气候变化已经对物种分布范围、 群落的物种组成和结构和植被分布产生 了根本性的影响，并且预计这些变化还 将加剧。为了更好地理解气候变化会对 生态系统造成怎样的影响，更好地管理 生态系统，要更加深入地研究植物分布 对气候变化的响应。经过分析，未来对 这个问题理解需要加深以下方面的研究： 持续的野外