低溫是高海拔地區樹木生長的主要限制因子，理論上高山林線應隨氣候變暖而上升。全球林線調查數據顯示，近一百年來只有一半的林線位置顯著上升，其餘林線的位置則保持相對穩定。同樣的變化格局在全球海拔最高的青藏高原及喜馬拉雅地區林線也有發現。如何解釋這種氣候變暖下林線位置未變化的原因，是當前全球變化生態學研究的熱點和難點。
林線上升需要林線樹種的幼苗能夠在林線以上成功定居。林線能否上升主要取決於林線母樹的種子產量和質量、種子向上傳播的能力以及林線以上的種子萌發和幼苗存活。然而，氣候變暖對這些幼苗定居過程的影響十分複雜並具有很大不確定性（圖1）。國際上，相關研究仍缺乏對林線以上幼苗定居完整過程的觀測實驗，仍很難解釋氣候變暖下林線位置相對穩定的原因。
中國科學院青藏高原研究所高寒生態學與生物多樣性重點實驗室羅天祥課題組，基於藏東南色季拉山兩典型樹種（急尖長苞冷杉和方枝柏）林線的10年微氣象觀測數據（2006-2015）及冷杉種苗移植實驗（2011-2014），並結合林線以上冷杉幼苗的分布格局及其與灌木蓋度的關係，研究發現：（1）冷杉幼苗（年齡3-5yr，高度<10cm）分布上限可以達到林線以上40米左右（海拔高差），且幼苗密度與灌木蓋度的相關性很弱（圖2）；（2）林線以上的環境並未限制冷杉種子的萌發（圖3）；（3）由於頻繁的生長季早期凍害事件和強烈的光照，移植到冷杉林線以上及陽坡方枝柏林內的冷杉幼苗存活率很低，而移植到冷杉林線（未出現生長季凍害事件）的幼苗存活率較高；（4）10年微氣象觀測數據顯示，冷杉林線以上及陽坡方枝柏林內生長季早期凍害事件的頻率，隨年平均氣溫的升高而增加，而冷杉林內一直沒有出現生長季凍害事件（圖4和圖5）。研究結果表明，氣候增暖導致的生長季提前，會引起生長季早期凍害事件顯著增加，並在林外強烈光照下引發低溫光抑制效應，最終限制了冷杉幼苗在林線以上的定居存活。這一研究解釋了氣候變暖下該地區冷杉林線種群密度增加，而林線位置卻相對穩定的原因，也表明生長季早期凍害事件是評估氣候變暖下亞高山森林脆弱性的重要指標之一。
相關研究成果在線發表在Forest Ecology and Management上。研究工作獲得中科院戰略性先導專項（B類）和國家自然科學基金等的資助。（來源：中國科學院青藏高原研究所）
圖1.氣候變暖導致的限制因子變化對幼苗定居和林線上升的影響
圖2.冷杉幼苗密度隨著與林線距離的增加而降低（a），杜鵑灌叢蓋度隨著與林線距離的增加而增加（a，插入圖），但幼苗密度與灌木蓋度的相關性很弱（b）。
圖3.不同移植地點間土壤溫度和水分（a&c:2012.11-2013.8數據, b&d:2006-2015平均值）及冷杉種子萌發率（e-h,採自分布中心3800m和林線4320m）的差異。不同字母表示不同地點間存在顯著差異（P<0.05）。FT：冷杉林線，AFT：冷杉林線以上，JT：方枝柏林線。
圖4.不同移植地點之間冷杉幼苗存活率（a開闊地，b遮蔭）、生長季早期凍害事件頻率（c）和光照強度（d開闊地，e遮蔭）的差異。不同字母表示不同地點間存在顯著差異（P<0.05）。
圖5.生長季早期（5-6月）和晚期（9-10月）的凍害事件頻率與年平均氣溫之間的關係（a冷杉林線，b冷杉林線以上，c方枝柏林線）。
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