青藏高原所揭示種間關系調控青藏高原樹線的上升速率

　　樹線作為直立樹木分布的海拔上限或緯度北界，被視為森林生態系統響應全球變化的敏感生態指標。國際上普遍認為，樹線上樹木的生長主要受生長季低溫限制，學者們以此為基礎提出生長受限假說來解釋樹線形成機制。基于生長受限假說，氣候變暖將導致高山樹線向更高海拔遷移。然而，全球樹線調查數據顯示，過去100年來約50%調查樣點樹線位置呈上升趨勢，其余則保持相對靜止狀態。以上事實揭示，除了氣候因素，非氣候因素也在一定程度上調控著樹線位置變化。然而，我們目前仍不清楚非氣候因素如競爭等種間關系如何影響樹線波動。

　　青藏高原擁有北半球海拔最高的高山樹線，受人類活動干擾較少，是探討氣候和非氣候因素對樹線變化影響的理想區域。中國科學院高寒生態學與生物多樣性重點實驗室、中國科學院青藏高原卓越創新中心研究員梁爾源及其合作者通過建立青藏高原云、冷杉樹線樣地網絡（圖1、2），調查了過去100年來14個固定樣地（30m×150~200m）樹線位置的時空變化動態，發現9塊樣地樹線位置上升13-80米，5塊樣地保持相對靜止狀態或僅小幅度上升（0-5米）。在氣候變暖背景下，樹線位置傾向于向更高海拔爬升，但爬升速率受到樹線之上高山灌叢或草本植物蓋度和高度的調控。因此，采用 “植被厚度（或體積）指數”（樹線之上植被高度×蓋度）可以定量模擬樹線位置的變化（圖3）。模擬結果顯示，植被厚度指數可解釋69%的樹線變化。當植被厚度指數 < 0.64時，樹線之上植被群落可提供有利的更新微環境，從而有利于樹線爬升；植被厚度指數> 0.64時，種間競爭則會抑制樹線的爬升。盡管不同樣地樹線爬升幅度不同，所有樹線種群密度在過去50年來均呈顯著增加趨勢。

　　由于難以量化非氣候因子對生態系統的影響，模擬和預測生態系統變化具有挑戰性。此研究把種間關系作為定量化生態指標，揭示了種間關系調控著樹線變化的速率。這為深入探討高山樹線形成和變化機制奠定了理論基礎，為定量模擬氣候變暖背景下的樹線變化提供了新思路。

　　該研究得到國家科技基礎性工作專項重點項目(2012FY111400)和國家自然科學基金項目(41525001, 41130529)的資助，相關研究結果已在線發表于《美國國家科學院院刊》（PNAS）。

圖1. 云、冷杉樹線調查樣地在青藏高原的分布圖

圖2. 一塊30m×200m的代表性（白馬雪山長苞冷杉樹線）研究樣地內，每50年的時間尺度上的樹線位置（海拔）變化。時段內更新的植株用實心符號表示，以后時段用空心符號表示。

圖3. 青藏高原不同樣點樹線位置上升幅度與植被厚度指數（TI）之間的關系