不同生活型植物海拔上限分布格局形成的生理生态机理及其对温度升高的响应

Climatic high-elevation boundaries of vegetation occur over a wide range of latitudes from 55 S to 70 N. No studies compared their mechanisms of formation of these boundaries, and hence, a conclusive functional explanation of the formation of these lines is still awaited. We will, therefore, select 4 elevational gradients across the alpine timber line, treeline, tree species line, dwarf shrub line, up to the alpine meadow in China, in combination with "translocation experiment" and OTC experiment, to study the growth, ecophysiology and their correlation with environmental factors at different elevations and under elevated temperature, to test our hypothesis that "winter carbon shortage determines the upper limit of plants, in spite of plant life forms". Using ecological, physiological and biochemical methods, environemntal factors, growth rate, gas exchange and carbon dynamics will be studied.The proposed project will contribute to explaining the physioecological mechanism of the formation and patterns of vegetation distribution, and to understanding and predicting the responses of vegetation boundaries to global climate change.

南纬55 至北纬70 之间的高山上，广泛分布着从郁闭森林、到高山林线、高山灌丛、高山草地的垂直植被带，形成了明显的植被景观格局。然而迄今没有对这些植被带上限形成的生理生态机理进行比较研究，也没有一种可以普遍解释植物分布上限格局形成的理论。本项目拟在区域尺度上，在我国东北、西南、西北4座典型高山，分别选设一条从郁闭森林到高山草地的垂直样带，通过天然样带、换位移栽和开顶箱增温实验，比较研究4种乔木、4种灌木和4种草本植物，在其海拔分布梯度上及地球变暖背景下的生长和生理生态机理及其与环境因子的关系，以检验"冬季碳水化合物短缺导致了不同生活型植物海拔分布上限形成"的科学假设，在区域尺度上阐明植被分布上限格局形成的生理生态机理，以便从生理生态机理上解释植物地理分布限界的原因，丰富和发展植物地理学和景观生态学理论。对理解和预测全球气候变化下景观界线动态，高山植被恢复等，具有重要的理论意义和应用价值。

南纬55至北纬70之间的高山上，广泛分布着从郁闭森林、到高山林线、高山灌丛、高山草地的垂直植被带，形成了明显的植被景观格局。然而迄今没有对这些植被带上限形成的生理生态机理进行比较研究，也没有一种可以普遍解释植物分布上限格局形成的理论。本项目在区域尺度上，比较研究了不同生活型植物在其海拔分布梯度上生长和生理生态机理及其与环境因子的关系。本项目取得的重要结果包括：（1）验证了冬季碳水化合物短缺导致了高山林线植物海拔分布上限形成；（2）发现了冬季高山灌木存在根中碳水化合物不足现象（3）揭示了养分元素（氮）不是高山林线形成的主要环境限制因子；（4）探明了土壤性质决定林线与灌丛线植物-土壤系统盐基离子与微量元素的海拔格局。本项目开展的4年时间里，在Global Change Biology、Tree Physiology、Trees、Science of the Total Environment等杂志发表SCI论文10篇，正在审稿SCI论文3篇。本项目所获得的研究成果对理解和预测全球气候变化下景观界线动态，高山植被恢复等，具有重要的理论意义和应用价值。