气候变化背景下黑龙江东部山区谷地云冷杉林的衰退机理

全球气候变化可能会使生物气候带（biome）在水平带上向极地方向位移，在垂直带上向高海拔方向位移。黑龙江省东部山区谷地云冷杉林分布的最南端位于小兴安岭南麓，已经出现明显衰退迹象30余年，而小兴安岭南麓又是北半球气候变化（主要是春季和夏季增温效应）较为明显的区域之一，在此研究植被衰退以及该植被在水平带上向极地方向位移，实验地点选择具有代表性。本研究采用分子生态学和生理生态学的不同技术手段研究植被衰退，揭示全球气候变化背景下黑龙江省东部山区谷地云冷杉林的衰退机理，探索该森林群落衰退与全球气候变化的相关机理，完善全球气候变化背景下森林响应的理论。同时，采用实证和模型预测相结合的方法，验证全球气候变化导致北半球温带和寒温带森林向北极方向位移的相关理论。

本研究通过人工模拟气候变化，系统地研究了谷地云冷杉林对于全球气候变化的响应。从红皮云杉本身的生物学特性、红皮云杉幼苗对温湿度变化的响应、气候变化背景下的红皮云杉病虫害发生情况，以及气候变化作为驱动力是否会导致红皮云杉物种变异等角度入手，通过生物学和生态学手段进行研究，得出结论如下：.（1）干旱胁迫下红皮云杉幼苗生长受到抑制，高生长与基径生长减缓，生物量积累减小；红皮云杉幼苗的Pn和E均随着土壤含水率的减少而降低；干旱胁迫导致红皮云杉幼苗叶绿素含量明显降低。研究地区春季连续6年严重干旱，降雨量不足30mm，这势必导致地处谷地的红皮云杉幼苗会由于严重干旱而出现诸如生物量下降、长势衰退等迹象。由于严重干旱，会导致红皮云杉幼苗Pn和E严重降低，导致红皮云杉幼苗出现明显的衰退迹象。（2）红皮云杉幼苗的净光合速率对温度变化十分敏感。随着温度的升高，红皮云杉幼苗的净光合速率也在增加，到达一定温度后，虽然总光合速率仍维持在较高水平，但可能由于光呼吸大幅度上升，净光合速率急剧下降。研究地区连续50年的夏季出现高温，尤其是近10年来，连续出现20天以上的30℃～35℃高温，这势必会影响谷地红皮云杉幼苗的生长和发育。连续的高温会导致红皮云杉幼苗的净光合速率下降、电导率增加而使得红皮云杉幼苗的细胞膜透性大幅度提高，这意味着膜系统已经受到高温的伤害，严重影响了红皮云杉的生理活性，导致其生长明显衰退。就研究地区而言，由于连续的高温和干旱会导致谷地云冷杉林的衰退。因此，谷地云冷杉林对全球气候变化的响应表现为生长衰退，从而在小兴安岭的最南麓出现了大面积的死亡林带。（3）全球气候变化背景下，加速了次袭性害虫对于谷地云冷杉林的侵袭，虽不是直接致死因子，但作为促进因子加速了谷地云冷杉林的衰退速率。衰退的谷地云冷杉林极易感染病虫害，同时，病虫害加速了谷地云杉林的进一步衰退。云杉菌根呈现衰退趋势，菌根衰退可能是谷地云冷杉林衰退的重要原因之一，尚需进一步的研究。（4）红皮云杉对全球气候变化的响应还没有引起其不同分布区的地理种源发生种内变异。因此，红皮云杉对全球气候变化的响应只限于外在的表现——出现明显的衰退，而物种本身并未发生内在的变异。（5）根据实地测量和定性分析得出结论，大小兴安岭多年冻土南界将向北移动2个纬度带。冻土和云冷杉林存在紧密的依存关系，因此，谷地云冷杉林的天然南界也将向北移动2个纬度带。